南京夹江饮用水源地安全评价

摘要

提出饮用水源地的陆域安全评价是其安全评价的重要组成部分，将南京市夹江水源地安全评价过程分为水质评价和陆域安全评价两部分，选用化学需氧量、氨氮、硝酸盐（以N计）作为水质评价指标，试验测取17个采样点水样各指标浓度，分析得到其水质处于基本安全级别；从影响陆域安全的自然生态和人类活动等因素出发，基于遥感和GIS技术，拟定评价指标体系，构建评价模型，研究表明其陆域绝大部分处于安全级别。因此，夹江饮用水源地处于基本安全等级。

关键词陆域安全评价；水质评价；饮用水源地；南京夹江

中图分类号S181.3；X824；X826；X87文献标识码A文章编号0517-6611（2015）05-197-02

作者简介

邹树平（1987-），男，江苏灌云人，助理工程师，硕士，从事地图设计与制图工作。

收稿日期2015-01-04

水源地安全评价是水处理的基础，是保障水厂出水安全的前提。水源地安全评价也使得相关部门能够了解水源地安全的现状及其变化趋势，有利于水源地保护工作的开展。现阶段的水源地安全评价的定量研究主要集中于水质评价，对于影响其陆域安全的自然因素以及社会经济因素的研究较少。而水源地既包括一定的水域，也包括相应的陆域。笔者在此从水质安全和陆域安全2个方面对南京夹江水源地安全评价进行定量研究。

1资料与方法

1.1研究区范围

夹江饮用水源地处于长江南京段上游，位于南京市河西地区（秦淮新河口至三汊河口）与江心洲（洲头至洲尾）之间，年取水量约380 000 m3，为南京全市提供80%以上的自来水供应，是南京市目前最主要的饮用水源地。在原夹江水源地保护区范围[1]划分的基础上，根据河流等自然分界并参考上海市黄浦江饮用水源保护区具体范围[2]的划定，将研究区范围设定为江宁区自来水厂取水口到上游秦淮新河（4.5 km）、北河口水厂取水口到下游三汊河（3.5 km）、夹江水道中心线向两侧约2 km范围的水域和陆域，面积约为47 km2。

1.2数据及处理

用于指示长江南京段水质状况的主要污染物指标有高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、石油类等[3]。根据饮用水源地水质评价标准[4]以及数据获取的难易程度，选用化学需氧量、氨氮、硝酸盐（以N计）作为研究区水质评价的指标。设计17处研究区水样采集点，包含了5个入河口点，其他采样点处岸边均为泥质岸滩。采样点较均匀地分布在夹江两岸。在实验室分别采用重铬酸钾法测定化学需氧量浓度，纳氏试剂光度法测定氨氮浓度，酚二磺酸比色法测定硝酸盐（以N计）浓度[5]。

实际观测数据如水文观测、气象观测、环境监测、GPS定点实测所获得的数据，以及社会经济等统计数据等均是GIS研究中空间数据的重要来源。但这些数据往往是离散的样本数据。离散的数据无法直接反映要素的空间分布特性，需要对其进行数值空间化处理。该研究的定点观测数据主要有研究区陆域范围内的点源污染，由于数据样本较少、相互独立且不符合正态分布的要求，不适合使用复杂地统计插值方法，而采用相对合适的常规确定性插值方法进行处理，得到较好的数值空间化结果；对于人口、农药、化肥等统计数据则采取建立普查小区，对普查小区的多边形赋值来进行数值空间化处理。使用由AVNIR-2传感器获取的10 m空间分辨率ALOS影像数据，制定研究区土地利用分类表，结合目视解译知识和实际调研资料，获得研究区土地利用分类图。

1.3水质安全评价

按照文献[4]中水质安全评价方法进行试验，实地采样并测取样品各项目指标的浓度值，与表1的标准限值比对，确定单项指标的评价指数，如样品化学需氧量浓度值>20 mg/L且≤30 mg/L，则该样品的评价指数为4。根据计算得出的常规项目和有毒有机项目的评价指数，选取最高（最差）指数作为夹江水源地水质状况评价结果。评价等级分为安全、基本安全和不安全3个等级，评价指数是1和2为安全等级，评价指数是3为基本安全等级，评价指数是4和5为不安全等级。

1.4陆域安全评价

1.4.1

评价指标体系。

针对研究区陆域的特点，以生态活力、生态阻力、生态承载力3个准则来分析影响其安全的自然生态因素以及点源、面源污染因素和社会经济因素等。根据主导性、相对独立性、差异性、可定量化等指标选取原则，建立夹江水源地陆域安全评价指标体系（表2）。

1.4.1.1

生物丰度指数。

生物丰度指数=

Abio×∑SiWiStotal，

式中，Abio表示全国丰度指数的归一化系数，取值为400.62[6]；Si表示研究区土地利用类型i的面积；Wi表示研究区土地利用类型i的权重值，i为林地、草地、水域、耕地和园地、建设用地、其他用地等类型，其权重分别为0.35、0.21、0.28、0.11、0.04和0.01[7]；Stotal表示研究区土地总面积。

1.4.1.2

区域开发指数。

区域开发指数=（农村建设用地面积+城镇建设用地面积）/土地总面积×100%。

1.4.1.3

植被指数（NDVI）。

NDVI =（ρNIR-ρR）/（ρNIR+ρR），

式中，ρNIR和ρR分别指影像近红外波段和红外波段的地表反射率。

1.4.1.4

农药使用强度、化肥使用强度。通过查找南京市统计年鉴获得各行政区农药、化肥施用的相关统计数据，计算南京各个行政区单位耕地和园地面积农药、化肥的值，即农药使用强度和化肥使用强度。

1.4.1.5

企业污染强度。对于研究区内尚存的企业，可以设定这些企业的污染排放符合相關污染物标准。对于符合污染排放标准的企业，暂不考虑排放污染物的类型，而将企业污染排放量作为企业污染强度的量化指标。利用反距离权重（Inverse Distance Weighted，IDW）插值方法对研究区内企业污染的排放量进行空间插值，并进行标准化处理，得到企业污染强度的空间分布。

1.4.1.6

人口密度。通过划分人口普查小区实现空间化，研究区内农村居民地人口密度使用江心洲居民总户数与居民地面积的比值表示，城市住宅小区的人口密度即为每个居民小区的人口（总户数）与面积的比值。

1.4.2

评价指标的标准化。对于未作标准化处理的指标，采用极差标准化方法进行处理。与评价目标正相关的评价指标的极差标准化使用公式A=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100进行计算，

与评价目标负相关的评价指标的极差标准化使用公式A=100-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100进行计算，

式中，A为标准化值，X为实测值，Xmax为实测值中的最大值，Xmin为实测值中的最小值。

1.4.3

评价指标权重的确定。

采用層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）确定各个评价指标的权重，具体步骤详见文献[8]。

1.4.4

安全评价指数的计算。

其计算公式为ESI=∑ni=1Wi×Ci，

式中，ESI是指安全评价综合指数，Wi是指i因子权重值，Ci是指i因子的无量纲化值。

1.4.5

安全等级标准的制定。建立如表3所示的综合指数取值区间、安全评价指数与生态安全等级对应表。如当综合指数取值在≥0且<20时，安全评价指数为5；当安全评价指数为4或5时，安全等级为不安全。

2结果与分析

在水质安全评价过程中，选取17个采样点，其中包含了5个入河口点，其他采样点处岸边均为泥质河滩。实验室测量得到的水质指标浓度显示，编号为1的水样氨氮浓度和化学需氧量浓度高于均值，编号为2、3、16的水样氨氮浓度和硝酸盐浓度高于均值。究其原因，采样点1、3、16位于入河口处，采样点2位于渡船码头附近。研究区常规项目评价中，编号为1、2、3、16的水样常规评价指数为3，处于基本安全级别，其他水样评价指数为2，处于安全级别；有毒有机项目的水样评价指数为1，处于安全级别。由此可知，夹江水源地水质处于基本安全等级。

在陆域安全评价过程中，通过层次分析法获得指标权重，分别记生物丰度指数、植被指数（NDVI）、区域开发指数、农药使用强度、化肥使用强度、企业污染强度、人口密度图层分别为Lyr1、Lyr2、Lyr3、Lyr4、Lyr5、Lyr6、Lyr7，则可得安全综合指数ESI的图层运算公式为：LyrESI=0.055×Lyr1+0.165×Lyr2+0.067×Lyr3+0.178×Lyr4+0.112×Lyr5+0.369×Lyr6+0.054×Lyr7。结果显示，研究区陆域安全综合指数值主要集中在60～100，少部分范围处于40～60。与表3对照可知，综合指数取值处于40～60为基本安全级别，处于60～100为安全级别。因此，研究区陆域绝大部分地区处于安全等级。

3 结论

从影响饮用水源地安全的因素得出，评价饮用水源地安全状况既要定量分析其水质安全，也要定量评价水源地陆域安全，并取较差等级最终评价结果。研究表明，南京夹江水源地水质处于基本安全等级，陆域处于为安全等级。由此得到，夹江饮用水源地安全评价结果为基本安全等级。

为了提高夹江饮用水源的安全性，应继续对研究区的污染企业进行治理和搬迁，减少企业污染和农药化肥的使用；控制轮渡码头的污染；对荒地等未利用地进行合理规划，提高城市绿地面积。

参考文献

[1]

江苏省人民政府.省政府关于全省县级以上集中式饮用水源地保护区划分方案的批复[EB/OL].http：//www.js.gov.cn/xxgk/szfwj/gthb/index_8.html.

[2] 上海市人民政府.上海市饮用水水源保护条例[EB/OL].http：//www.sepb.gov.cn/fa/cms/shhj//shhj2095/shhj2097/2010/01/20657.htm.

[3] 南京市环境保护局.南京市环境状况公报[EB/OL].http：//www.njhb.gov.cn/col/col28/index.html.

[4] 国家环境保护总局.GB3838-2002 地表水环境质量标准[S].北京：中国环境科学出版社，2002.

[5] 中国标准出版社第二编辑室.环境监测方法标准汇编—水环境[M].北京：中国标准出版社，2007.

[6] 彭士涛.基于3S技术的公路建设生态环境质量评价研究[D].北京：中国农业科学院，2006.

[7] 国家环境保护总局.HJ/T192-2006 生态环境状况评价技术规范[S].北京：中国环境科学出版社，2006.

[8] SAATY T L.Decision making with the analytic hierarchy process[J]. Int J Services Sciences， 2008， 1（1）：83-98.

责任编辑乔利利责任校对李岩