地下水饮水安全指标体系构建及评价

荆秀艳，杨红斌，王文科，曹玉清

1. 西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054；2. 陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室，陕西 西安 710054；3. 长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710054；4. 吉林大学环境与资源学院，吉林 长春 130026

地下水饮水安全指标体系构建及评价

荆秀艳1,2，杨红斌3，王文科3，曹玉清4

1. 西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054；2. 陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室，陕西 西安 710054；3. 长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710054；4. 吉林大学环境与资源学院，吉林 长春 130026

提高饮水质量，保证饮水安全，已经成为全球关注的焦点。饮水安全评价是制定水安全保障体系和进行水安全决策的前提和依据。目前，由于饮水安全涉及水质、水量及饮水工程各个方面，难以通过单一指标来反映饮水安全的程。因此如何科学选定项目评价方法并切实指导工程建设实践，已经成为水利研究必须面对的重要课题。以银川平原为例，通过水文地质调查，从水源与人类健康角度，考虑地下水质、水量和地质防护性，构建了适合银川平原特点的饮水安全评价指标体系，并运用层次分析、迭置指数等评价方法，开展了地下水饮水安全评价。评价结果表明：山前洪积倾斜平原，地下水盖层厚度大，埋藏深，大于5 m，水质相对较好，矿化度小0.5 g·L-1，但水量补给有限，开发过程有必要控制开采量；河湖积平原二级阶地大部分地区，水位埋藏浅，小于1 m，蒸发作用强烈，水质及地表防护性能较差，锰、硬度、可溶解性固体、硫酸盐等指标均已超过三类水质标准，水资源可用作农田灌溉或通过改水措施等再利用，同时应防止三废排入；河湖积平原二级阶地北部、一级阶地及黄河东岸为地下水排泄、污水聚集或原生环境氟、硫酸根等元素高含量区域，水质极差，在该区域内应加强沟渠等排水设施的管理，控制化肥农药的施用量，必要时应采取去氟去盐等改水措施。

银川平原；饮水安全；指标体系

饮水安全是全球共同关注的问题（韩冰等，2006）。我国高氟、高砷、苦咸、污染等水质威胁着人们的身体健康，水量不足、取水不便等问题严重影响群众的正常生活，地下水作为饮水工程中的重要水源之一，如何结合有关技术规范和要求对各地方地下水饮水安全进行评价且用以指导安全供给已是当务之急。

目前饮水安全评价研究主要针对环境污染物（生物、化学、物理）对水质影响与人类健康效应的风险评价（朱延美等，2004；王硕等，2009；李晓玲等，2013；Voutchkova等，2014；Stroheker等，2014；Wang等，2014），WHO、EC、USEPA分别制定了《生活饮用水水质准则》《生活饮用水水质指令》《生活饮用水水质标准》等相关规范标准（曾光明和黄瑾辉，2003；张岚等，2007；甘日华，2007；Dieter，2014）。陈敏建等（2007）、王丽萍等（2008）对具体地区进行评价，周振民和周玉珠（2013）、刘生宝等（2010）从供水角度出发，以 2004年水利部和卫生部制订的《农村饮水安全卫生评价指标体系》为参照，考虑了水质、水量及供水等3个方面指标，开展了饮水安全评价；王丽红（2008）、师红霞等（2014）考虑地下水脆弱性与生态环境因素进行了水源地饮水安全评价，这些评价为对水资源的保护和管理提供了科学依据。但由于各地方地质、气侯、人类活动以及经济发展等存在较大差异，用固定或参照的评价方法很难突出地方特点，并合理全面地反映饮水安全程度，因此有必要结合区域的特点提出适合的评价方法。银川平原地处干旱半干旱地带，具有上千年灌溉历史，水质性缺水尤为突出，近年来，国家实施饮水安全工程，解决了大部分农村饮水安全问题，关于饮水安全评价方面，鲜有文献报道。本文在野外水文地质调查的基础上，参照水利部和卫生部制订的《农村饮水安全卫生评价指标体系》要求，结合银川平原具体条件，从水质、水量及地质环境 3个方面建立了饮水安全评价指标体系，运用层次分析、迭置指数等评价方法，并借助于GIS软件平台，开展了银川平原地下水饮水安全评价，对本区饮水安全工程实施中地下水源地合理规划、防治改水具有一定的实际意义。

1 评价指标体系构建

依据银川平原水文地质条件与水资源开发利用特点，从水源与人类健康关系出发，考虑水质、水量、地下水防护性等重要因素，建立水质、水量、地下水防护三位一体的饮水安全评价指标体系，体现地下水系统的安全性。指标等级严格按照国家公布的各项标准进行划分。

饮水安全评价指标体系包括4个层次，如图1所示。第一层为系统目标层，只有1个要素-地下水系统安全，第二层为安全评价准则层，包括3个要素：水质安全、水量安全和防护安全，第三、四层为属性指标层，包括7个要素，20个指标，水质安全充分体现一般化学指标、毒理指标及污染指标对人类健康的影响，依据银川平原地下水水化学特征分析（荆秀艳等，2012），选取溶解性总固体、总硬度、氯化物、硫酸根离子、锰、氟、砷、硒、碘、硝态氮、氨氮作为水质指标；水量安全保证充足的水量供应，由开采程度和资源供给能力来表现（任小荣，2007）；地质防护安全采用了美国环保局（USA EPA）1985年提出DRASTIC模型中6项反映地下水自身属性的因子（钟佐燊，2005），作为地质防护性因子，由于本区地表生态盐渍化、湖泊湿地较为突出，因此增加了反映地表生态防护性指标共7项因子，即地下水埋深、净补给R、包气带岩性、含水介质、含水层的厚度、地形坡度、水力传导系数及盐渍化、湖泊湿地。

图1 银川平原饮水安全评价指标体系Fig. 1 Evaluation index system of dringking water safety

1.1 评价标准与评分

1.1.1 水质评价标准及评分

水质安全评价因子分级标准主要以地下水质量标准“GB/T 14848-1993”中的类别界线作为级别划分的标准，共划分为5个级别，其中将三级标准以内水质划分为安全，四级、五级为不安全和极不安全，对应的评分为1～5分，评分越高，水质越差，不同级别标准值相同时，从优不从劣。例如，本区矿化度、硫酸盐等一般化学物质分布广泛，基本划分为4～5个级别，其级别分布及评分见图2、图3所示。

图2 矿化度分布及评分Fig. 2 Standard and scoring of Total soluble solids

1.1.2 水量评价标准及评分

研究区为引黄灌区，地下水补给资源丰富，据2003年水资源评价结果，银川平原地下水可开采资源为 16.4357×108m3·a-1，占天然补给资源量22.206×108m3·a-1的74.02%，开采资源小于天然补给资源，开采资源量是有保证的。为此结合研究区的实际情况，以行政区为单元，依据可开采模数及开采率的相对大小并参考前人等级划分标准，将可采资源模数和开采率划分为5个级别，同样将三级标准以内划分为水量安全，四级、五级分别为水量不安全、极不安全，对应评分为1～5分，分数越高越不安全。开采模数及开采率评分标准如图4、图5。

图4 开采程度分布及评分Fig. 4 Standard and scoring of Exploiting Ratio

图5 可开采资源模数分布及评分Fig. 5 Standard and scoring of Exploitable Module

1.1.3 防护评价标准及评分

防护性能各指标因子的分级标准主要以DRASTIC方法为基础，设计的分值范围是1～10，防护性能最好的评分为1，最差的评分为10。并结合研究区的实测和收集资料情况进行了相应的调整，其中净补给量用补给模数来表达，基本按等间距进行分级与评分；研究区含水介质与包气带岩性基本为松散岩类，按颗粒大小、分选状况给予定性分析及评分；除此之外研究区表层生态环境较为独特，湖泊湿地众多、土地盐渍化、沙漠化分布广泛，且与地下水关系密切，为此本次选取表层生态作为地下水防护功能指标之一。湖泊湿地与地下水具有直接的水力联系，受到污染直接影响地下水的水质，评分为 10分；盐渍化土壤中盐份较高，受到灌溉及雨水的淋滤作用后盐份会向下迁移进入到含水层中，重度区评分为 10分，中度区评分为 8分，轻度区为4分，非盐渍化区表层土壤多为粉质、粘质土壤，防护功能相对较好，评分为1分；沙漠地区渗透性较好，只要有污染源地下水也极易受到污染，同样重度区评分为 10分，中度区评分为 8分，轻度区为4分。例如图6、图7。

2 评价方法

以饮水安全评价指标体系为基础，从系统评价出发，采用层次分析法对各层指标确定权重，采用迭置指数法计算综合指数，具体步骤如下：

图6 埋深分布及评分Fig. 6 Standard and scoring of Groundwater Depth

图7 盐渍化程度分布及评分Fig. 7 Standard and scoring of Sanitized Soil

2.1 层次分析法

利用层次分析法计算权重。首先依据层次结构，应用萨蒂教授的表度法，对不同指标的比较结果给以数量表度，建立评价体系的各个层次的两两比较判断矩阵，共建立4个判断距阵，并按环境地质调查评价信息系统软件输入要求形成判断矩阵文件，然后根据方根法计算权重，例如目标层A与准则层B的判断距阵及权重如表1、表2、表3、表4和表5所示。

表1 饮水安全评价层次结构Table 1 Hierarchy of Dringking Water Safety Evaluation

表2 A判断矩阵Table 2 Comparison matrixes evaluating(A)

表3 B1判断矩阵Table 3 Comparison matrixes evaluating(B1)

表4 B2判断矩阵Table 4 Comparison matrixes evaluating(B2)

表5 B3判断矩阵Table 5 Comparison matrixes evaluating(B3)

2.2 迭置指数法

利用迭置指数法计算综合指数。根据监测点数据在MAPGIS中采用Kring插值法分别获得各指标等值线图，并形成相应的MAPGIS面属性文件20个，并根据上述评价标准及评分，对面属性文件由好到差进行赋值，利用项目组开发的生态环境评价信息系统计算各指标评分值与层次分析法确定的权重的乘积迭加得出的综合指数值，并利用系统的制图、空间分析、图像分析、属性库管理等功能，完成水质、水量、地质防护功能及其总的饮水安全评价和区划。

3 评价结果与讨论

饮水安全综合评价是水质安全、水量安全、地质防护安全的综合反映，共划分为3个区，评价结果如图8。

图8 银川平原地下水饮水安全区划Fig. 8 Zoning of dringking Safety in YinChuan plain

（1）Ⅰ区为地下水深埋区，主要分布在山前洪积斜平原，盖层厚度大，埋深大于10 m，人类活动少，地质防护性能高，矿化度低，小于0.5 g·L-1，未出现与地下水有关的人类健康关系问题，水质安全，不足之处在于地下水以降雨补给为主，径流坡度大，水源为过路水，可开采资源量相对较小，水量安全程度差，总体来说饮水安全性相对较好。

（2）Ⅱ区分布于平原内大部分地区，饮水安全性能差。在平原北部，为盐渍化、湖泊湿地集中分布区域，表层生态防护性差，污染物质易于进入地下水，再加上水位埋藏浅，小于1 m，蒸发浓缩作用强烈，锰、硬度、可溶解性固体、硫酸盐等指标均已超过三类水质标准，水质安全性较差。

（3）Ⅲ区域主要分布在银北平原平罗以北、黄河两岸及平原周边，饮水极不安全。Ⅲ1区为污染集中区域，分布于银北地区黄河西岸一带，突出特点为水量、地质防护性相对较好，但水质极差，除氟、砷元素在三类标准以内外，硬度、可溶解性固体等多项指标严重超标；Ⅲ2区为污水沟的集中排泄区，分布于银川平原平罗以北，土地盐渍化严重，除砷氟各种元素外，水质指标严重超标；Ⅲ3区为平原周边地区，分布于青铜峡以南、黄河东岸及苦水河流域一带，水量、地质防护功能相对较好，由于地层本身岩性影响，水中氟元素相对较高，出现与氟有关的地方性疾病，除此之外，矿化度、可溶解性固体、氯化物、硫化物等含量相对较高，陶乐、临河堡等局部地区出现氮污染，水质极不安全。

4 结论

结合银川平原地域特点，构建了地下水饮水安全评价指标体系，并对浅层水进行了饮水安全评价，评价结果与研究区水文地质条件相符。

（1）饮水安全区一级区地下水埋藏深，水质相对较好，但水量补给有限，开发过程有必要控制开采量。

（2）饮水安全区二级区水位埋藏浅，蒸发、混合作用强烈，且湖泊湿地众多，盐渍化普遍，水质及地表防护性能较差，水资源可用作农田灌溉或通过改水措施等再利用，同时应防止生活污水、工业污水和固体废弃物排入。

（3）饮水安全三级区为地下水排泄、污水聚集或原生环境氟、硫酸根等元素高含量区域，水质极差，在该区域内应加强沟渠等排水设施的管理，控制化肥农药的施用量，必要时应采取去氟去盐等改水措施。

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Index System Methods and Safety Evaluation on Groundwater for Drinking

JING Xiuyan1,2, YANG Hongbin3, WANG Wenke3, CAO Yuqing4
1. College of Geology and Environmental Engineering, Xi′an University of Science and Technology, Xi′an 710054, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Exploration And Comprehensive Utilization of Mineral resources, Xi’an 710054, China; 3. College of Environmental Sciences and Engineering; Changan University, Xi’an 710054, China; 4. College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130026, China

Due to exposed to serious pollution and influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. Through investigation and analysis, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health, studying quality and quantity of groundwater, as well as geological protective performance; safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods with the help of GIS software platform. The results of safety evaluation show that Groundwater of Region I is deep and has good quality condition, but water replenishment is limited, so exploitation quantity should be controlled; water level of Region II is shallow, with violent evaporation and a great number of lakes and wetlands. Salinization here is common and water quality and surface protective performance is poor. The water resource in this region can be used for agricultural irrigation or recycling after being improved. In the meantime, discharging of domestic sewage, industrial waste water and solid wasDue to exposing to severe pollution and the influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. With the consideration of groundwater quality, quantity and geological protective performance, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health through investigation and analysis. Moreover, safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods under the GIS software platform.

Yinchuan Plain; drinking water safety; index system evaluation

X824

A

1674-5906（2015）01-0090-06

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.014

荆秀艳，杨红斌，王文科，曹玉清. 地下水饮水安全指标体系构建及评价[J]. 生态环境学报, 2015, 24(1): 90-95.

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陕西省自然科学基金（2013JQ5004）；国家自然科学基金（41472220）；陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室开放课题基金（2014HB009）

荆秀艳（1973年生），女，讲师，博士，主要从事水文地质、水质安全等方面的研究。E-mail：973972685@qq.com

2013-11-22