大伙房水库水质及水源地安全评价研究

2018-03-22刘放

水科学与工程技术 2018年1期

刘放

（辽宁省抚顺县水务局，辽宁抚顺 113006）

随着社会经济的迅速发展，带来了大量的生活、工业和农业污染源，对水环境和水源地造成潜在污染威胁[1，2]。因此，做好水源地安全评价工作对水污染治理具有重要意义。国内水源地评价工作侧重点在于对水环境质量的评价，郭亮等[3]基于灰色理论研究了黑龙江水质污染状况，表明该模型只能在短期预测水质，无法实现水质的长期监控；魏智宽等[4]利用BP神经网络法研究了松花江的水安全预警，该预测模型具有一定的预测效果，但是存在一定的偏差。本文基于模糊综合评价法，对大伙房水库水质监测数据进行计算，得到监测面的水质级别及水库的安全等级，该研究为水源地采取相应的保护对策与水库安全建设提供理论依据。

1 工程概况及评价方法

1.1 工程概况

大伙房水库是我国第一座自行设计、施工的大型水利工程，也是建国后第二座以防洪、农业灌溉与城市供水为主，旅游、发电为辅的大型水利枢纽工程。大伙房水库是国内九大水源地之一，提供辽宁省南部与中部的营口、鞍山、沈阳、辽阳、抚顺、盘锦、大连7座城市将近3000万人水源供给。水库流域控制面积5437km2，流域主要分布在抚顺、清原与新宾三个县城之中，接纳来自杜河、苏子河与浑河的地表水。水库流域大陆气候明显，春夏两季多西南风，年平均气温在4～6℃之间；年平均径流深305mm，年平均降雨量798mm；平均含沙量0.538kg/m3；土质为混合石灰岩和花岗岩，水土流失较严重。

1.2 评价方法

采用模糊综合评价法对水体质量现状进行综合评价。

1.2.1 确定各项指标对水质级别的隶属函数

各个指标隶属于某种评价级别的概率称作隶属度。将水质分为Ⅰ-Ⅴ5种级别，并建立水质评价因子对应的级别隶属函数[5]：

Ⅰ级水隶属函数：

Ⅱ-Ⅳ级水隶属函数：

Ⅴ级水隶属函数：

式中Ci为第i项评价因子浓度实测值；Sj+1，Sj，Sj-1为该评价因子第j+1类、第j类和第j-1类水质的标准值。

1.2.2 指标权重的确定

指标权重表示指标在评价系统中的重要程度。不同水质指标在水污染中的作用程度不仅与水中各指标的允许浓度标准有关，而且与实际数据大小相关，计算公式如下：

式中Si为监测指标的平均值；Ci为第i项指标的实测浓度。

1.2.3 模糊矩阵复合运算

根据判断矩阵与指标权重，计算得到各指标的隶属，计算公式如下：

当最大隶属度原则不合适时，通过级别特征值判定水质级别。

2 大伙房水库水质评价

为了全面综合地分析水源地安全状况，选用数据资料收集全面的2016年数据对水质类别及富营养化类别等指标进行评价。

2.1 监测断面布设

根据水质监测的相关规范要求，大伙房水库共设立7个断面，包括出库口1个断面、库区3个断面和入库口3个断面，分别对每个月的样本进行采集，采样断面布设如表1。

表1 采样断面布设

2.2 水质监测指标

大伙房水库水质主要监测指标分别为总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量和溶解氧，各项指标分析标准如表2。

表2 主要监测指标及分析标准

2.3 水质评价

大伙房水库2016年各断面水质监测年平均值，如表3。

表3 水库断面主要评价指标监测值

将表3中的监测数据输入相应的隶属函数公式进行计算，按照模糊综合评价法步骤进行计算，水质评价结果如表4。可以发现，7个断面中抚顺取水口（出库）、浑37（库中）与浑7（库前）的水质级别为Ⅱ级，浑73（库尾）与台沟（杜河）的水质级别为Ⅲ级，水质级别较好，需要保护和治理水源地以达到饮水安全要求；古楼（苏子河）与北杂木（浑河）的水质级别为Ⅳ级，水质级别较差，这可能是由于生活污水、生产、农药、化肥等造成的非点源污染影响了水库水质，需要一定的治理措施来改善水质，使其达到饮水安全的要求。

表4 水质评价结果

3 大伙房水库水源地安全评价

3.1 指标体系结构

根据指标体系构建的科学性、层次性与整体性原则，结合大伙房水库的实际情况，将指标体系分为目标层、准则层和指标层3个层次，具体分类如图1。

图1 大伙房水库安全评价指标体系框架

3.2 评价指标权重及隶属度的确定

评价指标权重通过AHP法进行确定。首先根据评价指标体系建立判断矩阵，然后计算得到判断矩阵的最大特征值，并且进行矩阵的一致性检验，最后进行各项指标的权重计算。计算结果如表5。

表5 大伙房水库安全评价体系各指标权重值

工程安全中取水设施运行情况与防洪安全的级别都为Ⅰ级，根据相关专家意见隶属度为（1，0，0，0，0）；生态安全的隶属度由实际水土治理情况与水主流失治理率安全标准等级对照来确定；根据实际情况与相关资料，通过与2011年水量对比得到水量安全隶属度；水质安全隶属度分别通过水质等级隶属度、水质富营养化程度隶属度与水源地供水水质保护与综合治理状况3个方面并通过专家审核来确定；管理体系达标建设根据水源地资金管理、水源地保护技术管理、水源地保护组织管理与水源地保护相关法律法规4个方面进行隶属度的确定；安全监控体系达标建设通过应急监测能力、水源地信息管理、水源地监测机制、水源地监测设施、水源地监控机制与水源地监控设施6个方面进行隶属度确定。根据得到的评价指标的隶属度，进行模糊综合评价计算得出各准则层隶属度，结果如表6。

表6 准则层隶属度汇总

3.3 评价结果与分析

根据各准则层的隶属度行模糊综合评价计算，得到大伙房水库总体安全隶属度及安全等级，分别如表7，表8。

表7 安全等级隶属度

表8 各准则层及总体的安全等级

可知，安全监控系统与生态安全处于“低”水平；安全管理与水量安全处于“中”水平；水质安全处于“高”水平；工程安全处于“极高”水平；总体等级处于“中”水平与前两者有直接关系。由此表明，长期的采矿、采砂与水土资源的不合理利用导致水源地流域的生态环境遭到破坏，影响了大伙房水库水源地的整体安全。安全监控体系等级较低，究其原因：监控体制不健全，不能实现全天实时实地自动监控；监控设备及监测设施落后，无法做到对取水口与水质进行高频率、高效率的监测。

因此，综合评价大伙房水源地安全等级属于中等级别，应该采取种植树木、保持丛林进行生态养护，健全水质监测体制，安装先进的监测仪器与监控设备，加强监测能力建设等措施来改善改善伙房水库水源地的安全现状。