大伙房水库饮用水水源地水环境安全评价

赵变普

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110000)

1 水环境安全评价方法

1.1 水库概况

大伙房水库坐落于抚顺市境内，承担着盘锦、鞍山、辽阳、抚顺、沈阳、营口、大连7个城市和2300万人口生活供水任务，也是全国九大重点城市供水水源地之一。该水库兼具灌溉、防洪、供水、发电和养殖等功能，总库容为21.87亿m3，其中防洪库容11.82亿m3，汛限水位为126.40m，最高水位为138.80m，死水位为108.00m，最大水深为37.0m。库区水面最宽处宽4km，东西长35km，最大蓄水面积为114km2，枢纽总泄量为16.295m3/s，入库河流有社河、苏子河、浑河，属于带状河谷型水库。水库上游为山区，占流域面积的60%，海拔为400～800m；水库中游为丘陵地带，地形较缓且面积较少，占全流域2%；水库下游至沈阳附近逐渐进入平原区，占流域面积的1/3以上，为辽宁地区重要的工业基地和产量基地。水电站发电量为5600kW·h，总装机容量为3.2万kW，库区水产养殖规模大，被誉为自然“大水缸”[1- 7]。

近年来，随着经济社会的发展、城镇化进程的加快以及污染控制工程的滞后，库区水源地污染物含量不断增多，水资源供给矛盾及流域水环境问题日趋突出，下游河道断流、水华事件频发。调查显示，大伙房水库污染属于富营养类型，其中流入水库的三条河排污是造成污染主要原因，尤其是浑河工业废水排放最为突出，历史上7—8月曾多次发生“藻花”事件，污染因素以BOD5、悬浮物和COD为主。大伙房水库作为城市供水水源地，其水环境安全状况直接影响着沿河居民的身体健康和饮水安全。因此，文章以大伙房水库饮用水水源地为例，为综合反映库区水环境状况探究了多级指标体系和水环境安全评价方法，以期为保障城市饮用水安全和水源地水环境治理提供科学指导。

1.2 评价指标体系

人为性和自身性属于水库水环境安全的二元属性，结合水源地安全现有研究成果、水库功能和水环境安全的概念，提出的水生态、水质和水量安全为库区水环境安全评价的主要内容[8- 10]。最终，从多个方面选择11项指标，借鉴DPSIR概念模型构建安全评价体系，如图1所示。

图1 水环境安全评价体系

1.3 综合评价方法

水环境安全评价涉及范围广、因素多，且不同因子间存在复杂的联系，考虑单项指标值无法全面反映水安全的整体状况，所以采用加权求和法确定综合评分值。将归一化后的因子值fi和权值wi进行加权求和，由此获取水安全综合评分P，其表达式为

(1)

1.4 水环境安全等级

目前，尚未形成普遍适用、统一完善的水环境安全评价标准分级方法。考虑到实际需要，并借鉴水资源领域等级划分原则，采用均分的方法将大伙房水库水环境安全划分为5个等级，从优到劣排列：预警级别为Ⅰ级(安全)、Ⅱ级(较安全)、Ⅲ级(预警)、Ⅳ级(中警)、Ⅴ级(重警)，见表1。

表1 水源地水环境安全等级划分

2 结果与分析

2.1 水量安全评价

为反映饮用水水源地的水资源利用现状评价水量安全状况，客观评价来水情况。枯水年大伙房水库的最小生态需水保证率、来水保证率和工程供水能力都达到68%、95%、91%，水量安全评价标准及指数见表2。

表2 水量安全评价标准及指数值

2.2 水质安全评价

针对水源地的水质安全评价标准、水质指标和单项安全指数，结合地表水、地下水质量标准和《城市饮用水水源地安全状况评价技术细则》(以下简称细则)综合确定。根据全国水资源综合规划技术细则，科学评价大伙房水库水源地富营养化状况，所涉及的评价方法参考细则推荐的公式[11- 12]。此外，还要考虑水库水质受新型污染物POPS有机物的不利影响，通过评价水源地水质状况衡量其安全程度。根据细则推荐的公式和评价体系，确定大伙房水库水质安全类别，见表3。

表3 大伙房水库水质安全类别

2.3 水库富营养化评价

大伙房水库2009—2018年的富营养化状态，利用湖泊营养状态评价标准和浑河流域水资源公报相关数据进行评价。结果显示，中—富营养型为大伙房水库水质营养情况，TP、TN为主要富营养指标[13]。根据2009—2018年污染因子监测数据，水库水质为中度营养的仅有2018年，其他年份均为中—富营养程度，如图2所示，水体腥臭及入库河流工业废水排污问题突出。

图2 2009—2018年大伙房水库营养状态

2.4 基于DPSIR框架的综合评价

2.4.1评价样本矩阵

以大伙房水库2018年监测数据为例，综合评价水源地水环境状况，采用相近年份监测数据或相关资料确定无法获取及没有监测的数据[14]。

相关指标数据来源及其计算方法如下：采用大伙房雨量站实测数据获取水库月降水量数据；考虑到入库河流携带的点源污染占大伙房水库总污染量的78.5%～89.2%，所以按照河道入库量确定大伙房水库污染物入库量，依据浑河水质监测数据及入库河流流量确定月入库污染负荷；大伙房水库有出口、入口和库中心水质监测点，采用3个监测点的月平均数据构造样本矩阵；以TN与TP浓度比作为氮磷比数据；2018年大伙房水库月尺度水质类别按照地表水水质划分标准确定，将其与Ⅲ类目标水质相比得到达标率。通过整理与分析各指标数据，构造以月份为序列的样本矩阵，数据获取方法及初始值见表4。

表4 水环境安全样本矩阵

2.4.2指标值及其归一化

结合大伙房水库2009—2018年的监测数据，TP、TN、CODMn入库量的上、下限值利用关系式来确定；然后依据地表水环境质量标准中Ⅰ类和Ⅴ类水的TP、TN、CODMn浓度设定相应的上、下限值，从而确定归一化的各指标限值，采用极差标准法构造归一化标准矩阵，见表5。

2.4.3水环境安全综合评价

评价体系中各层次指标权重利用熵权法求解(表6)，然后采用加权求和法确定2018年大伙房水库水环境安全综合指数，按照等级标准确定水安全状况(表5)。

表5 归一化标准矩阵

表6 水环境安全评价指标权重

从表5可知，大伙房水库饮用水水源地水环境状况良好，达到Ⅱ类较安全等级的有4、5、6、9月，可见此时段水库水环境对居民饮水安全和身体健康影响较低，水生态功能尚好且水环境破坏程度较低；然而7、8月时段，由于入库河流排污，特别是浑河工业废水的排放致使总磷、总氮浓度明显超标，充足的营养盐为藻类的生长提供了适宜的条件，该时期水环境达到Ⅲ类预警水平，表明水源地水质恶化、水系统受到破坏，对沿河居民饮水安全与身体健康产生不利影响。冬季，营养盐浓度较低且污染物入库量较小，藻类的生长缓慢，所以冬季的水体良好，水环境达到安全水平。

3 结论

(1)通过诊断识别浑河流域存在的水环境问题，统计分析上游大伙房水库的富营养化特征及水质现状，从人为、自然的角度揭示了导致富营养的原因，水库水环境安全主要与污染负荷高、人为干扰等因素相关，氮磷等营养盐为主要污染物，农药化肥的过度施用为主要污染源。

(2)大伙房水库饮用水水源地达到Ⅱ类较安全等级的有4、5、6、9月，综合指数为0.31～0.38；7、8月时段，由于入库河流排污，特别是浑河工业废水的排放致使总磷、总氮浓度明显超标，该时期水环境达到Ⅲ类预警水平，综合指数为0.46，表明水源地水质恶化、水系统受到破坏，对沿河居民饮水安全与身体健康产生不利影响。