山西饮用水水源地水质健康评估分析

田完红

(山西省晋城市郭壁供水站，山西 晋城 048000)

1 山西汾河流域水源地基本情况

整个流域集水面积39 471 km，为湖库型水源，为山西省目前最大的地表水饮用水源地。汾河水库库区水域面积32 km2，总库容7.2×108m。此外，平均每年引黄河水约9 000×104m3，并向省城太原市供水，汾河水库作为引黄人并工程的调蓄水库，已成为山西省最大的饮用水水源地。

2 饮用水源地水质健康状况评估

该文从水源地常规指标、湖库类型水源地特征指标和水源地常见有毒有害物质三个方面，布设6个监测点对山西汾河流域的集中式饮用水源地进行水质分析，并对其水质变化特征进行探讨。在此基础上，根据水质分析结果，对本流域典型集中式饮用水源水质卫生状况进行评价分级。

2.1 水源地常规指标分析

2.1.1 高锰酸盐指数

高锰酸盐指数主要用于表示水体中的有机物含量，图1显示了监测点A向H高锰酸盐指数的变化。在水原面，2015-2017年水原A的月高锰酸盐指数显着高于其他来源，并且是III类地表水指数(6 mg/L)的浓度，在每年9月左右达到最高水平。引爆点。在监测点，高锰酸钾指数的含量基本波动至低于地表水水平(2 mg/L)的水平。其他六个监测点的月平均高锰酸盐指数相对接近，并且在地表水的第一水平(2 mg/L)和第二水平(4 mg/L)之间波动。在年度变化中，大多数来源的高锰酸盐指数每年都呈下降趋势，但总体上波动。

图1 高锰酸盐指数浓度变化情况

2.1.2 五日化学需氧量(BOD5)

在6个监测点中，未发现有超过Ⅲ级的生化需氧量发生在各水源地。在2015-2017年的36月期间，监测点A各月生化需氧量基本高于其他监测点，其中12个月的生化需氧量在Ⅱ类(3 mg/L)和Ⅲ类(4 mg/L)之间，其他监测点的五日生化需氧量维持在Ⅰ类(3 mg/L)以下。不同水源的生化需氧量相对浓度及其变化趋势与化学需氧量基本一致。

2.1.3 氨氮(NH3-N)

2015-2017年，从水源地的情况来看，6个监测点的氨氮浓度均低于Ⅱ级(0.5 mg/L)。2015年1-4月，监测点C和F的氨氮浓度呈上升趋势，2016年5月-2017年12月，监测点E的氨氮浓度呈上升趋势，继续波动于Ⅰ级(0.15 mg/L)-Ⅱ级(0.5 mg/L)之间，部分月份接近0.5 mg/L。监测点C.E.F均属黄河沿岸，黄河水域往来船只众多，港口码头多，船舶污染风险较大，尤其是生活性污染，故上述三种监测点氨氮偏高的原因可能是由此造成的。除了C,E,F三个监测点外，其它监测点的氨氮含量均低于Ⅰ(0.15 mg/L)。

2.2 湖库型水源地特征指标分析

2.2.1 总氮(TN)

在6个监测点中，监测点A和监测点D的月总氮浓度均高于其它水源地，在监测期内大部分月份均有超标(超Ⅲ类)发生，其中水源地A的月总氮达到劣Ⅴ类，监测点D的月总氮达到Ⅴ类；监测点B.G.H的月总氮浓度均低于Ⅲ类(1 mg/L)指标值(图2)。

图2 总氮(TN)浓度变化情况

2.2.2 叶绿素a(chla)

在水源地方面，6个监测点中，A类水源地叶绿素A浓度较高，最高值为32.5 mg/m3；监测点D约为10 mg/m3；监测点C和监测点E叶绿素A浓度较低，基本维持在5 mg/m3以下。

2.2.3 透明度

就监测点而言，监测点A和D的透明度较低，默认情况下保持在50 cm以下。监测点B的透明度小于100 cm，略高于监测点A和D的透明度。监测点G和H的透明度较高，但最近有所降低。

2.3 水源地常见有毒有害物质分析

2.3.1 重/类金属类

在过去三年(2015-2017年)中，每个监测点中每月所选重金属/品位金属指标的浓度都可以达到III级标准。在这些指标中，砷(As)和铬(Cr)低于I级。三个指标：铜(Cu)，锌(Zn)和镉(Cd)在单个月份中似乎超过了I类，但是汞(Hg)，铅(Pb)和其他两个指标超过了II类。考虑到每个表面的平均值，水源区域中的铜(Cu)，锌(Zn)和铬(Cr)的浓度相对较高，这可能是由于黄河沿岸的船舶污染所致。在其中，汞(Hg)的浓度略高于其他监测点，这三个监测点均来自汾河；在G和H监测点中，镉(Cd)和铅(Pb)的浓度较高。

2.3.2 有机物类

在过去三年中(2015-2017年)，从各监测点中监测到的有毒和有害有机污染物的浓度已达到标准限制要求。其中，监测点G和H的氯仿浓度相对高于其他监测点，约占标准值的10%；监测点A和H的氯仿和1,2-二氯乙烷的浓度相对高于其他监测点。约占标准值的30%至40%，G和H监测点中三氯乙烯和四氯乙烯的浓度比其他监测点高，约占标准值的10%。与其他监测点相比，三氯乙烯和四氯乙烯的水源浓度较高，其中苯，甲苯和乙苯的浓度分别为50%和10%，监测点A，G和H水源为三氯乙烯。苯，1,2-二氯苯，1,4-与其他监测点相比，二氯苯的浓度相对较高，其中异丙苯的浓度约为参考值的1至2，氯苯的浓度约为参考值的2%至8%，1,2-二氯苯的浓度为它大约是标准值的6%。

2.4 基于熵权综合指数法的饮用水源地水质健康评估

构造基于2015-2017年饮用水水源主要指标均值的判断矩阵R=(xij)5×27。

判别矩阵中的指标可分为越大越优和越小越优两种，并按以下公式进行归一化处理。

越大越优型：

(1)

越小越优型：

(2)

式中：xi,max为不同样本第i个指标的最大值；xi,min为不同样本第i个指标的最小值；rij-xij的归一化结果，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n

因此，用公式(2)对溶解氧、透明度两项指标进行归一化计算，用公式(2)进行高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、叶绿素a等6项指标的归一化计算。给出了矩阵R的规范化结果。

从熵的定义出发，对于n个样本的m个评价指标，评价指标的熵可以确定为：

(3)

式中，0≤Hi≤1为使lnfij有意义，假定fij=0时，fijlnfij=0，其中，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n

然后对6个样本的27个指标分别计算各个评价指标的熵值。

通过对饮用水水源水质健康评价指标的熵值计算，得到6个样本27个评价指标的熵值矩阵为：

熵权计算公式为：

(4)

用公式(4)引入矩阵H，得到6个样本的27个评价指标的熵权矩阵：

(5)

用公式(1),(2),(4)计算得到的和用公式(5)代数得到的各水源地水质健康评估得分见表10。

表1 水质健康评估得分

2.5 饮用水水源水质卫生状况和水环境风险评价结果分析

2.5.1 对饮用水来源进行水质健康评估的结果分析

使用权熵综合指数法(WQHI)用于计算水原综合水质健康指数，并通过分析水质数据本身反映水原水体处于健康状态，从而评估水原的水生态健康状况(见图3)。整个索引的大小本身没有视觉意义，应该通过一组数字级别定义来赋予其意义。

2.5.2 饮用水源地水质环境风险评估的结果

本文介绍了一种基本的饮用水源环境风险评估方法，在对六个监测点进行离线评估时，除监测点A以外的其余监测点处于低风险作为高风险点(见图4)。

水质WQHI水平与BRI指数之间存在一定的负相关关系，表明水的健康状况与水源本身的潜在环境风险之间存在一定的内在联系，综合运用两者来评估水源风险是科学合理。

3 结语

饮用水源安全事关人民群众的切身利益，保障饮用水安全对保障人民群众生命健康至关重要。水质健康评估是保证水源安全的关键，其主要任务是了解水源现状，识别水源环境风险。本文运用熵权综合指数法对水源地水质健康状况进行评价，得到了水源地水质健康综合指数(WQHI)得分，为山西汾河流域饮用水水源地采取有效措施改善水质提供了详尽的数据，对促进水源地环境保护规范化建设、保障水源地水质安全具有重要意义。