内江市中小型河流和水库的水质安全评价

周开锡;丁雪卿;孙方中;罗晓慧;邬健

【摘 要】本文采用层次分析法对内江市中小型河流和水库水质安全进行了评价。结果表明，内江市水质安全总体状况在中等级别，水质安全存在一定风险。处于水质安全级别Ⅱ级以下的河流主要来自威远县和隆昌县的次级河流。采用包括水质评价、营养状态评价、健康风险评价、水质污染风险评价在内的水质安全综合评价，具有直观和定量定性的特点，能够判断水质安全度。%The water quality safety of small and medium-sized rivers and reservoirs in Neijiang was evaluation by analytic hierarchy process. The results showed that the water quality safety in Neijiang was at middle level with certain safety risk. The rivers with water quality safety level worse than grade 1I were mainly secondary revers in Weiyuan County and Longchang County. The comprehensive evaluation of water quality safety including water quality, eutrophication, health risk and water pollution risk is characterized as being intuitive, quantitative and qualitative, which can judge the level of water quality safety.

【期刊名称】《四川环境》 【年(卷),期】2012(031)006 【总页数】7页(P84-90)

【关键词】层次分析法;水质安全;综合评价 【作 者】周开锡;丁雪卿;孙方中;罗晓慧;邬健

【作者单位】内江市环境保护监测站,四川内江1100;内江市环境保护监测站,四川内江1100;内江市环境保护监测站,四川内江1100;内江市环境保护监测站,四川内江1100;内江市环境保护监测站,四川内江1100 【正文语种】中 文 【中图分类】X824

我国城市水安全形势十分严峻。目前，我国600多座城市中就有300多座缺水，严重缺水的已占100多座，每日缺水量约为1600万吨。水安全及其保障问题研究，已成为普遍关注的热点［1～3］。河流和水库水环境质量评价作为生态环境质量评估的主要内容之一，其主要方法有指数法、模糊综合评价法、灰色数学法和神经网络法等［4，5］。本文采用了层次分析法对内江市水环境质量安全进行了评价，得出了内江市中小型河流和水库的水质安全状况，为保障内江市水环境安全提供了参考。 1 层次分析法

层次分析法 (AHP)的基本思想是把复杂的系统分解为若干子系统，按他们之间的从属关系分组，将问题分解为不同的要素并归为有序的递阶多层次结构;根据层次中各个子系统的相对重要性，建立判断矩阵;计算判断矩阵的最大特征值及对应的正交化特征向量，得出该层要素对于该准则的权重;在此基础上计算出个层次要素对于总体目标的组合权重，根据权重的大小进行决策，以此区分各要素或方案的优劣［6］。

2 水质安全评价模型 2.1 水质安全评价模型设计

在内江市水资源安全评价模型的基础上，建立包括水质类别、富营养化程度、水质

健康风险、水质污染风险4个指标的水质安全评价体系，见图1。鉴于河流和水库评价标准的差异，按照层次分析法 (AHP)分别对河流和水库进行水质安全评价指标赋权。

图1 内江市水质安全评价体系Fig.1 Water quality safety evaluation system in Neijiang

2.2 指标权重的计算

地表水水质类别直接反映了水源水质安全状况，其在水质安全体系中比重最重。健康风险评价是基于水体中有毒有害物质进入人体后对健康的危害风险，与水质类别同等重要。水质污染风险是表征水质出现污染情况的可能性，其重要性较水质类别、健康风险略低。水体富营养化影响水质感官，影响人体健康，但对人体健康的伤害较小，故其略比水质状况、健康风险、水质污染风险权重低［9］。根据建立矩阵计算出各要素相应的权重，见表1。

表1 层次排序情况Tab.1 Ranking of hierarchy水质安全A 水质类别B1 水质健康风险B2 富营养化程度B3 水质污染风险B4权 重0.35 0.35 0.11 0.19 2.3 指标阈值的确定

2.3.1 水质评价－改进的内梅罗污染指数法

结合内江市水质特点选取溶解氧、高锰酸盐指数、CODcr、BOD5、氨氮、总磷、挥发酚、氰化物、氟化物、六价铬、铅、镉、锌、铜、砷、硒、汞、硫化物、石油类、阴离子表面活性剂等20项作为评价指标。以《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)Ⅲ类水质标准为基础划分污染等级，计算出各污染因子的权重。以Ⅲ类水质标准为基础划分污染等级，按改进后的内梅罗综合污染指数法计算各水质类别的PI'j 数值［7，8］，见表 2。

表2 内梅罗综合污染指数与水质类别对应Tab.2 Nemerow indexes and corresponding grades of water quality level水质类别 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ

类0.624 0.739 1 7.280 11.07湖库型 0.626 0.739 1 7.284 11.09内梅罗污染等级 河流型 ＜0.624 0.624≤PI＜0.739 0.739≤PI＜1 1≤PI＜7.280 7.280≤PI＜11.07湖库型 ＜0.626 0.626≤PI＜0.739 0.739≤PI＜1 1≤PI＜7.284 7.284≤PI＜11.09污染等级描述 清洁 轻清洁 轻污染 中度污染 严重污染水质状态评分值PI'j 河流型0～20 20～40 40～60 60～80 80～100 2.3.2 富营养化状况评价方法——综合营养状态指数法

水体富营养化评价采用金相灿等提出的包括叶绿素a、总磷、总氮、透明度和高锰酸盐指数在内的相关加权综合营养状态指数法。营养状态采用0～100的连续数字进行分级，在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。按照表3和内插法可将营养状态指数转换为100分制。

表3 营养状态等级Tab.3 The grades of eutrophication status状态描述 贫营养 中营养 轻度富营养 中度富营养 重度富营养营养状态指数范围 ＜30

30≤TLI(∑)≤50 50＜TLI(∑)≤60 60＜TLI(∑)≤70 TLI(∑)＞70营养状态评分值 0～25 25～50 50～75 75～100 按100计算 2.3.3 健康风险评价

国际癌症研究机构 (IARC)通过全面评价化学有毒物质致癌性的可靠程度，将化学物划分为基因毒物质 (包括致癌物质和放射性物质)和躯体毒物质 (非致癌物质)［9］。在国内外已开展的环境健康风险评价中，主要根据以上划分标准对污染物质进行健康风险评价［10，11］。本文采用致癌风险模型和非致癌风险模型计算健康风险［12］。健康风险的参评指标为六价铬 (Cr6+)、镉 (Cd)、砷 (As)、铅 (Pb)、汞 (Hg)、挥发酚、氰化物 (CN)、氟化物 (F－)等有毒有害物质，其中 Cr6+、Cd、As为致癌物，其余5项为非致癌物。饮用水中各种有毒物质引起的总健康风险，假设各有毒物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系。 根据我国生活饮用水卫生标准 (GB5749—2006)中规定的有毒有害物质浓度限值

所计算得出的健康风险值 (1.0×10－3a－1)以及我国地表水环境质量标准 (GB3838—2002)中规定的有毒有害物质的V类标准浓度所计算得出的风险值(2.6×10－3a－1)将风险分为很低、低、中、高、极高 (I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V)5个等级，详见表4［12］。按照表4和内插法可将健康风险等级转换为100分制。 表4 健康风险度等级Tab.4 The grades of health risk level注:当风险度＞2.6×10－3时，取100，按V级计算。 2.3.4 水质污染风险评价

水质污染风险评价参考新西兰的定性方法。风险等级取决于两个因素，一是污染物向周围环境迁移的可能性水平;二是定性预测污染物到采样点处的浓度水平［9］。为了方便对比各区域之间的水质污染风险，将水质污染风险等级转化为100制的评分值，见表5。根据表中确定风险评分值范围，再根据区域内污染源的污染负荷和取水方式等影响情况，将水质污染风险的等级定量化。

表5 水质污染的风险等级Tab.5 The grades of water pollution risk水质风险等级 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ0～20 20～40 40～60 60～80 80～100水质风险等级描述 很 低 低 中 高 极水质风险评分值高 3 研究区概况及数据来源 3.1 研究区概况

内江市位于四川省的东南部，坐落在沱江之滨。地形以丘陵为主，东南、西南面有低山环绕。境内河网密布，汇水面积大于500平方千米的有沱江河、球溪河、濛溪河、大清流河、威远河、隆昌河。中型水库有黄河水库、松林水库、团结水库、龙江水库、古宇庙水库、柏林寺水库、长沙坝葫芦口水库。内江市水系分布图具体见图2。 3.2 数据来源

数据评价是基于2009年内江市环境监测站和隆昌、威远、资中3个县环境监测站

对内江市中小型河流和水库的监测数据。 4 结果与讨论 4.1 水质评价结果 4.1.1 河流型水质评价

从图3、图4可以看出，中型河流水质达到Ⅲ类以上的占71%，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类水质在7条河流中均占有相当的比例。小型河流水质达到Ⅲ类以上的占60%，Ⅳ类、Ⅴ类水质河流占有较大比例，共占40%。小青龙河、石燕河水质最好，达到Ⅰ类水质;花园河、龙市河、九曲河水质较差，为Ⅳ类水质;达木河水质最差，为Ⅴ类水质。

图2 内江市水系分布图Fig.2 Water distribution map of Neijiang

4.1.2 水库水质评价

内江市境内比较大的水库共有10个，作为集中式地表水饮用水源地的水库有威远河长沙坝水库、葫芦口水库、柏林寺水库和古宇庙水库。从图5可以看出，内江市水库水质达到Ⅲ类以上的占90%，优于河流水质。其中葫芦口水库的水质最好，黄河水库水质最差。

图5 内江市水库水质评价Fig.5 Water quality evaluation of reservoirs in Neijiang

4.2 富营养化评价结果 4.2.1 河流富营养化评价

从图6、图7可以看出，中型河流全部处于轻度及中度富营养状态。小型河流处于轻度及中度富营养状态的占92%。内江市河流总体存在富营养化状况。只有石燕河富营养化状态最低，为中营养状态。达木河富营养化最为严重，富营养综合状态

指数达68.0。

4.2.2 水库富营养化评价

从图8可以看出，内江市水库的富营养化相对较轻，中营养状态的占60%。其中葫芦口水库的富营养化状态最低，黄河水库的富营养化最严重，综合营养状态指数达60.6。

图8 内江市水库富营养综合状态指数评价Fig.8 Eutrophication evaluation of reservoirs in Neijiang 4.3 健康风险评价 4.3.1 河流健康风险评价

从图9、图10可以看出，内江市河流的非致癌物总风险很低，Hg、Pb、CN、F、挥发酚5个项目中只有氟化物每次监测都有检出，另外挥发酚有很少频次的检出，但浓度都很低，Hg、Pb、CN都没有检出，未检出的项目按该项目检出限的一半参与计算。根据计算值，非致癌物总风险值范围在3.0E－09～2.5E－08之间，健康风险度值＜1.0×10－6，处于很低水平 (Ⅰ)。致癌总风险中 Cr6+、Cd、As 3个项目中Cr6+、Cd没有检出，沱江河干流和大清流河有砷检出，小型河流中小青龙河和乌龙河有砷检出，其风险值在2.06E－05～4.36E－05之间，总风险值处于低水平 (Ⅱ)。

4.3.2 水库健康风险评价

内江市水库非致癌总风险中只有氟化物有检出。其风险值范围在3.72E-09～5.96E-09之间，健康风险度值＜1.0×10－6，处于很低水平 (Ⅰ)。致癌总风险中

Cr6+、Cd、As 3个项目中Cr6+、Cd没有检出，黄河水库和松林水库As有较低浓度的检出，其风险值在2.06E-05～4.36E-05之间，总风险值处于低水平 (Ⅱ)，见图11。

图11 内江市水库健康风险分项评价图Fig.11 Health risk evaluation of reservoirs in Neijiang 5 水质污染风险评价 5.1 河流水质污染风险评价

从图12、图13可以看出，中型河流水质污染风险较低，处于低风险的占71.4%。小型河流水质污染风险较中型河流偏高，处于中等风险的占70%。其中新场河水质污染风险最大，主要原因是沿河附近畜禽养殖量非常大，养殖规模达到15000头以上，部分养殖废水排入河中;此外新场河流经的庆卫镇有常住人口5600多人，其生活污水也直接排入河中，存在较大的水质污染风险。

图12 内江市中型河流水质污染风险Fig.12 Water pollution risk of medium-sized rivers in Neijiang

图13 内江市小型河流水质污染风险Fig.13 Water pollution risk of small rivers in Neijiang

5.2 水库水质污染风险评价

从图14可以看出，内江市水库水质污染风险处于低风险和很低风险的占60%，处于中等风险的占有较大比例，占40%。其中长沙坝水库、葫芦口水库、团鱼凼水库因为库区有场镇、工业点源和集中式的畜禽养殖，存在潜在的污染风险，黄河水库因为库区存在场镇和休闲度假村，生活污水进入库区对水质存在较大的污染风险。 图14 内江市水库水质污染风险Fig.14 Water pollution risk of reservoirs in Neijiang

6 水质安全综合评价

根据内梅罗指数水质分级、富营养状态分级、健康风险度分级、水质污染风险度分级以及各项指标相应的权重，计算出水质安全综合指标评分，等级如表6所示。 表6 水质安全各项指标评分等级和水质安全综合评分等级Tab.6 The ranking of index scores of water quality safety and that of comprehensive evaluation水质安全综合评价等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ20 40 60 80 100营养状态 25 50 75 100 100健康风险度 20 40 60 80 100污染风险 20 40 60 80 100水质安全综合评价值 0～21 21～41 41～62 62～82 82～100水质安全综合评价等级描述 好 良 好 中 差 极水质类别差 6.1 河流水质安全综合评价

从图14、图15中可以看出，中型河流水质安全综合评价达到良好等级以上的有沱江河、球溪河、大清流河、濛溪河，占57%;其余河流为中等等级，占43%。其中威远河的水质安全状况最差，综合评价值为54.1;隆昌河的水质安全状况也较差，综合评价值为50.3。小型河流水质安全综合评价达到良好等级的有乌龙河、小青龙河、龙会河、新场河和石燕河，占50%;其余达到中等等级，占50%。其中达木河的水质安全状况最差，水质安全综合评价值为58.2，接近中等等级评分值上限。从区域来看，内江市主城区河流水质状况优于3县。

6.2 水库水质安全综合评价

图17 内江市水库水质安全综合评价值结果Fig.17 Comprehensive evaluation of water quality safety about reservoirs

从图17中可以看出，内江市水库的水质安全状况均较好，有9个水库达到良好等级，占90%;其中葫芦口水库、柏林寺水库、古宇庙水库、威远河天星水库、团结水库水质安全综合评价值均低于30.0;黄河水库的水质安全状况较差，达到中等等

级，水质安全综合评价值为51.3。 7 结论

层次分析法能有效地反映内江市中小型河流和水库水质的变化特征，计算简单、快速，能对各样本的情况进行排序比较。结果表明，内江市水质安全总体状况在中等级别，水质安全存在一定风险。处于水质安全级别Ⅱ级以下的河流主要来自威远县和隆昌县的次级河流。

采用包括水质评价、营养状态、健康风险评价、水质污染风险评价在内的水质安全综合评价，具有直观和定量定性的特点，能够判断水质安全度。若对多年数据进行分析，便可得出一个时期内内江市的水质安全变化趋势。 参考文献:

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