紅石峽水庫(kù)水質(zhì)污染評(píng)價(jià)

高春艷

(佳縣水資源服務(wù)中心，陜西 佳縣 719000)

榆林常年干旱，降水少蒸發(fā)強(qiáng)，地表徑流匱乏，時(shí)空分布不均勻，生態(tài)脆弱，市區(qū)城鎮(zhèn)需水量大，而各類(lèi)用水工程能夠提供的水量不能滿足需要，而自然水資源根本無(wú)法滿足需要。市區(qū)工農(nóng)業(yè)用水的水源地上游分布著能源化工基地，工業(yè)污染較大且影響范圍廣，污染物嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)安全。榆林市內(nèi)水庫(kù)、154處溝渠，榆林市北郊的紅石峽水庫(kù)每日供水3.6萬(wàn) m3，占日總供水4.8萬(wàn) m3的3/4，供水占比極高[1]。

榆林市對(duì)于日常用水的水質(zhì)也提出了很高的要求。經(jīng)過(guò)采取水庫(kù)流域地下水7個(gè)樣點(diǎn)以及地表水14個(gè)樣點(diǎn)，采用層次法分析以及模糊綜合評(píng)價(jià)法，分析了榆林紅石峽上中下游水質(zhì)的目前現(xiàn)狀，對(duì)水健康現(xiàn)狀及分析存在其危害風(fēng)險(xiǎn)性。

1 紅石峽水庫(kù)概況

紅石峽水庫(kù)是榆林修建最早的水庫(kù)之一，承擔(dān)著全市區(qū)近七成的供水量，建成以來(lái)為地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的健康生活提供了有力的供水保障。該水庫(kù)修建于1958年，位于榆林城北4.5 km，地處榆陽(yáng)區(qū)橋頭村，榆溪河中游。自從紅石峽水庫(kù)建成以來(lái)，農(nóng)業(yè)上多增加了灌溉面積達(dá)到6 000畝以上，每年能夠?yàn)槭袇^(qū)提供200萬(wàn) t水，每年能夠產(chǎn)生120萬(wàn) kw的電力，這些從某種程度上極大地推動(dòng)了榆林地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著人們生活質(zhì)量的上升，對(duì)生活、工農(nóng)業(yè)用水的水質(zhì)提出了更高的要求，因此鑒于紅石峽水庫(kù)的重要性，對(duì)水庫(kù)水質(zhì)采用科學(xué)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，以保證進(jìn)用水的安全性和質(zhì)量有著非常重要的社會(huì)意義。因此對(duì)于榆溪河流域地下水和地表徑流水作取樣分析，并對(duì)其水質(zhì)污染狀況及其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)是實(shí)在必行。

2 水質(zhì)與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 程序

(1)將各特性差別評(píng)價(jià)指標(biāo)歸類(lèi)為不同群組，有特定聯(lián)系的分為一個(gè)群組，從不同角度分析得其結(jié)果[2]；

(2)比較構(gòu)造各群組指標(biāo)判斷矩陣，進(jìn)行群指標(biāo)單排序及總排序[3，4]；

(3)矩陣計(jì)算特征向量及最大特征值，表征評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)定值間的重要性；

(4)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行排序，根據(jù)權(quán)重結(jié)果進(jìn)行一致性的檢驗(yàn)。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

(1)統(tǒng)一量綱：各指標(biāo)含義不同，單位量綱也不同，需要統(tǒng)一其單位量綱，然后進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和分析，常用的量綱統(tǒng)一方法主要有線性及非線性2種。線性歸一化用“極值化”、均值化、“中心化”等法進(jìn)行無(wú)量綱化[5]。極值法歸一化過(guò)程如下：

(1)

式中：xij為指標(biāo)i的實(shí)測(cè)值；xb為法規(guī)調(diào)理標(biāo)準(zhǔn)值。

非線性歸一化，依據(jù)不同范圍測(cè)量值設(shè)定其范圍，時(shí)期具有新的意義的歸一化處理方法，經(jīng)常用分段函數(shù)來(lái)表示。

(2)確定權(quán)重：?jiǎn)挝唤y(tǒng)一量綱后的指標(biāo)，在評(píng)價(jià)中起到的作用即貢獻(xiàn)不同，因此要確定其權(quán)重系數(shù)，主要有超標(biāo)法、專(zhuān)家打分法、標(biāo)度法、首尾比率法、聚類(lèi)權(quán)重法等常用的水質(zhì)權(quán)重系數(shù)確定法。超標(biāo)法計(jì)算權(quán)重如下：

Qi=xi/Ji

(2)

Ji=(ci1+ci2+…+ciA)/A

(3)

(4)

式中：Qi為指標(biāo)i中實(shí)測(cè)值權(quán)重；A為指標(biāo)i在標(biāo)準(zhǔn)中被分成的類(lèi)別數(shù)；CiA為該類(lèi)別下濃度參考值；Qi為歸一化處理后指標(biāo)i的權(quán)重。

(3)判斷矩陣的求解和檢驗(yàn)

根據(jù)指標(biāo)權(quán)重構(gòu)造滿足b>0、b1n×bn1=1、bnn=1的判斷矩陣：

對(duì)向量矩陣最大特征值βmax進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，假設(shè)結(jié)果A>B，B>C，A

(5)

式中：βmax為最大特征值；n為 檢驗(yàn)數(shù)目；n-1為自由度

2.3 模糊評(píng)價(jià)法

完成一致性檢驗(yàn)獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集A，A與實(shí)測(cè)值隸屬函數(shù)集B經(jīng)模糊計(jì)算求取最大隸屬度，隸屬值越大越吻合，可得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。隸屬函數(shù)常用的分布形式有6種，即矩形、半梯形、拋物線、正態(tài)性、哥西和嶺形分布[7]。

模糊計(jì)算方式多種，如F1模型(取大取小模型)，F(xiàn)2模型(相加取小模型)，F(xiàn)3模型(相乘取大模型)以及F4模型(相乘相加模型)[8]。

通常四種模型結(jié)果相差不大，但盡量取較大結(jié)果，如果：F1=F2=F3=0≠F4=0.24，此種情況應(yīng)該主要遵循相乘相加模型F4。

3 紅石峽水庫(kù)水質(zhì)污染評(píng)價(jià)

為保證采集的樣品具有代表性，采樣點(diǎn)均勻分布，在上游的支流入口、供水設(shè)備站，中、下游的支流入口選取水質(zhì)取樣點(diǎn)21個(gè)(14個(gè)地面水和7個(gè)地下水)。H1-H14為地面水，J1-J7為地下水。

地面水H1-H14、地下水J1-J7取樣，對(duì)9類(lèi)指標(biāo)：砷(As)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr+6)、鉛(Pb)、揮發(fā)酚、氨氮、氟化物、氰化物等進(jìn)行判斷分析。

3.1 地面水污染評(píng)價(jià)

根據(jù)地表水權(quán)重系數(shù)表1，將平均權(quán)重對(duì)應(yīng)的按照大小結(jié)果進(jìn)行排序：DO(含氧量)→氟化物→氨氮→鉻→鉛→氰化物→揮發(fā)酚→砷→鎘→汞，分析可知：紅石峽段地面水的主要成分是DO、其次氟化物和氨氮，但重金屬、氰化物和酚類(lèi)權(quán)污染甚微。DO值是衡量水質(zhì)污染重要指標(biāo)，含量越高有機(jī)物污染較小，富營(yíng)養(yǎng)化程度越低，但其余污染指標(biāo)的濃度高低與污染程度呈正比。

表1 地面水權(quán)重系數(shù)

3.2 地下水污染評(píng)價(jià)

根據(jù)表2，將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)平均值排序，鎘(Cd)→揮發(fā)酚→汞(Hg)→鉛(Pb)→鉻(Cr6+)→氟化物→氨氮→氰化物→砷(As)，由此可知：紅石峽地下水中對(duì)水質(zhì)影響的主要污染物為鎘(Cd)、揮發(fā)酚和汞(Hg)，說(shuō)明其受到重金屬和酚類(lèi)毒物的污染較其他指標(biāo)要大。

表2 地下水權(quán)重

4 結(jié)語(yǔ)

榆林市水資源短缺且分布不均，生態(tài)環(huán)境脆弱，供水量嚴(yán)重不足。全市3/4水量來(lái)自紅石峽水庫(kù)。通過(guò)紅石峽水庫(kù)選取的7個(gè)地下水和14個(gè)地面水樣點(diǎn)，利用層次分析結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法分析了研究區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀。上游工廠眾多，水質(zhì)較差；中游污染源較少，水質(zhì)良好，下游以村莊城區(qū)面源污染嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，得出下面幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)污染水庫(kù)地下水主要污染成分為汞、揮發(fā)酚和鎘；污染地面水主要成分是水中氧氣的溶解量(DO)，次為氟化物及氨氮，而重金屬離子影響甚微。綜合評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)Ⅰ～Ⅱ級(jí)間，這說(shuō)明地下水質(zhì)比較好，地面水水質(zhì)多為Ⅱ至Ⅲ級(jí)，由于上游受化工廠和下游受市區(qū)排污影響，局部水質(zhì)級(jí)別降至Ⅳ至Ⅴ級(jí)。

(2)經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)紅石峽庫(kù)區(qū)各污染物對(duì)人類(lèi)健康的風(fēng)險(xiǎn)率由大到小以此為：砷→鎘→鉻→氟化物→鉛→汞→氨氮→氰化物→揮發(fā)酚。容易導(dǎo)致人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)的致癌物質(zhì)主要為地面地下水中的砷、鉻元素，分析發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)水質(zhì)對(duì)影響著人體健康。根據(jù)榆林市政供水資料，供水水質(zhì)中致癌物鉻的風(fēng)險(xiǎn)率較高，高于庫(kù)區(qū)天然水體鉻含量值，這說(shuō)明致癌物質(zhì)鉻離子來(lái)自于化工廠和市區(qū)生活及工業(yè)廢水的排放，且自世紀(jì)之交的2000年以來(lái)未有改進(jìn)；非致癌物質(zhì)汞從09-12年下降迅速，但近年又有上升趨勢(shì)，表明由于隨著用水需求的增加在輸水過(guò)程中增加了鉻和汞的污染，但是其它污染物對(duì)于致癌的風(fēng)險(xiǎn)卻比較小。

(3)以庫(kù)區(qū)為中心的水域劃分為上游-中游-下游，其水質(zhì)相應(yīng)具有相對(duì)差-良好-較差規(guī)律。其原因?yàn)樯嫌蚊旱V化工企業(yè)分布較多，工業(yè)廢水、廢氣及廢渣未完全處理達(dá)標(biāo)就排放進(jìn)入水體自然循環(huán)有關(guān)；水域中游為庫(kù)區(qū)，污染源少，加上為保證水質(zhì)進(jìn)行隔離攔擋及凈化設(shè)施的設(shè)立；下游接受城區(qū)村鎮(zhèn)排污，造成水質(zhì)嚴(yán)重污染，影響下游居民的生產(chǎn)生活水質(zhì)。

現(xiàn)代化進(jìn)程，人類(lèi)聚居和工農(nóng)業(yè)發(fā)展都是臨近水源，而排污造成水質(zhì)污染又影響限制著發(fā)展進(jìn)程，凡事有利必有弊有弊，如何化解這種矛盾，通過(guò)加強(qiáng)流域水質(zhì)管理和污水處理達(dá)標(biāo)后排放，以保證正常的水質(zhì)要求，減少水質(zhì)對(duì)人體健康的危害勢(shì)在必行。