摘要
提出飲用水源地的陸域安全評價(jià)是其安全評價(jià)的重要組成部分,將南京市夾江水源地安全評價(jià)過程分為水質(zhì)評價(jià)和陸域安全評價(jià)兩部分,選用化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽(以N計(jì))作為水質(zhì)評價(jià)指標(biāo),試驗(yàn)測取17個(gè)采樣點(diǎn)水樣各指標(biāo)濃度,分析得到其水質(zhì)處于基本安全級別;從影響陸域安全的自然生態(tài)和人類活動(dòng)等因素出發(fā),基于遙感和GIS技術(shù),擬定評價(jià)指標(biāo)體系,構(gòu)建評價(jià)模型,研究表明其陸域絕大部分處于安全級別。因此,夾江飲用水源地處于基本安全等級。
關(guān)鍵詞陸域安全評價(jià);水質(zhì)評價(jià);飲用水源地;南京夾江
中圖分類號(hào)S181.3;X824;X826;X87文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2015)05-197-02
作者簡介
鄒樹平(1987-),男,江蘇灌云人,助理工程師,碩士,從事地圖設(shè)計(jì)與制圖工作。
收稿日期2015-01-04
水源地安全評價(jià)是水處理的基礎(chǔ),是保障水廠出水安全的前提。水源地安全評價(jià)也使得相關(guān)部門能夠了解水源地安全的現(xiàn)狀及其變化趨勢,有利于水源地保護(hù)工作的開展?,F(xiàn)階段的水源地安全評價(jià)的定量研究主要集中于水質(zhì)評價(jià),對于影響其陸域安全的自然因素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的研究較少。而水源地既包括一定的水域,也包括相應(yīng)的陸域。筆者在此從水質(zhì)安全和陸域安全2個(gè)方面對南京夾江水源地安全評價(jià)進(jìn)行定量研究。
1資料與方法
1.1研究區(qū)范圍
夾江飲用水源地處于長江南京段上游,位于南京市河西地區(qū)(秦淮新河口至三汊河口)與江心洲(洲頭至洲尾)之間,年取水量約380 000 m3,為南京全市提供80%以上的自來水供應(yīng),是南京市目前最主要的飲用水源地。在原夾江水源地保護(hù)區(qū)范圍[1]劃分的基礎(chǔ)上,根據(jù)河流等自然分界并參考上海市黃浦江飲用水源保護(hù)區(qū)具體范圍[2]的劃定,將研究區(qū)范圍設(shè)定為江寧區(qū)自來水廠取水口到上游秦淮新河(4.5 km)、北河口水廠取水口到下游三汊河(3.5 km)、夾江水道中心線向兩側(cè)約2 km范圍的水域和陸域,面積約為47 km2。
1.2數(shù)據(jù)及處理
用于指示長江南京段水質(zhì)狀況的主要污染物指標(biāo)有高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、石油類等[3]。根據(jù)飲用水源地水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]以及數(shù)據(jù)獲取的難易程度,選用化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽(以N計(jì))作為研究區(qū)水質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)。設(shè)計(jì)17處研究區(qū)水樣采集點(diǎn),包含了5個(gè)入河口點(diǎn),其他采樣點(diǎn)處岸邊均為泥質(zhì)岸灘。采樣點(diǎn)較均勻地分布在夾江兩岸。在實(shí)驗(yàn)室分別采用重鉻酸鉀法測定化學(xué)需氧量濃度,納氏試劑光度法測定氨氮濃度,酚二磺酸比色法測定硝酸鹽(以N計(jì))濃度[5]。
實(shí)際觀測數(shù)據(jù)如水文觀測、氣象觀測、環(huán)境監(jiān)測、GPS定點(diǎn)實(shí)測所獲得的數(shù)據(jù),以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等均是GIS研究中空間數(shù)據(jù)的重要來源。但這些數(shù)據(jù)往往是離散的樣本數(shù)據(jù)。離散的數(shù)據(jù)無法直接反映要素的空間分布特性,需要對其進(jìn)行數(shù)值空間化處理。該研究的定點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)主要有研究區(qū)陸域范圍內(nèi)的點(diǎn)源污染,由于數(shù)據(jù)樣本較少、相互獨(dú)立且不符合正態(tài)分布的要求,不適合使用復(fù)雜地統(tǒng)計(jì)插值方法,而采用相對合適的常規(guī)確定性插值方法進(jìn)行處理,得到較好的數(shù)值空間化結(jié)果;對于人口、農(nóng)藥、化肥等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則采取建立普查小區(qū),對普查小區(qū)的多邊形賦值來進(jìn)行數(shù)值空間化處理。使用由AVNIR-2傳感器獲取的10 m空間分辨率ALOS影像數(shù)據(jù),制定研究區(qū)土地利用分類表,結(jié)合目視解譯知識(shí)和實(shí)際調(diào)研資料,獲得研究區(qū)土地利用分類圖。
1.3水質(zhì)安全評價(jià)
按照文獻(xiàn)[4]中水質(zhì)安全評價(jià)方法進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)地采樣并測取樣品各項(xiàng)目指標(biāo)的濃度值,與表1的標(biāo)準(zhǔn)限值比對,確定單項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)指數(shù),如樣品化學(xué)需氧量濃度值>20 mg/L且≤30 mg/L,則該樣品的評價(jià)指數(shù)為4。根據(jù)計(jì)算得出的常規(guī)項(xiàng)目和有毒有機(jī)項(xiàng)目的評價(jià)指數(shù),選取最高(最差)指數(shù)作為夾江水源地水質(zhì)狀況評價(jià)結(jié)果。評價(jià)等級分為安全、基本安全和不安全3個(gè)等級,評價(jià)指數(shù)是1和2為安全等級,評價(jià)指數(shù)是3為基本安全等級,評價(jià)指數(shù)是4和5為不安全等級。
1.4陸域安全評價(jià)
1.4.1
評價(jià)指標(biāo)體系。
針對研究區(qū)陸域的特點(diǎn),以生態(tài)活力、生態(tài)阻力、生態(tài)承載力3個(gè)準(zhǔn)則來分析影響其安全的自然生態(tài)因素以及點(diǎn)源、面源污染因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等。根據(jù)主導(dǎo)性、相對獨(dú)立性、差異性、可定量化等指標(biāo)選取原則,建立夾江水源地陸域安全評價(jià)指標(biāo)體系(表2)。
1.4.1.1
生物豐度指數(shù)。
生物豐度指數(shù)=
Abio×∑SiWiStotal,
式中,Abio表示全國豐度指數(shù)的歸一化系數(shù),取值為400.62[6];Si表示研究區(qū)土地利用類型i的面積;Wi表示研究區(qū)土地利用類型i的權(quán)重值,i為林地、草地、水域、耕地和園地、建設(shè)用地、其他用地等類型,其權(quán)重分別為0.35、0.21、0.28、0.11、0.04和0.01[7];Stotal表示研究區(qū)土地總面積。
1.4.1.2
區(qū)域開發(fā)指數(shù)。
區(qū)域開發(fā)指數(shù)=(農(nóng)村建設(shè)用地面積+城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積)/土地總面積×100%。
1.4.1.3
植被指數(shù)(NDVI)。
NDVI =(ρNIR-ρR)/(ρNIR+ρR),
式中,ρNIR和ρR分別指影像近紅外波段和紅外波段的地表反射率。
1.4.1.4
農(nóng)藥使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度。通過查找南京市統(tǒng)計(jì)年鑒獲得各行政區(qū)農(nóng)藥、化肥施用的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),計(jì)算南京各個(gè)行政區(qū)單位耕地和園地面積農(nóng)藥、化肥的值,即農(nóng)藥使用強(qiáng)度和化肥使用強(qiáng)度。
1.4.1.5
企業(yè)污染強(qiáng)度。對于研究區(qū)內(nèi)尚存的企業(yè),可以設(shè)定這些企業(yè)的污染排放符合相關(guān)污染物標(biāo)準(zhǔn)。對于符合污染排放標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè),暫不考慮排放污染物的類型,而將企業(yè)污染排放量作為企業(yè)污染強(qiáng)度的量化指標(biāo)。利用反距離權(quán)重(Inverse Distance Weighted,IDW)插值方法對研究區(qū)內(nèi)企業(yè)污染的排放量進(jìn)行空間插值,并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到企業(yè)污染強(qiáng)度的空間分布。
1.4.1.6
人口密度。通過劃分人口普查小區(qū)實(shí)現(xiàn)空間化,研究區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民地人口密度使用江心洲居民總戶數(shù)與居民地面積的比值表示,城市住宅小區(qū)的人口密度即為每個(gè)居民小區(qū)的人口(總戶數(shù))與面積的比值。
1.4.2
評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化。對于未作標(biāo)準(zhǔn)化處理的指標(biāo),采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行處理。與評價(jià)目標(biāo)正相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)的極差標(biāo)準(zhǔn)化使用公式A=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100進(jìn)行計(jì)算,
與評價(jià)目標(biāo)負(fù)相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)的極差標(biāo)準(zhǔn)化使用公式A=100-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100進(jìn)行計(jì)算,
式中,A為標(biāo)準(zhǔn)化值,X為實(shí)測值,Xmax為實(shí)測值中的最大值,Xmin為實(shí)測值中的最小值。
1.4.3
評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定。
采用層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)確定各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,具體步驟詳見文獻(xiàn)[8]。
1.4.4
安全評價(jià)指數(shù)的計(jì)算。
其計(jì)算公式為ESI=∑ni=1Wi×Ci,
式中,ESI是指安全評價(jià)綜合指數(shù),Wi是指i因子權(quán)重值,Ci是指i因子的無量綱化值。
1.4.5
安全等級標(biāo)準(zhǔn)的制定。建立如表3所示的綜合指數(shù)取值區(qū)間、安全評價(jià)指數(shù)與生態(tài)安全等級對應(yīng)表。如當(dāng)綜合指數(shù)取值在≥0且<20時(shí),安全評價(jià)指數(shù)為5;當(dāng)安全評價(jià)指數(shù)為4或5時(shí),安全等級為不安全。
2結(jié)果與分析
在水質(zhì)安全評價(jià)過程中,選取17個(gè)采樣點(diǎn),其中包含了5個(gè)入河口點(diǎn),其他采樣點(diǎn)處岸邊均為泥質(zhì)河灘。實(shí)驗(yàn)室測量得到的水質(zhì)指標(biāo)濃度顯示,編號(hào)為1的水樣氨氮濃度和化學(xué)需氧量濃度高于均值,編號(hào)為2、3、16的水樣氨氮濃度和硝酸鹽濃度高于均值。究其原因,采樣點(diǎn)1、3、16位于入河口處,采樣點(diǎn)2位于渡船碼頭附近。研究區(qū)常規(guī)項(xiàng)目評價(jià)中,編號(hào)為1、2、3、16的水樣常規(guī)評價(jià)指數(shù)為3,處于基本安全級別,其他水樣評價(jià)指數(shù)為2,處于安全級別;有毒有機(jī)項(xiàng)目的水樣評價(jià)指數(shù)為1,處于安全級別。由此可知,夾江水源地水質(zhì)處于基本安全等級。
在陸域安全評價(jià)過程中,通過層次分析法獲得指標(biāo)權(quán)重,分別記生物豐度指數(shù)、植被指數(shù)(NDVI)、區(qū)域開發(fā)指數(shù)、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度、企業(yè)污染強(qiáng)度、人口密度圖層分別為Lyr1、Lyr2、Lyr3、Lyr4、Lyr5、Lyr6、Lyr7,則可得安全綜合指數(shù)ESI的圖層運(yùn)算公式為:LyrESI=0.055×Lyr1+0.165×Lyr2+0.067×Lyr3+0.178×Lyr4+0.112×Lyr5+0.369×Lyr6+0.054×Lyr7。結(jié)果顯示,研究區(qū)陸域安全綜合指數(shù)值主要集中在60~100,少部分范圍處于40~60。與表3對照可知,綜合指數(shù)取值處于40~60為基本安全級別,處于60~100為安全級別。因此,研究區(qū)陸域絕大部分地區(qū)處于安全等級。
3 結(jié)論
從影響飲用水源地安全的因素得出,評價(jià)飲用水源地安全狀況既要定量分析其水質(zhì)安全,也要定量評價(jià)水源地陸域安全,并取較差等級最終評價(jià)結(jié)果。研究表明,南京夾江水源地水質(zhì)處于基本安全等級,陸域處于為安全等級。由此得到,夾江飲用水源地安全評價(jià)結(jié)果為基本安全等級。
為了提高夾江飲用水源的安全性,應(yīng)繼續(xù)對研究區(qū)的污染企業(yè)進(jìn)行治理和搬遷,減少企業(yè)污染和農(nóng)藥化肥的使用;控制輪渡碼頭的污染;對荒地等未利用地進(jìn)行合理規(guī)劃,提高城市綠地面積。
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責(zé)任編輯喬利利責(zé)任校對李巖