王 靜，段順瓊，張連根，石平平，歐福超

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，昆明 650201；2.昆明市松華壩水庫管理處，昆明 650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201)

0 引 言

云南高原屬山地高原地形，山地面積33.11 萬km2，占全省國土總面積的84%。云南高原年降水量1 000～1 200 mm，5-10月為濕季，降水量占全年的80%～90%，空氣濕度大，日照少；11月-翌年4月為干季，降水量占全年的10%～20%，空氣干燥。由于云南高原的城市大多位于地形相對封閉的斷陷盆地中，較少有大江大河經(jīng)過，盆地上游水庫成為城市最主要、甚至是唯一的水源[1]。因此，水庫成為高原盆地城市供水安全，乃至經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的命脈。近年來，伴隨著云南社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對水庫水源集水區(qū)的影響不斷增強(qiáng)，致使區(qū)域植被、土壤和蒸發(fā)等水文要素發(fā)生改變，造成入庫徑流特征、水質(zhì)等發(fā)生了較大變化，導(dǎo)致水庫有效供水量減少，城市缺水問題越來越突出，已成為制約城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主要瓶頸之一，保障云南高原盆地城市供水安全顯得尤為迫切。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，人們開發(fā)利用城市水源地水資源的程度越來越高，城市水源地正面臨著水資源日益短缺和水環(huán)境惡化的嚴(yán)重局面。本文以清水海水庫水源地(尋甸片區(qū))2015-2017年水資源為案例，利用集對評價(jià)法對清水海水源地(尋甸片區(qū))水資源脆弱性進(jìn)行評價(jià)，探討水資源脆弱性成因，為高原盆地城市水源地水資源的開發(fā)利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

清水海坐落在昆明市尋甸回族彝族自治縣仁德鎮(zhèn)西14 km甸沙鄉(xiāng)海頭村和海尾村之間，清水海水源區(qū)總面積314.81 km2，在尋甸境內(nèi)總面積291.39 km2。水源區(qū)涉及尋甸縣金所鄉(xiāng)、甸沙鄉(xiāng)、六哨鄉(xiāng)、先鋒鎮(zhèn)，以及嵩明縣滇源鎮(zhèn)共2縣5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?.01萬人，耕地面積0.249 萬hm2。

清水海水庫是一高原天然斷陷湖泊，為多年調(diào)節(jié)水庫，屬長江流域、金沙江支流的小江水系，正常蓄水位2 175 m，庫容1.17 億m3。2007年9月清水海引水工程對水庫進(jìn)行改擴(kuò)建，在海尾村建設(shè)擋水壩，使清水海水庫的正常蓄水位達(dá)到2 180 m，總庫容達(dá)1.541 7 億m3，成為調(diào)水工程中的主要調(diào)節(jié)性水庫，供昆明主城、東城及空港經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)及城市生活用水。

2 水源地水資源脆弱性評價(jià)

2.1 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1.1 評價(jià)指標(biāo)體系模型的確定

按照系統(tǒng)論分析角度，自然、人為等因素的干擾和破壞下的水資源生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)符合“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模式(PRS模式)：即外在因素對系統(tǒng)產(chǎn)生壓力，構(gòu)成刺激輸入，水資源系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化(正面或負(fù)面影響)，變化結(jié)果通過某種形式響應(yīng)，具體表現(xiàn)為區(qū)域水資源系統(tǒng)的脆弱性或不適應(yīng)性[2]。

2.1.2 評價(jià)指標(biāo)體系框架

為便于指標(biāo)間的相互關(guān)系更加明確，評價(jià)指標(biāo)體系框架采用分層次構(gòu)建，下一級指標(biāo)組合反映上一級指標(biāo)的狀況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括“目標(biāo)-階段-因素-指標(biāo)”等在內(nèi)的4個(gè)層次。

2.1.3 評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模式(PRS模式)，結(jié)合云南高原城市水源地脆弱性特點(diǎn)，選取了代表性好、針對性強(qiáng)、易于獲得、量化的19個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了云南高原城市水源地脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系，見圖1。

圖1 云南高原城市水源地水資源脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Index system for water resources vulnerability assessment in urban drinking water source of Yunnan plateau city

2.2 評價(jià)方法

目前脆弱性評價(jià)方法主要有模糊分析法、定量分析法、EFI脅迫度指數(shù)法、AHP法、集合論法及信息度量法等，本文采用集對分析法對水資源脆弱性進(jìn)行評價(jià)[3-5]。

利用集對分析法對水資源脆弱性進(jìn)行評價(jià)的步驟：

(1)單指標(biāo)評價(jià)。將水源地脆弱性各評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，按照單指標(biāo)法確定其脆弱性等級，作為綜合評價(jià)的基礎(chǔ)。

(2)構(gòu)造聯(lián)系度表達(dá)式。將待評價(jià)的水源地脆弱性狀態(tài)與水源地脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的各級指標(biāo)組成不同的集對，構(gòu)造水源地脆弱性狀態(tài)與水源地脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各等級間的聯(lián)系度表達(dá)式[6-8]。具體評價(jià)過程為，對于某等級V(1級、2級、3級、4級、5級)的水源地脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來說，若某單指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果落入該等級區(qū)間范圍內(nèi)視為同一，落入相鄰等級區(qū)間范圍內(nèi)視為差異，落入相隔等級區(qū)間范圍內(nèi)視為對立[9]。對各指標(biāo)依次評價(jià)，并由聯(lián)系度的定義式和單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果，計(jì)算同一度、差異度和對立度，得到待評價(jià)的高原盆地城市水源地脆弱性狀態(tài)與高原盆地城市水源地標(biāo)準(zhǔn)等級間的聯(lián)系度表達(dá)式[10]。

(1)

Uμ=a+bi+cj

(2)

式中：U為脆弱性狀態(tài)與第μ(μ=1，2，…V)等級標(biāo)準(zhǔn)之間的聯(lián)系度；V為脆弱性的等級個(gè)數(shù)；N為脆弱性評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)；Sμ為單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果是第μ等級的個(gè)數(shù)(同一)；Fμ為單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果是相鄰等級的個(gè)數(shù)(既不同一也不對立)；Pμ為單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果是相隔等級的個(gè)數(shù)(對立)；i為差異度系數(shù)；j為對立度系數(shù)。

建立脆弱性評價(jià)等級與指標(biāo)特性關(guān)系，對照表1可確定聯(lián)系度表達(dá)式。

表1 評價(jià)等級與指標(biāo)特性關(guān)系表Tab.1 Assessment grade and index properties of relationship

(3)確定差異度系數(shù)i的取值。對于差異度系數(shù)i，可通過采用分析取值法確定，即分別取i=0.5，i=0，i=-0.5。

(4)計(jì)算聯(lián)系數(shù)。將同一度系數(shù)、差異度系數(shù)、對立度系數(shù)分別帶入聯(lián)系度表達(dá)式計(jì)算聯(lián)系數(shù)，得到待評價(jià)脆弱性狀態(tài)與脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各等級間的聯(lián)系值。

(5)計(jì)算聯(lián)系度表達(dá)式的集對勢。在U=a+bi+cj中，若c不為0，將同一度a與對立度c的比值a/c稱為某問題背景下的集對勢[11]，用(shi)表示，shi(H)=a/c。如果shi(A)>1，稱為集對同勢，記為shi(A)s，反映該脆弱性狀態(tài)在同、異、反聯(lián)系中存在同一趨勢。如果shi(A)<1，稱為集對反勢，記為shi(A)p。如果shi(A)=1，稱為集對均勢，記為shi(A)f。集對勢之間按a/c值大小關(guān)系而成的次序稱為集對勢序。

(6)綜合評價(jià)。由各等級聯(lián)系數(shù)的數(shù)值大小，依據(jù)聯(lián)系數(shù)取大原則并結(jié)合集對勢序進(jìn)行脆弱性狀態(tài)的等級評判。

3 清水海水資源脆弱性評價(jià)結(jié)果及分析

3.1 清水海水資源脆弱性評價(jià)結(jié)果

關(guān)于高原城市水源地脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的參照系，國內(nèi)仍無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，在參考《云南省水資源規(guī)劃》、《云南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《昆明市飲用水水源地保護(hù)規(guī)劃》、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、相似水源地脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、地方政府頒布的標(biāo)準(zhǔn)，將云南高原城市水源地脆弱性確定為不脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、高度脆弱、極度脆弱5級，云南高原城市水源地水資源脆弱性評價(jià)權(quán)重及分級標(biāo)準(zhǔn)見表2[11-13]。

表2 云南高原城市水源地水資源脆弱性評價(jià)權(quán)重及分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Weight and classification criteria of water resources vulnerability assessment in urban drinking water source of Yunnan plateau city

注：表中以清水海水源地為評價(jià)樣本，評價(jià)指標(biāo)值來源于水環(huán)境公報(bào)、水資源公報(bào)、國民經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)和《云南省昆明市清水海飲用水源地(尋甸區(qū)域)生態(tài)恢復(fù)建設(shè)工程可行性研究報(bào)告》。

(1)按照評價(jià)步驟由式(3)、(4)和表1得到單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果和各評價(jià)等級的聯(lián)系度表達(dá)式，見表3。

表3 清水海水源地脆弱性評價(jià)指標(biāo)結(jié)果與評價(jià)等級聯(lián)系數(shù)Tab.3 Results of vulnerability assessment index of Qing Shui-hai water source and connection number of assessment grade

(2)將差異度系數(shù)i=0.5，i=0，i=-0.5分別代入聯(lián)系度表達(dá)式，得到聯(lián)系數(shù)，見表4。

表4 清水海水源地脆弱性狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)等級的聯(lián)系數(shù)Tab.4 Connection number of vulnerability state and standard grade in Qing Shui-hai water source

(3)將3個(gè)差異度系數(shù)i、對立度系數(shù)j分別代入聯(lián)系數(shù)表達(dá)式，依據(jù)聯(lián)系數(shù)最大原則，得到清水海水源地2015年脆弱性評價(jià)等級均為3級，2016年、2017年脆弱性評價(jià)結(jié)果和2015年一樣，即清水海水源地2015-2017年脆弱性評價(jià)等級均為3級。

2015-2017年每年的集對勢序都是shi(3)>shi(4)>shi(2)>shi(5)>shi(1)可知第三等級集對勢最大。

綜合集對理論和集對勢評價(jià)結(jié)果可得清水海水源地綜合脆弱性評價(jià)等級為3級，即中度脆弱。

3.2 清水海水資源脆弱性影響因子分析

根據(jù)表4，2015年單指標(biāo)的極度脆弱性主要表現(xiàn)在總氮、總磷超標(biāo)；2016年和2017年單指標(biāo)的極度脆弱性主要表現(xiàn)在人均生活污水排放量超標(biāo)、總氮、總磷超標(biāo)3個(gè)方面。清水海水資源脆弱性影響因子：人均生活污水排放量(X4)、總氮(X10)、總磷(X11)。

從水資源脆弱性評價(jià)結(jié)果看，影響清水海水源地水資源脆弱性的制約因素主要是自然因素和人為因素，人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)力則對區(qū)域的生態(tài)脆弱性起催化和加劇的作用。清水海水源地水體水質(zhì)惡化影響因素一是生活污水，二是農(nóng)業(yè)徑流。經(jīng)專項(xiàng)調(diào)查及相關(guān)調(diào)研，初步查明清水海水源地水體水質(zhì)超標(biāo)的原因，是集水區(qū)生活污水為主要污染源。影響水資源脆弱性的因素主要包括以下幾方面。

(1)特殊的地質(zhì)環(huán)境和脆弱的生態(tài)環(huán)境。水源區(qū)自身處于巖溶環(huán)境中，地表崎嶇破碎、土層淺薄、植被生長條件差造成水源涵養(yǎng)差、生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力低。因此，清水海水源地較平原地區(qū)的水源地水資源呈現(xiàn)出顯著的脆弱生態(tài)特點(diǎn)。

(2)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口數(shù)量的增加。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口的增加，對生產(chǎn)資料和消費(fèi)資料的需求就會增多，就要求開發(fā)更多的資源，就會對自然環(huán)境造成更大的壓力，使生態(tài)環(huán)境面臨更大的威脅。人類活動(dòng)的加劇造成了清水海水源地水質(zhì)惡化。

(3)人均生活污水排放量偏高。隨著水源地農(nóng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，村民生活水平不斷提高，人均需水量和總需水量不斷增加，人均生活污水總排放量也隨之相應(yīng)增加。

(4)污水處理率偏低。根據(jù)清水海面源污染調(diào)查，清水海庫區(qū)內(nèi)及水源保護(hù)區(qū)內(nèi)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)還沒有完善的城鄉(xiāng)污水管網(wǎng)收集處理系統(tǒng)及農(nóng)村連片環(huán)境綜合整治項(xiàng)目的實(shí)施，清水海庫區(qū)及水源保護(hù)區(qū)流域內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的生產(chǎn)生活廢棄物大部分未經(jīng)處理直接排入庫區(qū)水體，是導(dǎo)致清水海水源地水體總氮、總磷超標(biāo)的主要原因。

4 結(jié)論與建議

研究結(jié)果表明，清水海水源地2015-2017年水資源均為中度脆弱且脆弱度呈現(xiàn)加重趨勢，與目前清水海水源地加快經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀相吻合，也表明清水海城市水源地的水資源開發(fā)利用方面表現(xiàn)更加突出的脆弱性，水資源承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與區(qū)域不協(xié)調(diào)，針對清水海水源地水資源脆弱性的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出如下建議。

(1)深化“庫長制”確保持續(xù)改善水源地水質(zhì)。一是深度落實(shí)“庫長制”全面落實(shí)執(zhí)行；二是截污治污是治理水源地的重中之重，通過新建污水管網(wǎng)收集處理系統(tǒng)，提高污水處理率。

(2)全面開展水源區(qū)內(nèi)的河道、溝道進(jìn)行生態(tài)修復(fù)及綜合整治。加強(qiáng)對水源區(qū)內(nèi)沿線河道、溝道生態(tài)修復(fù)及綜合整治，提升區(qū)域生態(tài)修復(fù)能力。

(3)全面實(shí)施水源地生活污水與垃圾的集中處理。在水源區(qū)各在居民點(diǎn)建分散式生活污水處理站，集中將生活污水處理后排達(dá)標(biāo)放，在各村莊設(shè)置垃圾箱，將生活垃圾進(jìn)行集中處理。

(4)提升水源區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的綜合治理。一是實(shí)施化肥減施行動(dòng)。堅(jiān)持推進(jìn)化肥減量提效，大力推廣測土配方施肥技術(shù)，在水源地建設(shè)一批規(guī)?；⒓s化、精準(zhǔn)化、定需定時(shí)定量施肥的高產(chǎn)高效示范區(qū)。二是實(shí)施農(nóng)藥減施行動(dòng)。加強(qiáng)農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測能力建設(shè)，開展專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治與綠色防控融合示范。

(5)開展水源區(qū)清潔流域生態(tài)修復(fù)及綜合治理。開展水源區(qū)入庫口、庫周及庫區(qū)生態(tài)專項(xiàng)修復(fù)，進(jìn)一步完善構(gòu)造水源入庫口、生態(tài)型堤岸和庫周濕地保護(hù)帶專項(xiàng)治理；綜合應(yīng)用水源區(qū)清潔流域生態(tài)修復(fù)、生態(tài)治理、生態(tài)保護(hù)的多重生態(tài)保持防線的思路開展綜合治理。

(6)增強(qiáng)水源區(qū)村民水源保護(hù)意識。通過大力開展水源保護(hù)知識宣傳，宣傳和普及農(nóng)村水源保護(hù)意識，提高廣大村民的環(huán)境意識和監(jiān)督意識，使水源地水污染問題得到有效控制。

(7)健全飲用水源保護(hù)公眾參與機(jī)制。進(jìn)一步健全信息發(fā)布機(jī)制，定期發(fā)布飲用水源水質(zhì)狀況及保護(hù)信息，維護(hù)公眾知情權(quán)；通過多種形式，引導(dǎo)公眾參與飲用水源地保護(hù)活動(dòng)。