城市饮用水水源地安全评价(I)--评价指标和方法

水
利学报SHUILI XUEBAO 2010年7月
第41卷第7期
文章编号：0559-9350（2010）07-0778-08城市饮用水水源地安全评价（Ⅰ）：评价指标和方法
朱党生1，张建永1，程红光2，耿雷华3
（1.水利部水利水电规划设计总院，北京100120；2.北京师范大学环境学院，北京
100875；
3.南京水利科学研究院，江苏南京
210029）摘要：在全国城市饮用水水源地安全保障规划相关成果基础上，提出了城市饮用水水源地安全的概念和内涵。

利用层次分析方法构建了城市饮用水水源地安全评价指标体系，从水质、水量、风险及应急能力等方面提出具体评价指标，确定了各指标的含义和计算方法。

针对城市饮用水水质安全、水量安全、风险及应急能力状况及城市饮用水源总体状况，给出了定性和定量相结合的评价方法，可为城市饮用水水源地安全评价工作提供重要依据。

关键词：城市；饮用水水源地；安全评价；指标；评价方法
中图分类号：TV148文献标识码：A
收稿日期：2009-09-02
基金项目：全国城市饮用水水源地安全保障规划（水利部重大专项）
作者简介：朱党生（1965-），男，江苏泗阳人，教授级高级工程师，博士，主要从事水资源保护和管理研究。

E-mail ：shuiku@ 1研究背景
水是人类生存和经济社会发展的基本需求。

经济社会发展、人口增长和城市化进程加快，对饮用
水安全保障提出了更高的要求。

当前，我国城市饮用水水源安全形势仍十分严峻［1］，主要问题有：①
城市供水短缺加剧，随着城镇化率及城镇居民用水量的不断提高，以及局部地区的连续干旱，城市供水短缺给城镇居民生活造成了困难，也影响了城市的整体发展；②水污染严重，目前全国城市水域大部分受到污染，有机污染凸现，水性疾病种类增多，发病率明显升高，严重威胁人民的生命健康；③饮用水突发污染事故增多，应急能力低下，水源地监控体系不健全。

城市饮用水安全受到社会高度关注，而城市饮用水水源地安全更是饮用水安全的重中之重［2］。

对城市饮用水水源地安全状况进行全面合理的评价，是制定城市饮用水安全保障对策措施的依据，也是相关规划措施布局的重要基础。

国外对于饮用水水源地评价的研究主要集中在水质评价以及水源的适宜性评价方面［3］，不同国家采取的评价指标和方法具有不同特点。

如欧盟制定的地表水体取水导则，根据水体满足公众饮用的处理水平及取水的适宜度将水体分为3种类别：①经过简单物理处理和消毒就能满足饮用要求的水体；②需常规处理、消毒以满足饮用要求的水体；③需要强化处理才能满足饮用要求的水体［4］。

美国国家环保局（USEPA ）选取了饮用水源状况及其生态脆弱性方面的15个指标，用定性分级的方法对水源地进行总体评价［5］。

新西兰的饮用水源监测和分级框架草案，通过确定水体水质等级和风险等级，评价饮用水源的适宜性，并说明每种等级对应水体所需的处理水平［6］。

我国目前的水源地水质评价工作主要依据有关水质标准，采用单因子法进行评价，也有部分研究采用综合指标评价方法［7］，但总体上侧重水质指标评价［8］，且仅针对具体水源地，对水源水量、风险和应急能力以及城市饮用水源总体安全状况的评价比较薄弱，无法对城市饮用水安全状况进行全面评价。

城市饮用水水源地安全涉及因素复杂，这些因素彼此间相互作用而构成一个系统。

在水源地评价中如仅仅关注这一系统的单一侧面，则在水源地规划和管理中将会弱化其它方面的需求。

因此，有必要重新审视饮用水水源地安全的内涵，并以此为基础开展水源地安全评价。

2概念和内涵
饮用水是指满足人体正常生理需求的饮水和炊事、洗浴等日常生活需要的用水，其安全性主要表现为水质满足人体健康要求，即不含病毒、病原菌、病原原生动物及其他对人体有害的污染物，并尽可能保持一定浓度的人体健康所需的矿物质和微量元素。

从饮用水概念来看，水质是饮用水安全的重要特征，然而满足人体正常生理需要必须有一定的水量保证，因此，水量也是饮用水安全概念中的重要部分。

此外，安全这一概念也包含了风险的含义，主要表现为是否具有抵御风险的应急能力。

整体上，饮用水安全正是由水量安全、水质安全和应急能力三方面构成，从我国饮用水目前所面临问题来看，也主要表现为这三个方面不同程度地产生了问题。

城市饮用水水源地是指提供城市居民生活用水及公共服务用水（如政府机关、企事业单位、医院、学校、餐饮业和旅游业等用水）的集中式供水水源及周边满足水源保护要求的一定范围的陆域和水域，主要有地下水、水库、湖泊和河道等水源地类型。

城市饮用水水源地作为一个整体，通常与农村分散式水源地相对应。

城市饮用水水源地供水对象是城市，涉及人口众多，具有高度的敏感性，在满足水质合格、水量有保障要求的同时，要具备相应的抗风险能力。

从这个角度上看，结合饮用水安全的内涵，城市饮用水水源地安全的定义应为：水量保证率和水质合格率满足规定的指标，且具备应急和备用供水能力。

3安全评价指标体系
目前，我国每个城市一般均有多个或数十个饮用水水源地进行供水，部分城市开展了多水源联合调度保障城市供水。

根据城市饮用水水源地安全的内涵，以城市为对象，以饮用水水源地为基本单元，从水质、水量、风险及应急能力等方面对城市饮用水水源地安全状况进行综合评价。

按照实用性、代表性、全面性和可评价性等原则，在专家调查的基础上，利用层次分析法（AHP），对具有代表性，能反映水源地水量、水质、风险及应急能力的指标进行筛选。

按以下3个步骤，构建城市饮用水水源地安全评价指标体系。

（1）划分指标体系层次。

将饮用水水源地安全评价指标体系分为3个层次，即目标层、准则层和指标层。

目标层主要用于识别城市饮用水水源地水质、水量、风险及应急能力方面存在的主要问题，综合反映城市饮用水水源地安全状况；准则层进一步刻画饮用水安全的水平和内部协调性，反映水量是否满足水源设计水量和城市供用水要求、水质是否符合饮用水源和城市供水水质要求，水源地风险及应急能力水平是否能够满足饮用水供水安全要求等；指标层则为反映城市饮用水源地水质、水量、风险及应急能力安全的具体指标。

（2）筛选评价指标。

评价指标的筛选一般采用专家判断法，即将评价指标设计为问卷调查表，选择相关领域具有丰富知识或实际经验的专家进行判断和选择。

通过征求50多位行业专家的意见，对城市饮用水安全状况的有关指标进行了筛选。

将城市饮用水水源地安全看作为一个模糊概念，从而把城市饮用水水源地安全评价指标体系｛X｝视为一个模糊集合，每个指标视为一个元素，对每个指标进行隶属度分析。

假设在第i个评价指标X i上，专家选择总次数为M i，即总共有M i位专家认为X i是饮用水安全的重要评价指标，那么该评价指标的隶属度为：
r i =
M
i n
式中：r i为第i个评价指标X i的隶属度；M i为第i个评价指标X i的专家选择总次数；n为有效调查问卷总数。

如果r i值很大，表明该指标在很大程度上属于模糊集合，即X i评价指标在评价体系中很重要，有必要保留它作为一个正式评价指标；反之，该评价指标则可予以删除。

（1）
（3）确定评价指标体系。

一般通过指标相关性分析来确定评价指标体系。

通过各评价指标间的相关分析，去掉一些相关系数较大的评价指标，消除评价指标所反映的信息重复对评价结果的影响。

对应准则层，经综合分析后确定相应的评价指标，其中水质安全状况包括一般污染状况、非一般污染状况和营养化状况3个指标；水量安全状况包括工程供水能力、枯水年来水变化状况和地下水超采状况3个指标；风险及应急能力包括水源地风险、应急能力2个指标。

城市饮用水水源地安全评价指标体系见表1。

图1
水源地安全评价与安全保障措施布局对应关系
表1城市饮用水水源地安全评价指标体系目标层城市饮用水水源地安全状况准则层水质安全状况水量安全状况风险及应急能力指标层
一般污染状况
非一般污染状况
营养化状况
工程供水能力
枯水年来水变化状况
地下水超采状况
水源地风险
应急能力
城市饮用水安全评价的目的是摸清城市及各饮用水水源地安全存在的主要问题，识别需重点开展安全保障工作的城市及水源地，以便针对性提出水源地保护、污染治理和水源地新建、改扩建等对策措施。

对指标体系中目标层进行评价时，可基于准则层的评价结果，开展全面系统的分析，明确水源地安全存在的主要问题及主要环节。

对目标层的评价也可基于层次分析法，通过赋权的方法在准则层的基础上给出一个综合评价值，但综合评价容易掩盖或者淡化饮用水水源地安全存在的局部问题。

因此，在评价时应注重对准则层和指标层单个评价指标的分析，对相互关联的指标也可进行综合分析，但不宜对所有指标通过赋权开展综合评价。

水源地安全评价与安全保障措施布局的对应关系见图1。

图1反映了安全评价与保障措施之间的关系，即评价结果如何指导安全保障工作。

在实践中，通过对指标层具体指标的计算结果，获得准则层评价，进而确定是否需要采取措施。

水源地水质和水量安全方面的问题，通过工程措施可进行治理的，应针对具体水源地提出具体的工程措施，并分城
市、水源地两方面开展工程建设和管理。

如果其安全程度较差，工程措施等已经不能发挥效用时，需考虑新建水源或通过城市（区域）进行水源调配以改善饮用水安全状况；如水源地风险较高，应急能力偏低，则要加强应急能力建设，主要包括加强水源地综合管理、提高监测能力、制定应急预案和建设备用水源等。

4
安全评价方法4.1水源地水质安全评价针对饮用水功能特征，依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《地
下水质量标准》（GB/T14848-93）以及《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006），对水源地分一般污染状况、非一般污染状况和营养化状况进行评价［10］。

一般污染物主要指水体中存在的经过简单或者常
规的物理、化学处理、消毒处理可以满足饮用要求的污染物。

为了全面、准确地反映出水源地水质状况，将那些对人体健康危害明显和存在长期危害，且目前饮用水处理工艺难以去除的氟化物、挥发酚、硝酸盐、重金属、石油类等污染项目列为“非一般污染项目”进行评价。

富营养化湖库中的藻类繁殖致使水体水质腥臭，其分泌的毒素已被证明是一种强促癌剂，我国南方多以地表水为水源，藻类繁殖造成饮用水水质急剧恶化，北方地区近年来也已出现藻类污染，因此对于湖库型水源地，其营养化状况将直接影响水源供水安全。

根据相应水质标准中的评价级别，将具体水质评价指标换算为1、2、3、4、5级水质指数，分别对应优、良、中、差、劣等5类水质状况。

城市饮用水水源地水质安全评价采用综合评价和单因子评价相结合的方法：对非一般污染项目，以最差单项因子的水质指数确定水源地的水质指数；对一般污染物（COD 、氨氮为必评项目），采用最差5项指数进行算术平均确定评价指数；对于湖泊和水库型水源地，补充进行营养化状况评价，同样划分为5级。

（1）一般污染物项目指数。

一般污染物项目指数计算的具体步骤
［10］如下。

1）计算单项指标指数（I i ）。

对于评价项目i ，如监测值C i 处于评价标准分级值C i o k 和C i o k +1之间，
则评价指标指数：I i =æèçöø÷C i -C i o k C i o k +1-C i o k +I i o k 式中：C i 为评价项目i 的实测浓度；C i o k 为评价项目i 的k 级标准浓度；C i o k +1为评价项目i 的k ＋1级标准
浓度；I i o k 为评价项目i 的k 级标准指数值。

2）计算综合指数（WQI ）。

取各单项指数的算术平均值，即WQI =1n åi =1
n I i （i ＝1，2，……，n ）式中：n 为参与评价的指标数。

3）确定评价类别。

①当0＜WQI ≤1时，水质指数为1；②当1＜WQI ≤2时，水质指数为2；③当2＜WQI ≤3时，水质指数为3；④当3＜WQI ≤4时，水质指数为4；⑤当4＜WQI ≤5时，水质指数为5。

需要注意的是：①溶解氧与一般指标（项目）不同，一般来说，溶解氧越大，水质越好，因此溶解氧的计算公式与其他指标的公式相反；②当C i ＞C i o5时，为劣Ⅴ类水，其单项指标指数一律计为I i ＝5；③当标准中两级分级值或多级分级值相同时，则单项指标指数按下式计算，即
I i =æèçöø÷C i
-C i o k C i o k +1-C i o k ´m +I i o k 式中：m 为相同标准的个数。

当只有一个区域时，如果该项目未检出，则I i ＝1；如监测值小于所给标准值，则I i ＝2；如监测值大于所给标准值，则I i ＝5。

（2）非一般污染项目指数。

取其各单项指数最大值为非一般污染项目评价指数，即采用水质项目评价最差的作为非一般污染物项目的评判结果（最差项目赋全权）。

各单项指标指数的计算与一般污
（2）（3）（4）
染物项目指数计算相同。

（3）湖库营养化状况指数。

对湖库型水源地，则需进行富营养化评价，采用评分法，按富营养指数1、2、3、4、5进行评价。

评价步骤为：①将单项参数浓度值通过查表转为评分值，如监测值处于表列值两者中间，则可采用相邻点内插，或就高不就低取值；②取几个参评项目评分值的平均值，用平均值查表得富营养化指数。

富营养化评价标准［11］详见表2。

表2富营养化控制标准
营养化状况1 2 3 4 5评分值
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
叶绿素a/（mg/m3）
0.5
1.0
2.0
4.0
10.0
26.0
64.0
160.0
400.0
1000.0
总磷/（mg/m3）
1.0
4.0
10
25
50
100
200
600
900
1300
总氮/（mg/m3）
20
50
100
300
500
1000
2000
6000
9000
16000
高锰酸盐指数/
（mg/L）
0.15
0.4
1.0
2.0
4.0
8.0
10.0
25.0
40.0
60.0
透明度/m
10.0
5.0
3.0
1.5
1.0
0.50
0.40
0.30
0.20
0.12
（4）评价水质安全状况。

采用水源地水质综合指数来表征水源地水质安全状况，该指数取一般污染物指数、非一般污染物指数、富营养化指数的最大（最差）指数。

水质指数为4、5级的水源地为水质不合格水源地，相应的水源地供水量为水质不合格供水量。

4.2水源地水量安全评价水源地水量安全评价的目的是找出水源地水量保障程度低的水源地，分析其原因和进行改扩建的条件，为解决规划水平年城市饮用水缺口奠定基础。

水量安全主要体现在水源地的水量状况和供给能力可否满足设计的供水要求。

其评价方法［10］为：（1）枯水年来水量保证率，主要表征地表水水源地来水量的变化情况。

对于河道型饮用水水源地，枯水年来水量保证率＝现状水平年枯水流量/设计枯水流量×100%，其中现状水平年枯水流量是指现状水平年的枯水期来水流量，其频率与设计枯水年来水量的频率相同。

对于湖库型饮用水水源地，枯水年来水量保证率＝现状水平年枯水年来水量/设计枯水年来水量×100%；（2）地下水开采率，主要表征地下水水量保证程度。

地下水开采率＝实际供水量/可开采量；（3）工程供水能力，主要反映取供水工程的运行状况。

工程供水能力＝现状综合生活供水量/设计综合生活供水量×100%。

由于现状用水量未达到原设计水量或由于节水而减少现状综合供水量的，其评价指数取1。

以上指标分为1、2、3、4、5级安全指数，分别对应优、良、中、差、劣等5种状况。

水源地评价取3项指标的最大指数。

水量安全指数为4、5级时，水源地的水量评价为不安全。

水量安全评价指数及标准见表3。

表3水量安全评价指数及标准
目标
水量安全状况指数
评价指标
工程供水能力/%
枯水年来水量保证率/%
地下水开采率/%
评价指数及标准
1
≥95
≥97
＜85
2
≥90
≥95
≤100
3
≥80
≥90
≤115
4
≥70
≥85
≤130
5
＜70
＜85
＞130
4.3风险及应急能力评价风险与应急相互对应，密不可分。

针对水源地风险和应急能力指标，采取专家定性判断法进行评价。

（1）水源地风险评价。

主要包括水量风险和水质风险两方面，在评价时应侧重水源地水质风
险。

水质风险评价作为水源地水质评价的补充，可以增加水源地安全评价的可靠性，并可定性评估水质资料缺乏情况下的水源地安全状况。

根据有关研究［12］，不同类型污染物健康风险的对比表明，无机污染物是最主要的风险贡献源，应予以重点监控。

利用风险矩阵评价法，从污染可能性和污染强度两个方面进行分析，将水源地水质风险分为低、中、高3个等级。

水源地风险评价等级及标准见表4。

表4水源地风险评价等级及标准
污染可能性
低（<30%）中（30%~70%）高（>70%）
污染强度
低
低
低
低
中
低
中
中
高
低
中
高
由于污染物对饮用水源的风险随着污染物进入水体的频率以及持续时间的增加而增大，污染可能性可根据一年中污染物从污染源向水源地迁移的百分比分为低（<30%）、中（30%～70%）、高（>
70%）3个等级进行评价［8］。

污染强度主要根据污染源对水源地水质的影响程度进行分析，也分为低、中、高3个等级，其中地表水源地主要分析污染源强度及分布、污染物入河排污总量及衰减程度等因素；地下水水源地主要分析污染源强及分布、土壤及地质条件及污染渗透系数等因素。

污染强度可参照以下步骤进行具体分析：①首先判断是否存在影响水源地水质的污染源，如无污染源分布或者污染源与水源地之间缺乏水力联系，则污染强度为低；②如有污染源，且通过入河排污口或地下水入渗影响水源地水质，则应分析其污染源强，如污染源强较小，则污染强度为低；污染源强较大，但入河排污量或地下水入渗量较小，则污染强度为中；③如污染源强较大，且进入水源地的污染物总量较大，则污染强度为高。

（2）应急能力评价。

城市饮用水应急能力主要体现在应急备用水源及应急供水能力、应急监测及管理能力、应急预案及实施保障等方面。

应急能力评价主要针对城市，可采用专家定性判断法，分低、中、高3个等级进行评价。

应急能力评价等级及标准见表5。

表5应急能力评价等级及标准
目标
应急能力评价评价等级
高
中
低
评价依据
应急备用水源及应急供水能力
有备用及应急水源、应急工程完好
有备用及应急水源、工程供水能力
较差
无备用及应急水源
应急监测及管理能力
具备应急监测及预警能力，水源地
管理及应急决策机制完善
基本具备应急监测能力，初步建立
水源地管理和应急决策机制
不具备应急监测及管理能力
应急预案及其实施保障能力
具备应急预案，可有效实施
基本具备应急预案，实施效率较低
无应急预案
4.4城市饮用水源安全状况总体评价为总体评价城市饮用水源安全状况，在各饮用水水源地水质、水量安全评价及水质风险评价基础上，以城市为对象，计算水源地水质、水量不安全影响总人口（扣除重复部分）以及高风险等级的水源地供水人口，分析其占城市总人口的比例，综合评价城市饮用水源安全状况。

具体评价步骤为：①在水源地水质安全评价和水量安全评价基础上，统计水源地相应的水质不安全影响人口和水量不安全影响人口，扣除重复部分，得到城市饮用水不安全影响总人口数；②以城市为对象，考虑水质、水量安全不同的性质，根据水质、水量不安全影响人口占城市总供水人口比例，分低、中、高3个安全等级对城市饮用水源水质、水量安全状况进行总体评价；③根据高风险等级的水源地供水人口占城市总供水人口的比例，分低、中、高3个等级对城市饮用水源水质风险状况进行总体评价。

城市饮用水水源地各指标的评价方法见表6，城市饮用水源安全状况总体评价的具
5结论
本文在对全国城市饮用水水源地安全状况调查基础上，利用层次分析法，以城市为对象，以水源地为基本单元，从饮用水水源地水质、水量、风险及应急能力等方面，构建了城市饮用水水源地安全评价指标体系，该体系包含一般污染状况、非一般污染状况、营养化状况、工程供水能力、枯水年来水变化状况、地下水超采状况、水源地风险及应急能力等8个评价指标，并提出了城市饮用水水源地安全评价的程序和评价方法。

该指标体系和方法已应用于全国、各省（自治区、直辖市）以及各城市的饮用水水源地安全保障规划实践［13-15］，为合理制定规划方案、推进城市饮用水水源地保护、建设和管理工作提供了重要依据。

由于城市饮用水水源地安全评价问题的复杂性，本文提出的评价指标体系和方法尚需在实践中进一步完善。

在进行城市饮用水安全评价时，还应考虑以下方面：（1）城市饮用水供给是包括水源、净水厂、供水管网直至用户的串联系统，饮用水安全保障需要供水系统的各个环节都满足安全要求。

在进行饮用水安全评价时，还应考虑供水系统其他环节的水质、水量状况，并对有关评价结果进行对比分析，从城市饮用水安全全局角度，分析城市饮用水源安全的主要问题和工作重点；（2）近年来，我国突发性水污染事件的增多，水源地水质风险评价越来越重要。

应结合我国水源地监测实际情况及现有资料，将水源地水质评价和风险评价有机地结合起来，可使评价结果更加准确；（3）21世纪中叶以前，我国的城市化水平将以较快的速度发展［16］。

随着城市化的发展，城市人口增多，城市用水需求量增大，废污水排放相应增多。

在对水源地进行安全评价时，还应统筹考虑城市未来发展及用水需求与区域水资源支撑条件的关系，对城市未来饮用水安全形势进行综合评估；（4）我国幅员辽阔，地区经济发展不平衡，城市水源条件地区差异也很大。

今后应结合我国城市及水资源条件的区域差异性，加强城市饮用水源相关评价标准和规范的研究，制定城市饮用水源水质标准，促进我国的饮用水源地安全保障工作。

目标层城市饮用水水源地安全状况准则层水质安全状况（最大指数法）水量安全状况（最大指数法）风险及应急能力（定性评价法）
指标层
指标
一般污染状况
非一般污染状况
营养化状况
工程供水能力
枯水年来水变化状况
地下水超采状况
水源地风险
应急能力水源地最差5项算术平均法单因子评价法营养化指数法安全指数法安全指数法安全指数法风险矩阵评价法城市影响人口比例法影响人口比例法专家定性判断法表6
城市饮用水水源地安全评价方法表7城市饮用水源安全状况总体评价等级及标准目标城市饮用
水源安全
总体状况
评价内容水质、水量安全综合评价水质风险
综合评价评价等级
低水质不合格影响人口比例为≥
25％，或城市水质、水量不合格影响总人口（扣除重复量）比例为≥35％高风险等级的水源地供水人口比例为≤25％中
水质不合格影响人口比例为5％～25％，或城市水质、水量不合格影响总人口（扣除重复量）比例为10％～35％高风险等级的水源地供水人口比例为25％～50％高水质不合格影响人口比例为≤5％，或城市水质、水量不合格影响总人口（扣除重复量）比例
为≤10％高风险等级的水源地供水人口比例为≥50％体标准见表7。

通过安全评价，进而遴选出城市饮用水安全保障工作的重点城市，优先实施饮用水安全保障对策措施。