云南高原城市水源地水資源脆弱性評價研究
——以清水海水源地為例

王 靜，段順瓊，張連根，石平平，歐福超

(1.云南農業大學水利學院，昆明 650201；2.昆明市松華壩水庫管理處，昆明 650201；3.云南農業大學農學與生物技術學院，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，乃至經濟社會發展的命脈。近年來，伴隨著云南社會經濟的快速發展，人類活動對水庫水源集水區的影響不斷增強，致使區域植被、土壤和蒸發等水文要素發生改變，造成入庫徑流特征、水質等發生了較大變化，導致水庫有效供水量減少，城市缺水問題越來越突出，已成為制約城市經濟社會發展的主要瓶頸之一，保障云南高原盆地城市供水安全顯得尤為迫切。

隨著社會經濟的發展和人類活動的加劇，人們開發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境惡化的嚴重局面。本文以清水海水庫水源地(尋甸片區)2015-2017年水資源為案例，利用集對評價法對清水海水源地(尋甸片區)水資源脆弱性進行評價，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利用和保護提供科學依據。

1 研究區概況

清水海坐落在昆明市尋甸回族彝族自治縣仁德鎮西14 km甸沙鄉海頭村和海尾村之間，清水海水源區總面積314.81 km2，在尋甸境內總面積291.39 km2。水源區涉及尋甸縣金所鄉、甸沙鄉、六哨鄉、先鋒鎮，以及嵩明縣滇源鎮共2縣5個鄉鎮，總人口2.01萬人，耕地面積0.249 萬hm2。

清水海水庫是一高原天然斷陷湖泊，為多年調節水庫，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行改擴建，在海尾村建設擋水壩，使清水海水庫的正常蓄水位達到2 180 m，總庫容達1.541 7 億m3，成為調水工程中的主要調節性水庫，供昆明主城、東城及空港經濟區工業及城市生活用水。

2 水源地水資源脆弱性評價

2.1 評價指標體系的構建

2.1.1 評價指標體系模型的確定

按照系統論分析角度，自然、人為等因素的干擾和破壞下的水資源生態系統的動態符合“壓力—狀態—響應”模式(PRS模式)：即外在因素對系統產生壓力，構成刺激輸入，水資源系統發生狀態變化(正面或負面影響)，變化結果通過某種形式響應，具體表現為區域水資源系統的脆弱性或不適應性[2]。

2.1.2 評價指標體系框架

為便于指標間的相互關系更加明確，評價指標體系框架采用分層次構建，下一級指標組合反映上一級指標的狀況，結構設計包括“目標-階段-因素-指標”等在內的4個層次。

2.1.3 評價指標體系

根據“壓力-狀態-響應”模式(PRS模式)，結合云南高原城市水源地脆弱性特點，選取了代表性好、針對性強、易于獲得、量化的19個指標，構建了云南高原城市水源地脆弱性評價指標體系，見圖1。

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

2.2 評價方法

目前脆弱性評價方法主要有模糊分析法、定量分析法、EFI脅迫度指數法、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行評價[3-5]。

利用集對分析法對水資源脆弱性進行評價的步驟：

(1)單指標評價。將水源地脆弱性各評價指標的實際值與各級評價標準進行對比，按照單指標法確定其脆弱性等級，作為綜合評價的基礎。

(2)構造聯系度表達式。將待評價的水源地脆弱性狀態與水源地脆弱性評價標準的各級指標組成不同的集對，構造水源地脆弱性狀態與水源地脆弱性評價標準各等級間的聯系度表達式[6-8]。具體評價過程為，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標準來說，若某單指標的評價結果落入該等級區間范圍內視為同一，落入相鄰等級區間范圍內視為差異，落入相隔等級區間范圍內視為對立[9]。對各指標依次評價，并由聯系度的定義式和單指標評價結果，計算同一度、差異度和對立度，得到待評價的高原盆地城市水源地脆弱性狀態與高原盆地城市水源地標準等級間的聯系度表達式[10]。

(1)

Uμ=a+bi+cj

(2)

式中：U為脆弱性狀態與第μ(μ=1，2，…V)等級標準之間的聯系度；V為脆弱性的等級個數；N為脆弱性評價指標個數；Sμ為單指標評價結果是第μ等級的個數(同一)；Fμ為單指標評價結果是相鄰等級的個數(既不同一也不對立)；Pμ為單指標評價結果是相隔等級的個數(對立)；i為差異度系數；j為對立度系數。

建立脆弱性評價等級與指標特性關系，對照表1可確定聯系度表達式。

表1 評價等級與指標特性關系表Tab.1 Assessment grade and index properties of relationship

(3)確定差異度系數i的取值。對于差異度系數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)計算聯系數。將同一度系數、差異度系數、對立度系數分別帶入聯系度表達式計算聯系數，得到待評價脆弱性狀態與脆弱性評價標準各等級間的聯系值。

(5)計算聯系度表達式的集對勢。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，反映該脆弱性狀態在同、異、反聯系中存在同一趨勢。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值大小關系而成的次序稱為集對勢序。

(6)綜合評價。由各等級聯系數的數值大小，依據聯系數取大原則并結合集對勢序進行脆弱性狀態的等級評判。

3 清水海水資源脆弱性評價結果及分析

3.1 清水海水資源脆弱性評價結果

關于高原城市水源地脆弱性評價標準的參照系，國內仍無統一標準可循，在參考《云南省水資源規劃》、《云南省統計年鑒》、《昆明市飲用水水源地保護規劃》、《地表水環境質量標準》、相似水源地脆弱性評價標準、地方政府頒布的標準，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權重及分級標準見表2[11-13]。

表2 云南高原城市水源地水資源脆弱性評價權重及分級標準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樣本，評價指標值來源于水環境公報、水資源公報、國民經濟社會發展統計公報和《云南省昆明市清水海飲用水源地(尋甸區域)生態恢復建設工程可行性研究報告》。

(1)按照評價步驟由式(3)、(4)和表1得到單指標評價結果和各評價等級的聯系度表達式，見表3。

表3 清水海水源地脆弱性評價指標結果與評價等級聯系數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i=0.5，i=0，i=-0.5分別代入聯系度表達式，得到聯系數，見表4。

表4 清水海水源地脆弱性狀態與標準等級的聯系數Tab.4 Connection number of vulnerability state and standard grade in Qing Shui-hai water source

(3)將3個差異度系數i、對立度系數j分別代入聯系數表達式，依據聯系數最大原則，得到清水海水源地2015年脆弱性評價等級均為3級，2016年、2017年脆弱性評價結果和2015年一樣，即清水海水源地2015-2017年脆弱性評價等級均為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結果可得清水海水源地綜合脆弱性評價等級為3級，即中度脆弱。

3.2 清水海水資源脆弱性影響因子分析

根據表4，2015年單指標的極度脆弱性主要表現在總氮、總磷超標；2016年和2017年單指標的極度脆弱性主要表現在人均生活污水排放量超標、總氮、總磷超標3個方面。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結果看，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，人類活動驅動力則對區域的生態脆弱性起催化和加劇的作用。清水海水源地水體水質惡化影響因素一是生活污水，二是農業徑流。經專項調查及相關調研，初步查明清水海水源地水體水質超標的原因，是集水區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)特殊的地質環境和脆弱的生態環境。水源區自身處于巖溶環境中，地表崎嶇破碎、土層淺薄、植被生長條件差造成水源涵養差、生態系統抗干擾能力低。因此，清水海水源地較平原地區的水源地水資源呈現出顯著的脆弱生態特點。

(2)經濟發展與人口數量的增加。由于經濟發展與人口的增加，對生產資料和消費資料的需求就會增多，就要求開發更多的資源，就會對自然環境造成更大的壓力，使生態環境面臨更大的威脅。人類活動的加劇造成了清水海水源地水質惡化。

(3)人均生活污水排放量偏高。隨著水源地農村城鎮化進程加快，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增加。

(4)污水處理率偏低。根據清水海面源污染調查，清水海庫區內及水源保護區內周邊鄉鎮還沒有完善的城鄉污水管網收集處理系統及農村連片環境綜合整治項目的實施，清水海庫區及水源保護區流域內的鄉鎮、農村的生產生活廢棄物大部分未經處理直接排入庫區水體，是導致清水海水源地水體總氮、總磷超標的主要原因。

4 結論與建議

研究結果表明，清水海水源地2015-2017年水資源均為中度脆弱且脆弱度呈現加重趨勢，與目前清水海水源地加快經濟建設發展現狀相吻合，也表明清水海城市水源地的水資源開發利用方面表現更加突出的脆弱性，水資源承載力與區域經濟社會發展與區域不協調，針對清水海水源地水資源脆弱性的現狀及發展趨勢，提出如下建議。

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

(2)全面開展水源區內的河道、溝道進行生態修復及綜合整治。加強對水源區內沿線河道、溝道生態修復及綜合整治，提升區域生態修復能力。

(3)全面實施水源地生活污水與垃圾的集中處理。在水源區各在居民點建分散式生活污水處理站，集中將生活污水處理后排達標放，在各村莊設置垃圾箱，將生活垃圾進行集中處理。

(4)提升水源區農業面源污染的綜合治理。一是實施化肥減施行動。堅持推進化肥減量提效，大力推廣測土配方施肥技術，在水源地建設一批規模化、集約化、精準化、定需定時定量施肥的高產高效示范區。二是實施農藥減施行動。加強農藥風險監測能力建設，開展專業化統防統治與綠色防控融合示范。

(5)開展水源區清潔流域生態修復及綜合治理。開展水源區入庫口、庫周及庫區生態專項修復，進一步完善構造水源入庫口、生態型堤岸和庫周濕地保護帶專項治理；綜合應用水源區清潔流域生態修復、生態治理、生態保護的多重生態保持防線的思路開展綜合治理。

(6)增強水源區村民水源保護意識。通過大力開展水源保護知識宣傳，宣傳和普及農村水源保護意識，提高廣大村民的環境意識和監督意識，使水源地水污染問題得到有效控制。

(7)健全飲用水源保護公眾參與機制。進一步健全信息發布機制，定期發布飲用水源水質狀況及保護信息，維護公眾知情權；通過多種形式，引導公眾參與飲用水源地保護活動。