南水北調水質評價及對比分析

馬寅男 陳晨 佟玲

摘要：水質是水資源管理部門關心的核心問題，北京市南水北調水質更是關系到北京市生活用水安全和社會穩定。采用模糊數學法和方差分析評價分析了北京南水北調來水水質及不同水源地水質之間的差異。水質評價結果顯示，無論是海河流域的子牙河流域、大清河流域還是長江流域的丹江口水源水質均達到I類水質，均可作為優質的飲用水源。海河流域和長江流域不同水質指標的差異性比較發現，氟離子、氯離子、硫酸鹽、硝酸鹽氮和總氮存在顯著性差異（p<0.05），pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮和總磷差異性不明顯。不同水源的來水在經大寧水庫短期（3個月）調蓄后，氟離子、氯離子、硫酸鹽差異性依然存在，硝酸鹽氮和總氮差異性不再顯著，其他水質指標沒有顯著變化。結果可以為保護與管理水資源提供有益的參考。

關鍵詞：南水北調;水質;對比

引言

水質是水資源管理部門關心的核心問題，北京市南水北調水質更是關系到北京市生活用水安全和社會穩定。為全面掌握北京市南水北調水質，讓首都人民喝上放心水，南水北調水質中心自南水北調京石段通水以來，一直跟蹤監測北京市南水北調大寧管理處大寧調壓池和大寧調蓄水庫水質，分析水質的綜合質量狀況。目前，國內外用于水質評價的方法很多，如單項水質評價的地圖重疊法、綜合指數法、模糊數學綜合評判法等。模糊綜合評價是以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化[1]，如用隸屬函數（隸屬度）描述水質分級界限。該法注意到了水質級別界限的模糊性，考慮了各項水質參數在污染中的作用差異，給予不同的權重，使各指標在總體中的污染程度清晰化、定量化，反映了監測斷面的綜合水質狀況，使評價更加客觀。本文采用模糊數學法對北京市南水北調水質進行綜合評價，采用方差分析手段比較了海河流域水質和長江流域水質的差別，結果為水資源保護與管理提供科學依據。

1. 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

北京是我國的政治、經濟中心，但人均水資源量不足300m3，僅為全國人均的1/8，世界人均的1/32。2008年南水北調京石段建成通水，同年，位于海河流域的子牙河流域的崗南水庫、黃璧莊水庫，大清河流域王快水庫、西大洋和安各莊水庫開始向北京市實施應急供水。2014年12月，丹江口水庫開始向北京市供水，同時，河北省停止向北京市供水。外水進京改變了北京市的水資源格局，成為北京水資源的重要組成部分。大寧調蓄水庫是南水北調中線干渠進入北京的首個調蓄水庫，對提高北京市南水北調來水的調蓄能力，保障城市供水安全，促進北京市西南地區發展有著重要意義。大寧調蓄水庫總庫容4611萬m3，非汛期最大可調蓄庫容為3753萬m3，汛期最大可調蓄庫容為1006萬m3，水域面積220萬m2。

1.2 數據來源及分析方法

水質數據來源于北京市南水北調水質監測中心，時間段為2013、2014、2015三年的1-3月份數據。其中2013年和2014年水源為河北省的崗南水庫、黃璧莊水庫、王快水庫、西大洋和安各莊水庫，2015年水源為丹江口水庫。監測指標包括常規物理指標水溫、pH，無機物指標氟離子、氰化物、氯離子、硫化物、硫酸鹽、汞，有機物指標揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑，耗氧指標溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量，營養鹽指標氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷，金屬離子指標鐵、錳、銅、鋅、硒、砷、鎘、六價鉻、鉛和生物學指標糞大腸菌群共計28項。采用模糊數學法進行水質評價，具體方法及過程參照文獻[2， 3];采用方差分析判別各組樣本之間是否存在顯著性差異。將數據統一標準化后進行方差分析，數據處理采用SPSS20.0軟件包完成。

2. 結果與討論

2.1 水質評價

參照地表水環境質量標準（GB3838-2002）和《城市集中式飲用水源地水質監測、評價與公布方案》的相關標準限值，選取溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮、銅、揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑、糞大腸菌群等21個水質指標，采用模糊數學法進行水質評價，其結果如表1所示。

由表1可知，評價矩陣的結果顯示，監測斷面的水質均隸屬于b1，說明南水北調建成通水后，不論是2008-2014年的應急調水還是2015年的中線工程正式通水，水源水質都達到了I類水質，是優良的飲用水水源。

2.2南水北水水質差異（調壓池）

氰化物、硫化物、揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑、鐵、錳、銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛和糞大腸菌群15個水質指標，無論海河流域的子牙河和大清河還是長江流域的丹江口水庫，均低于檢測限，認為南水和北水在這些指標上沒有差別，不再做統計分析。pH值、氟離子、氯離子、硫酸鹽、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、總氮和總磷含量如圖1所示。

由圖2可知，丹江口水庫的高錳酸鹽指數和化學需氧量兩個水質指標略高于海河流域，其他水質指標基本是海河流域高于丹江口水庫或者接近，海河流域硫酸鹽和硝酸鹽氮含量是丹江口水庫的5.14和4.74倍。

對pH值、氟離子、氯離子、硫酸鹽、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、總氮和總磷做方差分析，結果如表2所示。

由表2可知，氟離子、氯離子、硫酸鹽、硝酸鹽氮和總氮5項指標海河流域和丹江口水庫存在顯著性差異。

2.3調蓄水庫水質變化

自南水北調京石段建成通水后，大寧調蓄水庫自2008年開始蓄水，到2014年12月，水源一直為海河流域的子牙河和大清河流域的5座水庫，自2015年后開始接受丹江口水庫水源。不同水源來水經大寧調蓄水庫短期調蓄后，氟離子、氯離子、硫酸鹽差異性依然存在，硝酸鹽氮和總氮差異性不再顯著，其他水質指標沒有顯著變化（圖2，表1）。

3. 結論

（1）北京市南水北調不同水源來水水質均達到了I類水質，滿足城市生活用水水質標準，是優質的城市用水水源。

（2）不同水源來水大部分水質指標未檢出，檢出的水質指標氟離子、氯離子、硫酸鹽、硝酸鹽氮和總氮存在顯著性差異（p<0.05），pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮和總磷差異性不明顯。

（3）不同來水在經大寧調蓄水庫短暫調蓄后，氟離子、氯離子、硫酸鹽差異性依然存在，硝酸鹽氮和總氮差異性不再顯著，其他水質指標沒有顯著變化。

參考文獻：

[1]王艷艷， 張瑞斌， 趙言文， 等. 模糊綜合評價法在湖泊水體評價中的應用研究. 江蘇農業科學， 2010（1）： 326-328.

[2]Huang， F.， X.Q. Wang， L.P. Lou， et al. Spatial variation and source apportionment of water pollution in Qiantang River （China） using statistical techniques. Water Research， 2009. 44（5）： 1562-1572.

[3]孫寶權， 董少杰， 邵作玖， 等. 探討模糊評價法在水質評價中的應用. 水利與建筑工程學報， 2009. 7（3）： 127-129.