马寅男 陈晨 佟玲
摘要：水质是水资源管理部门关心的核心问题，北京市南水北调水质更是关系到北京市生活用水安全和社会稳定。采用模糊数学法和方差分析评价分析了北京南水北调来水水质及不同水源地水质之间的差异。水质评价结果显示，无论是海河流域的子牙河流域、大清河流域还是长江流域的丹江口水源水质均达到I类水质，均可作为优质的饮用水源。海河流域和长江流域不同水质指标的差异性比较发现，氟离子、氯离子、硫酸盐、硝酸盐氮和总氮存在显著性差异（p<0.05），pH、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮和总磷差异性不明显。不同水源的来水在经大宁水库短期（3个月）调蓄后，氟离子、氯离子、硫酸盐差异性依然存在，硝酸盐氮和总氮差异性不再显著，其他水质指标没有显著变化。结果可以为保护与管理水资源提供有益的参考。
关键词：南水北调;水质;对比
引言
水质是水资源管理部门关心的核心问题，北京市南水北调水质更是关系到北京市生活用水安全和社会稳定。为全面掌握北京市南水北调水质，让首都人民喝上放心水，南水北调水质中心自南水北调京石段通水以来，一直跟踪监测北京市南水北调大宁管理处大宁调压池和大宁调蓄水库水质，分析水质的综合质量状况。目前，国内外用于水质评价的方法很多，如单项水质评价的地图重叠法、综合指数法、模糊数学综合评判法等。模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化[1]，如用隶属函数（隶属度）描述水质分级界限。该法注意到了水质级别界限的模糊性，考虑了各项水质参数在污染中的作用差异，给予不同的权重，使各指标在总体中的污染程度清晰化、定量化，反映了监测断面的综合水质状况，使评价更加客观。本文采用模糊数学法对北京市南水北调水质进行综合评价，采用方差分析手段比较了海河流域水质和长江流域水质的差别，结果为水资源保护与管理提供科学依据。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
北京是我国的政治、经济中心，但人均水资源量不足300m3，仅为全国人均的1/8，世界人均的1/32。2008年南水北调京石段建成通水，同年，位于海河流域的子牙河流域的岗南水库、黄璧庄水库，大清河流域王快水库、西大洋和安各庄水库开始向北京市实施应急供水。2014年12月，丹江口水库开始向北京市供水，同时，河北省停止向北京市供水。外水进京改变了北京市的水资源格局，成为北京水资源的重要组成部分。大宁调蓄水库是南水北调中线干渠进入北京的首个调蓄水库，对提高北京市南水北调来水的调蓄能力，保障城市供水安全，促进北京市西南地区发展有着重要意义。大宁调蓄水库总库容4611万m3，非汛期最大可调蓄库容为3753万m3，汛期最大可调蓄库容为1006万m3，水域面积220万m2。
1.2 数据来源及分析方法
水质数据来源于北京市南水北調水质监测中心，时间段为2013、2014、2015三年的1-3月份数据。其中2013年和2014年水源为河北省的岗南水库、黄璧庄水库、王快水库、西大洋和安各庄水库，2015年水源为丹江口水库。监测指标包括常规物理指标水温、pH，无机物指标氟离子、氰化物、氯离子、硫化物、硫酸盐、汞，有机物指标挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂，耗氧指标溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量，营养盐指标氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷，金属离子指标铁、锰、铜、锌、硒、砷、镉、六价铬、铅和生物学指标粪大肠菌群共计28项。采用模糊数学法进行水质评价，具体方法及过程参照文献[2， 3];采用方差分析判别各组样本之间是否存在显著性差异。将数据统一标准化后进行方差分析，数据处理采用SPSS20.0软件包完成。
2. 结果与讨论
2.1 水质评价
参照地表水环境质量标准（GB3838-2002）和《城市集中式饮用水源地水质监测、评价与公布方案》的相关标准限值，选取溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、铜、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、粪大肠菌群等21个水质指标，采用模糊数学法进行水质评价，其结果如表1所示。
由表1可知，评价矩阵的结果显示，监测断面的水质均隶属于b1，说明南水北调建成通水后，不论是2008-2014年的应急调水还是2015年的中线工程正式通水，水源水质都达到了I类水质，是优良的饮用水水源。
2.2南水北水水质差异（调压池）
氰化物、硫化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、铁、锰、铜、锌、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅和粪大肠菌群15个水质指标，无论海河流域的子牙河和大清河还是长江流域的丹江口水库，均低于检测限，认为南水和北水在这些指标上没有差别，不再做统计分析。pH值、氟离子、氯离子、硫酸盐、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷含量如图1所示。
由图2可知，丹江口水库的高锰酸盐指数和化学需氧量两个水质指标略高于海河流域，其他水质指标基本是海河流域高于丹江口水库或者接近，海河流域硫酸盐和硝酸盐氮含量是丹江口水库的5.14和4.74倍。
对pH值、氟离子、氯离子、硫酸盐、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷做方差分析，结果如表2所示。
由表2可知，氟离子、氯离子、硫酸盐、硝酸盐氮和总氮5项指标海河流域和丹江口水库存在显著性差异。
2.3调蓄水库水质变化
自南水北调京石段建成通水后，大宁调蓄水库自2008年开始蓄水，到2014年12月，水源一直为海河流域的子牙河和大清河流域的5座水库，自2015年后开始接受丹江口水库水源。不同水源来水经大宁调蓄水库短期调蓄后，氟离子、氯离子、硫酸盐差异性依然存在，硝酸盐氮和总氮差异性不再显著，其他水质指标没有显著变化（图2，表1）。
3. 结论
（1）北京市南水北调不同水源来水水质均达到了I类水质，满足城市生活用水水质标准，是优质的城市用水水源。
（2）不同水源来水大部分水质指标未检出，检出的水质指标氟离子、氯离子、硫酸盐、硝酸盐氮和总氮存在显著性差异（p<0.05），pH、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮和总磷差异性不明显。
（3）不同来水在经大宁调蓄水库短暂调蓄后，氟离子、氯离子、硫酸盐差异性依然存在，硝酸盐氮和总氮差异性不再显著，其他水质指标没有显著变化。
参考文献：
[1]王艳艳， 张瑞斌， 赵言文， 等. 模糊综合评价法在湖泊水体评价中的应用研究. 江苏农业科学， 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]孙宝权， 董少杰， 邵作玖， 等. 探讨模糊评价法在水质评价中的应用. 水利与建筑工程学报， 2009. 7（3）：
127-129.
