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水质评价是利用和保护水资源的基础工作,为水资源管理和相关政策的制定提供依据和参考。水质监测是供水工作的重要组成部分,利用水质监测数据对水质进行评价,有利于对水体环境、水质状况的了解,可进一步改善和优化水处理工艺,以提供更为优质和安全的饮用水。水质评价的方法有神经网络法[1]、灰色关联分析法[2]、主成分分析法[3]、水质指数法[4-7]、熵值法[8]和水质指数法[6, 9](Water Quality Index,WQI)等。
研究较为广泛的水质指数法有美国国家卫生基金会水质指数(NSFWQI)[10]、加拿大环境部长理事会水质指数(CCME-WQI)[11-12]和俄勒冈州水质指数(OWQI)[13]等。WQI法将多个水质监测参数进行无量纲化、统计和计算,根据计算结果,将水质划分为不同级别,能较为全面、直观反应水质的污染程度。其中,CCME-WQI法被广泛的研究和应用,联合国环境署(UNEP)应用此模型评价世界不同国家的饮用水水质[14-15]。在我国进行水质评价时,该方法也是值得推荐和使用的[9]。
本文利用2008~2018年澳门4间水厂出厂水的水质监测数据,采用CCME-WQI法进行计算,评价了10年间澳门自来水的水质状况,为了解澳门自来水水质状况提供参考资料。
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2008~2018年澳门自来水公司4间水厂:青洲(IT)、路环(CT)、大水塘一期(MST)和大水塘二期(MSTII)的理化和微生物检测数据。
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模型的计算见式(1)。
式(1)~(6)中:F.*?>=>1为超过标准限值的水质参数的个数占总监测参数数量的百分比(代表范围);F.*?>=>2为超过标准限值的监测数据个数占所有监测数据的百分比(代表频率);F.*?>=>3为振幅;P为超标的水质参数的个数;N为水质监测参数总数;q为所有水质监测数据中超标数据的个数; M为水质监测数据总数;D为不达标项目的测定值;T为不达标项目的标准限值;nse为偏差因子总和;
$ {e}_{x} $ 为不达标水质指标偏差值。 -
CCME-WQI法是加权几何平均指数方法,该方法从检测范围、频率和振幅3个方面进行计算,评估水质监测数据与该地区水质标准限值的符合程度[14]。采用CCME-WQI法对水质进行评价,其结果用具体的分值表示,分值和评级见表1。
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在进行评价、参数选择及计算时,本文以澳门法规《澳门供排水规章》(1996年颁布)和《生活饮用水卫生标准:GB5749—2006》[16]为主要判定标准。共有50个化学项目(农药和多环芳烃以1个项目计算)及7个微生物指标(包含贾第鞭毛虫和隐孢子虫),共计57个项目。《澳门供排水规章》未包含的项目,以GB5749—2006为限值指标。
1.1. 数据来源
1.2. CCME-WQI评价模型
1.3. 参数选择及方法评价
1.4. 参数选择及评价标准
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2008~2018年,澳门4间水厂(青洲IT、路环CT、大水塘一期MST和二期MSTII)出厂水的水质指数,见图1。
图1可见,澳门4间水厂均在92分以上,指数变化较为平稳。其中2013年,大水塘一期的WQI只有92.66,其主要超标指标是细菌总数超标5次,且监测值超出限值很多。2015年,路环水厂嗅和细菌总数超过标准限值21次,是历年超标次数最多的年份,WQI的分值为92.27,为历年最低。2016~2018年,4间水厂的水质指数有明显提高,达到99分以上。2008~2018年,影响WQI的主要因素是出厂水的嗅和细菌总数2个参数,其他指标均符合标准的要求。
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10年间,澳门4间水厂水质指数的平均值见图2。
图2可见,10年间,IT水厂的出厂水水质指数达到了99.37分,表明水质质量最好;MSTII的指数也达到99.22分,水质质量优良;MST的水质指数略低于IT和MSTII;CT的指数相对其他3个水厂低,为98.35。
影响4间水厂水质指数的主要因素是原水和水厂处理工艺,澳门4间水厂水处理状况见表2。
青洲水厂(IT)是澳门半岛的最主要供水厂,原水来源于珠海竹仙洞水库,水源稳定,水处理工艺采用蜂窝斜管沉淀池和V型滤池,从而保证了良好的水质供给。
大水塘水厂(MST)的原水主要来源于珠海竹仙洞水库和南屏水库,在春季时(3~4月),南屏水库原水的致嗅物质含量较高,从而影响大水塘水厂的水质;二期水厂(MSTII)采用先进的气浮和超滤膜工艺,保证出厂水的良好品质。
路环水厂的原水主要来源于澳门本地的大水塘水库,亦会掺有石排湾水库和九澳水库的原水,大水塘水库的水质流动性差,受环境影响较大,水质不稳定,使得路环水厂的超标项次较多,影响路环水厂的水质。
图3可见,2008~2018年澳门地区自来水水质年平均指数在98分以上,除2015年略有降低外,水质质量持续稳定。10年的水质指数表明澳门自来水的出厂水水质达到“优秀”的等级。
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本研究中,选取的水质参数项数及数据量得多少,对计算会产生比较大的影响。如果数据量太少,不能如实反映水质的真实状况;如果参数太多,也会导致水质指数数据偏高或偏低。因应检测技术和新项目的开展,2008~2018年澳门自来水检测参数项数的变化在5%左右,对模型的计算不会产生显著影响。
采用CCME-WQI水质指数模型时,优点是能综合考虑检测参数的数量、检测频率、不符合标准限值参数的影响;可直观的反映自来水水质的质量;数据的缺失不会影响计算结果;不同区域的水质具有可比性。缺点是没有体现水质重要污染物的影响,各参数对结果的影响因子是一样,参数的选择对指数有较大的影响。
2.1. 4个水厂出厂水的水质状况
2.2. 澳门自来水水质状况及影响因素
2.3. 影响水质指数的因素及模型的优缺点
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基于CCME-WQI模型,本文计算了2008~2018年澳门自来水4间出厂水的水质指数,其分值在92.27~100分之间;10年间,澳门自来水的水质平均指数在98分以上,且指数稳定,表明澳门自来水的水质达到“优秀”的等级。