四川雅安农村饮水安全空间分析系统研究1引言

水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1四川雅安农村饮水安全空间分析系统研究倪福全1胡玉福1杨有川2王海波1南冬11四川农业大学2雅安市水利局四川·雅安625014摘要：为了系统研究和解决四川西缘山地农村饮水安全和饮用水困难的问题，达到可持续发展的目标，实现人水和谐的目的，作者基于《雅安市农村饮水安全现状调查评估报告(2005年)》研发了微机GIS一YRDSGIS。该系统具有空间数据、图形图像及文字信息的采集、贮存、管理、分析、评价、转换、检索、输出和更新等多方面的功能。本系统对解决我国西南山地农村饮水安全和社会主义新农村建设具有指导意义。关键词：四川西缘山地，农村饮水安全，四川雅安，GIS，人水和谐1引言人类疾病80%与水有关。农村饮水安全问题不仅是资源环境安全问题，而且是关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。农村饮水安全是我国社会主义新农村建设的重点工程,“十一五”期间我国要解决1亿农村居民饮用高氟水、高砷水、苦咸水、污染水和血吸虫病区、微生物超标等水质不达标及局部地区严重缺水问题。我国农村饮水水安全卫生评价指标体系中设定水质、水量、方便程度、保证率四项指标。一是水质,符合农村实施《生活饮用水卫生标准》准则（GB11730—89），水质为一级定为安全，二级定为基本安全，三级为不安全。二是水量：每人每天可获得的水量不低于40--60升为安全，不低于20—40升为基本安全，低于20升为不安全。三是方便程度：供水到户或人力取水往返时间不超过10分钟为安全，人力取水往返时间不超过20分钟为基本安全，超过20分钟为不安全。四是保证率：供水水源保证率不低于95%为安全，不低于90%为基本安全，低于90%为不安全。按此标准进行初步匡算，我国现约有3亿多农村人口饮水不安全。目前，我国农村饮水安全存在3个突出问题：一是因水致病问题，二是水处理能力不足问题，三是饮水有害物超标问题。饮水安全问题受许多指标控制，生态环境影响因子众多，要充分揭示其广泛性、区域性、阶段性、复杂性，制定合理的饮水安全评价指标体系并开展深入研究。影响农村饮水安全的威胁因素主要是突发的或持续一段时间的威胁人民生命健康的事件(例如水旱灾害、水污染等)和明显地缩小政府基金项目：四川农业大学青年科技创新基金（00530300）第一作者简介：倪福全（1965-），男，四川崇州，副教授，农业水利工程专业。Email:[e-mail]35水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1决策选择范围的事件(例如水资源短缺对经济发展的制约等)。同时，农村饮水安全含有风险的意义。影响水安全的威胁因素来自于资源、环境、生态、社会、政治、经济等众多的领域，某些因素具有随机变化的本质特征，有些因素则因为反映其变化规律的信息不全，因而具有明显的不确定性。水安全也是个不断变化的动态过程，绝对的水安全是不可能的。农村饮水安全和水资源系统的丰枯等属性有关，和人类社会的脆弱性有关，和人群心理上对水安全保障的期望水平、对所处环境的水资源特性认识以及自身的承载能力等有关。总之,农村饮水安全系统的生态环境影响因子众多，具有非确定性、时空变异性的特点。基于此，作者应用GIS技术对四川西缘山地典型区（以雅安为例）农村饮水安全问题进行空间分析系统的研究。2问题简介及总体设计思路雅安市属四川西缘山地典型区，位于四川省西部，东邻成都、眉山两市，南与凉山相连，西接甘孜，北与阿坝毗邻。全市下辖七县一区：雨城区和名山、荥经、汉源、石棉、天全、芦山、宝兴等县。境内山脉纵横，地形切割强烈，地貌类型复杂多样。全市以山地为主，占总面积的94%，丘陵平坝仅占6%。低山、中山、高山、极高山在全市均有分布。低山区占全市总面积的16.28%，中山区占全市总面积的67.44%，高山区占全市总面积的6.12%，其余为海拔5000米以上的极高山区。雅安市农村饮水安全主要问题表现在：汉源、石棉、天全等县部份地区水源含氟量高，水源型氟骨症、大骨节病、氟斑牙等发病率较高；芦山、天全县部分乡（镇）是全国著名的血吸虫重疫区，原水被血吸虫污染较重，雨城、名山、荥经三个县是流行区；名山、雨城区的丘陵地带，地下水含芒硝重，不能饮用；部分中、高山一带，交通不便，居住分散，无水利设施，是旱片死角，农村人口饮水夏秋季节靠天降水，冬春季节饮水全靠人背马驮，极不方便；七县一区部分地区供群众饮用的溪沟、塘、堰、水库、河流中未经净化处理的原水水质不达标，饮水不安全；本区降雨丰沛，但降雨量分布不均，主要集中在7、8、9三个月，冬春枯水期，饮用井水、溪沟水的地方水量严重缺乏，造成季节性缺水，用水保证率较低。全市七县一区共167个乡镇1070个村，农业人口124.41万人，据调查，农村现状供水分为集中式供水和分散式供水两种类型：全市集中式供水工程547处，供水人口45.35万人，占农村总人口的36.4%，其中地表水供水人口28.06万人，地下水供水人口17.3万人；分散式供水人口79.06万人，占农村总人口的63.5%，现有水井34153口，饮水人口16.93万人，占农村总人口的13.65%；饮用山溪沟泉水28.46万人，占农村总人口的22.94%；饮用塘库水或集雨的3.23万人，占农村总人口的2.6%；无饮水设施的36水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1达29.96万人，占农村总人口的24.15%。全市饮水安全和基本安全的人口66.36万人，占农业人口的53.3%，其中，雨城区8.89万人、名山11.65万人、荥经5.57万人、汉源22.24万人、石棉5.5万人、天全5.04万人、芦山5.02万人、宝兴2.45万人。饮水不安全人口58.02万人，占农业人口的46.8%，其中，饮水水质不达标32.16万人，水质不达标中水源型氟超标2.38万人，苦咸水1.57万人，未经处理的Ⅳ类及超Ⅳ类地表水3.11万人，细菌学指标超标严重、未经处理的地表水17.14万人，污染严重未经处理的地下水1.04万人，其他饮水水质超标（主要是指含芒硝、铁、锰和矿物质）6.96万人。水量不达标5.51万人，用水方便程度不达标14.28万人，水源保证率不达标6.10万人。血吸虫重疫区有天全、芦山，疫区饮水不安全达7.86万人，名山、雨城、荥经一般疫区，涉及人口达20万人。为了系统研究和解决四川西缘山地农村饮水安全和饮用水困难的问题，达到可持续发展的目标，实现人、水和谐的目的，促进本区社会主义新农村的建设，作者基于《雅安市农村饮水安全现状调查评估报告(2005年)》进行研发微机GIS系统（YRDSGIS）。本该系统由八个查阅咨询子系统和四个应用工具子系统构成。八个子系统分别是：(1)生态环境评价子系统（EESS）；(2)水质安全评价子系统(QSSS)；(3)水量安全评价子系统(QQSS)；(4)饮水方便程度安全评价子系统(DCSS)；(5)饮水保证率安全评价子系统(DGSS)；(6)水资源分析评价子系统(WRSS)；(7)水资源开发利用子系统(WRES)；(8)供水工程动态设计子系统(SESS)。3查阅咨询子系统3.1生态环境子系统（EESS）该子系统的实体模型见图1，其中二级查询项由专题空间数据库、文件库和图形图像库支持。其中的查询项，可是面向属性数据库（FOXBASE或DBASE）的统计表，如水资源历时曲线、柱状图、饼状图、数据统计曲线等的DIS图象，亦可以是平面、剖面或立体图像及其文字说明文件，并在屏幕的右侧窗口显示相关信息。这些DIS图像形式的图件是与数据库相连的电子地图，可以在图面的任一点上查询该点的专题数据库。这种彩色图件与文件与文字说明同屏显示的电子地图，极大地方便了管理决策者的需要。37水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1图1EESS实体模型3.2水质安全评价子系统(QSSS)全市农村污染水分两种类型：第一类为农业生产中广泛使用化肥、农药及农村生活污水，污染天然河流。第二类是芦山、天全血吸虫疫区、水源被钉螺污染。污染水源将直接影响人民群众的生活、生产饮用水。随着工农业生产的发展和人类活动的影响，市内各流域的水资源污染日趋严重。据多年监测，青衣江三氮的污染逐渐加重，特别是近年来，工业废水、生活污水排放量增加，农村畜牧业大量发展，河流来水量减少，水能资源的过度开发，水质污染较为严重，有毒物质六价铬含量0.015mg/L，亚硝酸盐氮含量最高达0.38mg/L。大渡河流域由于人口稀少，工业不发达，水质状况稍好。据监测资料反映，青衣江流域除部份河段水质属二级外，其余均为一级水质。青衣江流域的名山河、芦山河下游、天全河下游、荥河花滩段及下游，经本次抽检河流和溪沟水样79个，水质不达标68个，占抽查86%。QSSS主要针对农村饮用水水质评价和水质动态监测两个问题，通过图形图像库的基本图层与属性数据库的查询，提供管理信息，其结构功能见图2。土壤岩性、地层地形、地貌水资源饮水状况水文、气象、气候人口、社会、地方性疾病经济生态环境评价子系统38水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1水质安全评价子系统水化学指标毒理学指标细菌学指标物理学水质指标（PH、COD、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐）评价（铁、锰、氟化物、As、Hg、Cd、Cr、Pb、硝酸盐）评价（细菌总数、总大肠菌群总数）评价（颜色、浑浊度、臭味、肉眼物）评价图2QSSS实体模型3.3水量安全评价子系统(QQSS)本系统在水资源供需平衡计算的基础上，确定各水平年可用于饮用的水量。为便于应用对比，本系统的均衡计算均以区、县行政区划进行，并选取相应年为现状年时段，2006-2010年为近期水平年时段，2010-2015为远景水平年时段。3.4饮水方便程度安全评价子系统(DCSS)本系统从人力取水时间、取水距离垂直高度、取水水平距离等方面进行评价。供水到户或人力取水往返时间不超过10分钟为安全，人力取水往返时间不超过20分钟为基本安全，超过20分钟为不安全。雅安市以取水距离垂直高度80米，水平距离800米为标准进行评价。3.5饮水保证率安全评价子系统(DGSS)本系统从供水源保证率等方面进行评价。供水水源保证率不低于95%为安全，不低于90%为基本安全，低于90%为不安全。3.6水资源分析评价子系统(WRSS)由于研究区水土生态环境因子系统没有明确的物理背景，很难量化描述诸多生态环境因子对农村饮水安全的影响，有些因素的影响是十分巨大的，但量化又是非常困难的。因此，可以认为研究区水土生态环境因子系统是一个非确定性系统，可以用灰色理论、模糊数学、小波理论、BP神经网络等来分析研究。区内可开发水源有地下水、地表水(水库、坝)、过境江河水。因此，选用最优化技术，在各种可利用水源分布区建立各区各种水源的优化分配模型，模型以线性规划和动态规划模型为主。本系统的组成见图3。39水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.13.7水资源开发利用子系统(WRES)本系统分别从地表水、地下水及其它水源开发利用工程等方面进行现状年的分类分析评价。包括集中式和分散式供水工程的蓄水工程、引水工程、提水工程、水井、水窑、引泉工程、集雨工程等。本系统的组成见图4。水资源分析评价子系统水资源供需平衡现状分析水资源数据分析水资源水资源动态预测与规划管理开发潜力分析时间序列FUZZY分析GREY系统BP神经网络分析数学模型小波理论典型区地下水三维动态分析分析分析分析模拟分析图3WRSS的组成水资源开发利用子系统地表水开发地下水开发蓄水工程引水工程水井水窖引泉工程提水工程图4WRES的组成3.8供水工程动态设计子系统(SESS)40水科学研究2007年第1期WaterScienceResearchVol.1No.1供水工程设计是一种系统综合设计，设计方案要综合考虑水资源、地形、土壤、井渠配套、排