保定市地下飲用水水源地水質(zhì)安全評價及趨勢分析

張 彥

(河北省保定水文水資源勘測局，河北保定071003)

飲水安全問題是我國全面建設(shè)小康社會過程當(dāng)中一個重大的問題，它既涉及到人民群眾的生命健康，又涉及經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，成為全面建設(shè)小康社會的重要支撐條件［1］。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展、人口增長和城市化進程的加快，保障城市飲用水水質(zhì)、水量的安全，變得越來越重要。

保定市城市飲用水水源地包括地表水西大洋水庫水源地和地下水一畝泉水源地。保定市屬于資源性缺水地區(qū)，受氣候影響西大洋水源地的水量存在著難以保障的困難，而地下水相對于地表水來說，在水量和水質(zhì)方面具有更好的穩(wěn)定性和優(yōu)越性。但由于地下水的污染具有污染物流動緩慢，污染源難以查找以及污染不易清除等特點，如果不進行專門監(jiān)測，很難及時采取措施。筆者根據(jù)2007～2012年的監(jiān)測資料，通過對保定市地下飲用水水源地水質(zhì)安全現(xiàn)狀以及變化趨勢進行分析，以期掌握保定市地下飲用水水源地水質(zhì)安全現(xiàn)狀以及為合理調(diào)配和利用地下水資源提供依據(jù)。

1 一畝泉水源地概況

一畝泉水源地位于保定市西北部的低山丘陵區(qū)，滿城縣與保定市交界處(圖1)，基巖裂隙水發(fā)育，含水巖組以白云巖為主。主要補給來源為大氣降水入滲、地下水側(cè)向徑流補給，其次是灌溉回滲水和污水渠的滲漏補給等［2］。一畝泉水源地建于1960年，當(dāng)時有生產(chǎn)井21眼，日開采量為3.92萬m3，主要為保定市的供水水源，但由于地下水的過度開采，一畝泉已經(jīng)枯竭，在水源地周邊形成大面積的漏斗群。據(jù)資料統(tǒng)計［3］，2009年該漏斗群內(nèi)埋深大于30 m的區(qū)域面積為877.1 km2，最大埋深達 42.56 m，一畝泉水源地中心埋深31.32 m。地下水的下降導(dǎo)致了諸多的地質(zhì)災(zāi)害和水質(zhì)變差，威脅著保定市的供水安全。

為減少對地下水資源的超采，保定市已封閉了大批市區(qū)自備井，并嚴禁自來水管網(wǎng)覆蓋區(qū)新打自備井，逐步增加地表水供水量，自2000年西大洋水庫引水入市以后，一畝泉水源地的超采問題得到極大緩解，每年可減少大約2 400萬 m3的開采量。同時制定了一畝泉水源區(qū)污染防治管理辦法，劃定了三級保護區(qū)，關(guān)停了周邊大部分的造紙、化工等高污染企業(yè)，減少了因污水下滲造成的地下水污染，水源地水質(zhì)得到明顯改善。

2 數(shù)據(jù)來源、評價項目及檢測方法的選取

保定市地下飲用水水源地水質(zhì)安全評價現(xiàn)狀年選用2012年，水質(zhì)監(jiān)測井共有4眼(見圖1)。各采樣點樣品的采集和檢測方法均按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》［4］的要求由河北省水環(huán)境監(jiān)測中心保定分中心完成。

評價項目包括一般化學(xué)指標(biāo)、污染項目和毒性項目［5］，有pH值、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、總硬度、氯化物、六價鉻、氟化物等。

3 安全評價方法及標(biāo)準(zhǔn)

城市飲用水水源地水質(zhì)安全評價采用水質(zhì)指數(shù)法［6－7］。首先計算水源地的水質(zhì)指數(shù)，然后對水源地進行分級，判定水質(zhì)是否安全。

3.1 水質(zhì)指數(shù)的計算

水質(zhì)指數(shù)的計算分三個步驟，分別計算單項指數(shù)(Ii)、分類指數(shù)(IL)和水質(zhì)指數(shù)(WQI)。

3.1.1 單項指數(shù)(Ii)的計算

每個評價項目的單項指數(shù)按式(1)計算:

當(dāng)Ciok＜Ci＜Ciok+1時，

式中:Ci為i項評價項目的實測濃度，mg/L;Ciok為i項評價項目的k級標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg/L;Ciok+1為i項評價項目的k+1級標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg/L;Iiok為i項評價項目的k級指數(shù)值。

3.1.2 分類指數(shù)(IL)的計算

在單項指數(shù)的基礎(chǔ)上計算分類指數(shù)IL。

(1)對第一類項目(污染項目)，分類指數(shù)I1按式(2)計算:

(2)對第二、三類項目(一般化學(xué)指標(biāo)、毒性項目)，分類指數(shù) I2、I3按式(3)計算:

3.1.3 水質(zhì)指數(shù)(WQI)的計算

水質(zhì)指數(shù)取三類分類指數(shù)的最高者，按式(4)計算:

3.2 特殊情況的處理

3.2.1 pH 值的指數(shù)(IpH)計算

pH值是一個以氫離子濃度的負對數(shù)為計量單位的參數(shù)，當(dāng)pH值處于6.5～8.5范圍時，認為水體處于正常的緩沖范圍內(nèi)，其指數(shù)按10計算;當(dāng)pH值超出上述范圍時，需考慮實測值對當(dāng)?shù)靥烊槐尘爸档钠x度，偏離度﹤±1時，IpH按20計;偏離度處于 ±1～±1.5時，IpH按20～60計;偏離度處于 ±1.5～ ±2時，IpH按60～80計;當(dāng)偏離度≥ ±2時，IpH按100計。

3.2.2 兩級或多級標(biāo)準(zhǔn)值相等的處理

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)中兩分級值或多分級值相同時，單項指數(shù)按式(6)計算:

式中，n為相同標(biāo)準(zhǔn)值個數(shù)。

3.2.3 Ci﹥ Cio5時的處理

當(dāng)Ci﹥Cio5時，為劣于5級水體，其單項指數(shù)一律計為Ii＞100。

3.3 評價標(biāo)準(zhǔn)及分級指數(shù)

3.3.1 水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)及分級指數(shù)

水源地水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)共分5級，每級都有相應(yīng)的分級指數(shù)，各單項指數(shù)即按此標(biāo)準(zhǔn)計算(表1)。

表1 水源地水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)及分級指數(shù)

3.3.2 水質(zhì)指數(shù)(WQI)的含義

水質(zhì)指數(shù)的含義為:0＜WQI≤20，水資源質(zhì)量為1級，是水質(zhì)優(yōu)良的供水水源地;20＜WQI≤40，水資源質(zhì)量為2級，是水質(zhì)良好的供水水源地;40＜WQI≤60，水資源質(zhì)量為3級，是水質(zhì)尚好的供水水源地;上述三類均為水質(zhì)合格即安全的水源地。60＜WQI≤80，水資源質(zhì)量為4級，水源已受到污染，深度處理后才能用于飲用目的;80＜WQI≤100，水資源質(zhì)量為5級，屬嚴重污染水源地;WQI＞100，水資源質(zhì)量為劣于5級，屬極嚴重污染的水源地。水資源質(zhì)量為4級以上的，均屬受污染的水源地，為不安全的水源地。

4 評價結(jié)果

4.1 水質(zhì)指數(shù)評價

一畝泉水源地共設(shè)4眼監(jiān)測井，分別是要莊村、北馬村、北奇村和石家莊村。2012年，要莊村監(jiān)測井水質(zhì)指數(shù)在36.2～52.8之間，平均值為39.5，水資源質(zhì)量全年多數(shù)為2級，少數(shù)為3級;北馬村監(jiān)測井水質(zhì)指數(shù)在41.6～49.1之間，平均值為45.4，水資源質(zhì)量均為3級;北奇村監(jiān)測井水質(zhì)指數(shù)在34.0～37.5之間，平均值為36.2，水資源質(zhì)量均為 2級;石家莊村監(jiān)測井水質(zhì)指數(shù)在36.4～40.1之間，平均值為38.1，水資源質(zhì)量全年多數(shù)為2級，少數(shù)為3級(見表2)。

在一畝泉水源地的4眼監(jiān)測井中，位于水源地西部邊緣的北馬村在滿城縣城附近，北部邊緣的要莊村在漕河岸邊，兩者受人為因素的影響較大，故而水質(zhì)略差;而位于水源地中心地帶的北奇村和南部邊緣的石家莊村水質(zhì)較好。

綜上所述，一畝泉水源地要莊村、北奇村和石家莊村監(jiān)測井水資源質(zhì)量為2級，水質(zhì)為良好，北馬村監(jiān)測井水資源質(zhì)量為3級，水質(zhì)為尚好，均為安全的水源地。

表2 一畝泉水源地水質(zhì)指數(shù)評價表

4.2 單項指標(biāo)評價

2012年，一畝泉水源地的4眼監(jiān)測井中，第一類污染項目高錳酸鹽指數(shù)在0.33～0.93 mg/L之間，各眼監(jiān)測井的平均值在0.50～0.53 mg/L之間，水質(zhì)級別均為1級;第二類項目一般化學(xué)指標(biāo)中總硬度在234～396 mg/L之間，平均值在258～341 mg/L之間，為2級或3級水質(zhì);第三類有毒項目氟化物在 0.10 ～0.46 mg/L，平均值在 0.18 ～0.29 mg/L 之間，水質(zhì)級別均為1級(見表3)。

在各項水質(zhì)指標(biāo)中，總硬度對水質(zhì)指數(shù)的影響較大，也是最接近安全線的指標(biāo)。4眼監(jiān)測井總硬度均在2級以上，北馬村全部為3級，要莊村11.1%為3級。

5 單項指標(biāo)的濃度趨勢分析

5.1 分析方法的選定及水質(zhì)參數(shù)的選擇

趨勢分析采用國際上流行的季節(jié)性肯德爾檢驗方法，季節(jié)性肯德爾檢驗用于測試數(shù)據(jù)不完整，數(shù)據(jù)隨季節(jié)規(guī)律變化的多年資料進行分析，較適用于水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢分析。選用一畝泉水源地4眼監(jiān)測井的2007～2012年的水質(zhì)以及埋深監(jiān)測序列，水質(zhì)參數(shù)選擇氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、pH值、總硬度、氯化物、硝酸鹽氮等6項主要參數(shù)，運用 PWQTrend2010(Professional water trend)水質(zhì)趨勢分析軟件進行水質(zhì)濃度趨勢分析，結(jié)果如表4。

表3 一畝泉水源地單項指標(biāo)評價表

5.2 結(jié)果分析

由表4可以看出，在濃度趨勢分析中，一畝泉水源地4眼監(jiān)測井的埋深呈高度顯著下降趨勢，說明這期間地下水的外界補給比較充足，地下水位得到非常顯著的上升。pH值都呈現(xiàn)出顯著和高度顯著下降趨勢。pH值是地下水中酸堿度的反映，若地下水處于弱酸性的條件下，將導(dǎo)致地下水永久硬度增高，應(yīng)加以注意。4眼監(jiān)測井的硝酸鹽氮濃度均呈現(xiàn)出高度顯著升高趨勢，這與大量的無機和有機氮肥的施用有關(guān)，雖然目前一畝泉地下水源地的硝酸鹽氮的絕對濃度并不是很高，但如果對此不加以控制，隨時間增長，硝酸鹽氮將成為主要污染物;另外，北馬村由于臨近滿城縣城，其硝酸鹽氮的絕對濃度要遠大于其他3眼監(jiān)測井的濃度，這應(yīng)與城市污水的污染有直接的關(guān)系，應(yīng)加大滿城縣城城市控制排污的處理力度。總硬度除了北馬村顯著下降外，其他地區(qū)無明顯升降趨勢，這應(yīng)與地下水位上升所起到的稀釋作用有關(guān)，但由于總硬度是各項水質(zhì)指標(biāo)中對水質(zhì)指數(shù)的影響最大的，也是最接近安全線的指標(biāo)，因此，應(yīng)格外關(guān)注當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r總硬度的變化趨勢。

注:“↑”表中表示顯著上升趨勢;“↑↑”表示高度顯著上升趨勢;“↓”表示顯著下降趨勢;“↓↓”表示高度顯著下降趨勢;“－”表示無明顯升降趨勢

6 結(jié)語

通過對保定市一畝泉水源地水質(zhì)安全的評價以及單項監(jiān)測項目的濃度趨勢分析，得出以下結(jié)論:

(1)一畝泉水源地要莊村、北奇村和石家莊村監(jiān)測井水資源質(zhì)量為2級，水質(zhì)良好，北馬村監(jiān)測井水資源質(zhì)量為3級，水質(zhì)尚好，均為安全的水源地。

(2)在單項指標(biāo)評價中，一般化學(xué)指標(biāo)中的總硬度是對水質(zhì)指數(shù)影響最大的項目，北馬村監(jiān)測井的總硬度達到了水源地水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)的3級標(biāo)準(zhǔn)。

(3)保定市一畝泉水源地在2007～2012年間，埋深呈現(xiàn)高度顯著下降趨勢，地下水位得到顯著上升;pH值均呈現(xiàn)出顯著和高度顯著下降趨勢;毒性項目硝酸鹽氮濃度均呈現(xiàn)出高度顯著升高趨勢，北馬村硝酸鹽氮的絕對濃度要遠大于其他監(jiān)測井的濃度。

針對保定市地下水飲用水源地目前的實際情況，為保證水源地的飲水安全，建議從以下幾方面入手:

(1)根據(jù)本文對一畝泉水源地水質(zhì)安全的評價表明，總硬度是對水質(zhì)指數(shù)影響最大的項目，應(yīng)加強對其監(jiān)控，找出其變化的主因，同時利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測其變化趨勢，做好預(yù)警預(yù)報研究。

(2)在條件允許的情況下，應(yīng)增加一些必要的監(jiān)測項目，比如有機化合物、農(nóng)藥、人體干擾物等的監(jiān)測。

(3)水源地周邊的生態(tài)環(huán)境影響著水源地安全，有關(guān)部門應(yīng)加強對周邊重點地區(qū)的點源污染的監(jiān)控，同時加強農(nóng)村面源污染的控制。

(4)本文只是針對一畝泉水源地水質(zhì)安全方面的評價，但其實際存在著水量難以保證的問題，今后應(yīng)加強對其水量安全方面的評價以及加強如何提高供水保證率和如何更加合理利用和分配地下水資源的研究。

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［5］朱黨生，張建永，程紅光，等.城市飲用水水源地安全評價(Ⅰ):評價指標(biāo)和方法［J］.水利學(xué)報.2010，41(7):778－785.

［6］河北省水利廳.關(guān)于進一步加強城市飲用水水源地水質(zhì)通報發(fā)布工作的通知(冀水資［2006］25號)［S］.2006.

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