重慶市地下水污染風險評價研究*

文 一 李 璐 趙 麗 趙康平#

(1.環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.重慶市環(huán)境科學研究院，重慶 401147)

地下水作為重要的城鄉(xiāng)供水水源，在維護經(jīng)濟社會健康發(fā)展等方面發(fā)揮著不可替代的作用。地下水污染風險評價是開展地下水污染防治的重要基礎性工作，合理評價地下水污染風險，根據(jù)地下水污染風險制定合理的風險控制和治理措施，具有重要意義。

重慶市是我國碳酸鹽巖分布最廣、喀斯特發(fā)育最強烈的省區(qū)之一，地下水的防護能力較差，極易受到人為活動影響[1]。2012年，重慶市地下水水源占總水量的2.06%，約超過500萬人飲用地下水，地下水供水的重要性不可小視[2]。近年來，隨著重慶市經(jīng)濟、人口穩(wěn)步增長，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、人類活動產(chǎn)生的污染物勢必對地下水環(huán)境承載力造成進一步的威脅。為了及時制定地下水保護資源區(qū)劃和污染防治規(guī)劃，避免產(chǎn)生“先污染、后治理”的被動局面，非常有必要開展地下水污染風險評價研究，為重慶市地下水環(huán)境管理提供支撐。

1 研究區(qū)域概況

重慶市地處東經(jīng)105°17′～110°11′、北緯28°10′～32°13′，位于青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，東西長470 km，南北寬450 km，轄區(qū)面積8.24萬km2。重慶市地層以沉積巖為主，總體分為碳酸鹽巖類、碎屑巖類、松散巖類3大類[3]。重慶地區(qū)碳酸鹽沉積巖分布面積廣、沉積厚度大，是影響地下水脆弱性的重要因素，其中碳酸鹽巖出露面積(含碳酸鹽巖夾碎屑巖)達3.0萬km2多，占全市土地總面積的36.49%[4]。重慶市地下水類型主要為碳酸鹽巖類巖溶水、基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水，其中碳酸鹽巖類巖溶水一般富水性較強，常作為巖溶地區(qū)居民生活水源。碳酸鹽巖類巖溶水與碳酸鹽沉積巖面積分布基本一致，主要分布在三疊系地層，其次分布在二疊系和奧陶系[5]。

2 數(shù)據(jù)來源

基礎圖件：1∶50 000地形圖，區(qū)域水文地質(zhì)圖1∶50 000，土地利用資料現(xiàn)狀圖，地下河分布圖。土壤厚度資料通過大量野外測量和鉆孔資料獲得。

污染源數(shù)據(jù)來自2014年重慶市污染源普查數(shù)據(jù)。

地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)來自2012—2015年重慶市地下水基礎環(huán)境狀況調(diào)查評價數(shù)據(jù)。

3 研究方法

開展地下水污染風險評價時，指標體系的選取很重要。早期主要以地下水的本質(zhì)脆弱性為主要指標，并未考慮人類活動的影響。20世紀80—90年代，針對面源污染造成的地下水污染問題，研究者認識到地下水本質(zhì)脆弱性、污染源荷載與污染風險之間的復雜關系[6]。因此，人類活動因素和污染物的特性被納入地下水污染風險的研究體系中，含水層“本質(zhì)脆弱性”評價發(fā)展為“特殊脆弱性”評價。目前，地下水污染風險評價常見的做法是將地下水脆弱性、地下水污染源荷載和地下水功能價值3個指數(shù)疊加，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件獲得評價區(qū)的污染風險指數(shù)及其分布圖[7]1141。

本研究綜合考慮地下水脆弱性、污染狀況、水資源稟賦等因素，建立了基于地下水脆弱性、地下水污染源荷載、地下水功能價值的地下水污染風險評價體系，將其應用于重慶市地下水污染風險評價中。

3.1 地下水脆弱性評價

重慶市碳酸鹽巖類巖溶水資源豐富，是地下水污染防治重要保護對象。本研究重點關注碳酸鹽巖類巖溶水的脆弱性評價，將基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水概化成碳酸鹽巖類巖溶水，按照碳酸鹽巖類巖溶水的方法進行評價。本研究采用適合西南巖溶區(qū)的PLEIK地下水系統(tǒng)防污性能評價模型(P為保護性蓋層厚度；L為土地利用類型；E為表層巖溶帶發(fā)育強度；I為補給類型；K為巖溶網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)育程度)[8]。

為定量評價地下水脆弱性，需要對PLEIK屬性進行數(shù)值計算(見式(1))，主要包括兩個部分：權重賦值確定與指標等級劃分。

D=w1×xP+w2×xL+w3×xE+w4×xI+w5×xK

(1)

式中：D為地下水脆弱性指數(shù)，取值1～10；w1、w2、w3、w4、w5分別為保護性蓋層厚度、土地利用類型、表層巖溶帶發(fā)育強度、補給類型、巖溶網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)育程度的權重；xP、xL、xE、xI、xK分別為保護性蓋層厚度、土地利用類型、表層巖溶帶發(fā)育強度、補給類型、巖溶網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)育程度的對應等級賦值，具體參考文獻[8]。

根據(jù)地下水脆弱性指數(shù)進行地下水脆弱性分級，結果見表1。

3.2 地下水污染源荷載評價

選擇典型的地下水污染源(包括工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè))，通過計算地下水污染源的污染物毒性、釋放可能性和可能釋放污染物的量來確定地下水污染源荷載風險(見式(2))[9]。

Ai=T×B×Q

(2)

式中：Ai為第i類地下水污染源荷載指數(shù)；T、B、Q分別為污染物毒性、污染源釋放可能性、可能釋放污染物的量的對應等級賦值，具體參考文獻[9]。

地下水污染源荷載綜合指數(shù)計算公式見式(3)。

A=∑(Wi×Ai)

(3)

式中：A為地下水污染源荷載綜合指數(shù)，取值0～200；Wi表示第i類地下水污染源類型的權重，具體參考文獻[10]。

根據(jù)地下水污染源荷載綜合指數(shù)進行地下水污染源荷載分級，結果見表2。

3.3 地下水功能價值評價

地下水功能價值綜合指數(shù)的計算(見式(4))綜合考慮兩個方面因素：地下水水質(zhì)和地下水富水性[7]1143。

V=VQ×VW

(4)

表1 地下水脆弱性分級

表2 地下水污染源荷載分級

表3 地下水功能價值分級

圖1 重慶市地下水脆弱性評價分區(qū)

式中：V為地下水功能價值綜合指數(shù)；VQ、VW分別為地下水水質(zhì)、地下水富水性的對應等級賦值，具體參考文獻[7]。

根據(jù)地下水功能價值綜合指數(shù)進行地下水功能價值分級，結果見表3。

3.4 地下水污染風險評價

根據(jù)地下水脆弱性、污染源荷載和功能價值的評分結果，采用式(5)計算得出不同區(qū)域的污染風險[11]。

R=D×A×V

(5)

式中：R為地下水污染風險值，在arcGIS平臺上，采用等間距法劃分為高、較高、中、較低和低5個等級，數(shù)值越大，表明污染風險越大。

4 評價結果

4.1 地下水脆弱性

根據(jù)層次分析法，保護性蓋層厚度、土地利用類型、表層巖溶帶發(fā)育強度、補給類型、巖溶網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)育程度的權重分別為0.360、0.090、0.360、0.040、0.150。

根據(jù)地下水脆弱性計算結果，可將研究區(qū)的地下水脆弱性按各單元分成5個等級，結果見圖1。地下水脆弱性高的地區(qū)占13.20%，地下水脆弱性較高的地區(qū)占13.24%，地下水脆弱性中的地區(qū)占13.25%，地下水脆弱性較低和低的地區(qū)各占25.77%和34.54%。地下水脆弱性較高的區(qū)域分布在渝東北和渝東南以及西部地區(qū)，主要分布在城口、巫溪和巫山的南部、萬州、重慶市城區(qū)、彭水、黔江、酉陽和秀山等地市。

4.2 地下水污染源荷載

對重慶市的地下水重點污染源(主要包括礦山開采區(qū)、工業(yè)污染源、危險廢物處置場、垃圾填埋場、加油站、規(guī)?；B(yǎng)殖場和種植區(qū))的污染源荷載進行評價，結果見圖2。礦山主要分布在渝西部的合川、北碚、重慶市城區(qū)、巴南、萬盛和榮昌等地區(qū)；工業(yè)污染源在全市范圍均有分布；危險廢物處置場主要分布在重慶市城區(qū)；垃圾填埋場在全市均有分布；加油站數(shù)量較多，分布在全市范圍內(nèi)。地下水污染源荷載高和較高的區(qū)域分布在渝西部的北碚、合川、長壽、璧山、渝北等區(qū)縣。

圖2 重慶市地下水污染源荷載評價分區(qū)

4.3 地下水功能價值

地下水富水性較好的區(qū)域為渝東北和渝東南地區(qū)，這一區(qū)域因為主要是碳酸鹽巖類巖溶水，地下水資源豐富；西部和中部是基巖裂隙水和松散巖類孔隙水，地下水資源貧乏。根據(jù)地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結果，重慶轄區(qū)的大部分地區(qū)的地下水水質(zhì)較好，包括碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水和渝東部中低山地貌的石灰?guī)r層地區(qū)，而城市、廠礦分布較多的部分地區(qū)(如重慶市中區(qū)、江北區(qū)和沙坪壩區(qū)等)水質(zhì)較差。利用式(4)，基于arcGIS平臺對兩者進行處理獲得地下水功能價值綜合指數(shù)并進行分級，結果見圖3。地下水功能價值高的區(qū)域位于渝東南和渝東北地區(qū)，渝西部的北碚、榮昌縣和銅梁縣的地下水功能價值較低。

4.4 地下水污染風險

根據(jù)式(5)，在arcGIS平臺上對圖1至圖3進行運算，結果見圖4。

地下水污染高風險區(qū)位于渝西部的重慶市城區(qū)、北碚和璧山縣等，以及渝東北部的城口和巫溪縣，面積為0.054萬km2，占研究區(qū)總面積的0.65%。重慶市城區(qū)、北碚和璧山等分布著碳酸鹽巖溶，地下水脆弱性高，且該區(qū)污染源荷載強，地下水價值功能較高，污染物極易隨著降水入滲到地下水中，地下水極易受到污染。

地下水污染較高風險區(qū)分布在渝東北和渝東南地區(qū)，面積約為1.05萬km2，占研究區(qū)總面積的12.70%。包括城口、巫溪、武隆、彭水、黔江、酉陽等區(qū)縣。雖然污染源荷載低，但上述區(qū)域為碳酸鹽巖溶分布區(qū)，保護層厚度較薄，表層巖溶帶發(fā)育強度較高，地下水功能價值較高，因此該區(qū)域為地下水污染較高風險區(qū)。

地下水污染中風險區(qū)分散在渝東北、渝東南和渝西南等地區(qū)，在渝東北和渝東南地區(qū)同地下水污染較高風險區(qū)相互交叉，在渝西部分散在重慶市城區(qū)西部、綦江和萬盛區(qū)的大部分區(qū)域。地下水污染中風險區(qū)面積約為1.74萬km2，占研究區(qū)總面積的21.10%。

地下水污染較低風險區(qū)分散在研究區(qū)的東北部和東南部，在地下水污染高和較高風險區(qū)中間隔分布，面積約為1.85萬km2，占研究區(qū)總面積的22.30%。巖性多以紅色黏土和礫巖形式存在，土地利用類型為耕地、林地，富水性不均，且距污染源較遠。

圖3 重慶市地下水功能價值評價分區(qū)

圖4 重慶市地下水污染風險分區(qū)

地下水污染低風險區(qū)集中在研究區(qū)的中部和西部，面積為3.57萬km2，占研究區(qū)總面積的43.25%。主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水，大多土地利用類型為林地，包氣帶過濾性強，且污染源較少。

5 對策建議

渝西部的重慶市城區(qū)、北碚和璧山縣等，以及渝東北部的城口和巫溪縣位于地下水污染高風險區(qū)，應加強地下水環(huán)境保護，防范地下水污染。

(1) 重慶市城區(qū)、北碚和璧山縣等污染源分布密集，工業(yè)污染源、加油站、垃圾填埋場等典型地下水污染源污染源荷載較高，應加強對上述污染源的地下水環(huán)境監(jiān)管，嚴格污水排放、防止有毒有害污染物跑冒滴漏，加強防滲措施；位于該區(qū)域的加油站應該及時更換雙層罐或建立防滲池，并進行防滲漏自動監(jiān)測。垃圾填埋場應完善防滲措施，建設雨污分流系統(tǒng)。

(2) 渝東北部的城口和巫溪縣，農(nóng)業(yè)、生活及工業(yè)污染源分布較少，由于土壤高度石漠化，保護性蓋層厚度較薄，阻隔污染物的能力弱，是污染風險較高的重要原因，因此要加強植樹造林和森林保護，促進石漠化地區(qū)植被恢復。重慶市將該地區(qū)規(guī)劃為生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)，引導轉(zhuǎn)移人口130萬，確保森林覆蓋率，將能有效防范該地區(qū)地下水污染風險，建議加快實施功能區(qū)實施方案。

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