華北平原典型地區(qū)地下水污染防治區(qū)劃探討*

王 東 劉偉江 井柳新 孫宏亮

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

華北平原位于重要的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域，地下水是華北平原重要飲用水水源和戰(zhàn)略資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，部分城市和工業(yè)企業(yè)周邊地下水污染呈惡化趨勢，嚴(yán)重威脅地下水飲用水水源安全[1]。地下水污染治理和修復(fù)難度大、成本高、周期長，形勢嚴(yán)峻[2]。因此，開展華北平原典型地區(qū)地下水污染防治工作非常必要和緊迫。

1 華北平原典型地區(qū)污染特點(diǎn)

1.1 水文地質(zhì)特征

以河北某市作為開展華北平原地下水污染防治區(qū)劃研究的典型地區(qū)。該市位于滹沱河沖洪積扇中上部，所選研究區(qū)的面積約2 100 km2，第四系孔隙地下水是其主要供水水源，由于地下水的超量開采，地下水位呈下降趨勢，埋深最大達(dá)40 m多，區(qū)域性地下水降落漏斗已擴(kuò)展至市區(qū)邊緣[3]。研究區(qū)含水層巖性以砂性土為主，透水性較強(qiáng)，易污染地下水，但隨著包氣帶增厚，對污染物運(yùn)移可起到一定阻隔和降解作用。

1.2 地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

研究區(qū)內(nèi)的主要地下水污染問題為“三氮”、重金屬和有機(jī)污染。

(1) “三氮”超標(biāo)率達(dá)58%，“三氮”污染的空間分布受水文地質(zhì)條件控制明顯，主要以區(qū)域分布的形式存在于包氣帶巖性顆粒較粗、利于地下水垂向補(bǔ)給的山前平原，且以硝態(tài)氮污染為主。

(2) 重金屬污染主要為鉛和六價(jià)鉻，檢出率較高，分別為17%、21%，但僅個(gè)別點(diǎn)超標(biāo)。其中，鉛檢出點(diǎn)基本上均勻出現(xiàn)在各個(gè)地區(qū)，只是在城區(qū)相對集中，其最大值為0.015 2 mg/L。

(3) 研究區(qū)內(nèi)有機(jī)污染較集中，主要分布在該市城區(qū)及其下游的欒城境內(nèi)沿洨河一線。檢出指標(biāo)達(dá)20余種，檢出率較高的為三氯甲烷、四氯乙烯、四氯化碳。超標(biāo)有機(jī)污染指標(biāo)5個(gè)(四氯化碳、苯、1，1，2-三氯乙烷、1，2-二氯丙烷和氯乙烯)，其中1，1，2-三氯乙烷超標(biāo)率高達(dá)37%。

1.3 主要風(fēng)險(xiǎn)源分析

化工、機(jī)械制造、紡織、印染、焦化、制藥是研究區(qū)的重要工業(yè)，區(qū)內(nèi)廣泛存在的旱井、滲坑、滲井和地表河渠排污對區(qū)內(nèi)地下水構(gòu)成直接威脅。由于歷史的原因，化肥廠、農(nóng)藥廠和垃圾填埋場建于滹沱河河灘地或地下水水源補(bǔ)給區(qū)，是地下水的潛在污染源，已構(gòu)成對地下水的威脅。

該市滹沱河水源地等4個(gè)地下水水源地目前水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但水源地一級、二級保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)共存在145個(gè)工業(yè)企業(yè)，對地下水飲用水水源環(huán)境安全造成威脅。

2 地下水污染防治區(qū)劃方法

地下水污染防治區(qū)劃工作的主要流程[4-8]包括：(1)確定評估范圍；(2)收集資料；(3)地下水污染源荷載、地下水脆弱性和地下水功能價(jià)值的指標(biāo)體系評價(jià)；(4)地下水污染現(xiàn)狀評估；(5)地下水污染防治區(qū)的劃分。

2.1 地下水污染源荷載

單一地下水污染源荷載指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi=T×L×Q

(1)

式中：Pi為第i類地下水污染源荷載指數(shù)；T、L、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所對應(yīng)等級的賦值，具體見文獻(xiàn)[9]。

地下水污染源荷載綜合指數(shù)(P)計(jì)算公式：

P=∑(Wi×Pi)

(2)

式中：P為地下水污染源荷載綜合指數(shù)，數(shù)值越大，表明地下水污染源荷載越強(qiáng)；Wi為第i類污染源類型的權(quán)重。

對地下水污染源荷載綜合指數(shù)進(jìn)行等間距分級，一般劃分成5級，按地下水污染源荷載由強(qiáng)到弱依次分為強(qiáng)、較強(qiáng)、中等、較弱、弱，在地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺下編輯得出地下水污染源荷載綜合分區(qū)圖。

2.2 地下水脆弱性

地下水脆弱性評價(jià)建議采用DRASTIC模型。DRASTIC模型由地下水位埋深、凈補(bǔ)給量、含水層厚度、土壤帶介質(zhì)、地形、包氣帶介質(zhì)類型和含水層滲透系數(shù)等7個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)組成。模型中每個(gè)指標(biāo)都分成幾個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段賦予評分。然后，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)對地下水脆弱性影響大小，計(jì)算相應(yīng)權(quán)重，最后通過加權(quán)求和，得到地下水脆弱性指數(shù)(D)。

2.3 地下水功能價(jià)值

在明確地下水使用功能的基礎(chǔ)上，地下水功能價(jià)值的計(jì)算綜合考慮兩個(gè)方面因素：地下水水質(zhì)和地下水富水性。不同的使用功能其地下水水質(zhì)和地下水富水性的評分標(biāo)準(zhǔn)也不同。計(jì)算公式如下：

V=VQ×VW

(3)

式中：V為地下水功能價(jià)值綜合指數(shù)；VQ、VW分別為地下水水質(zhì)、地下水富水性所對應(yīng)等級的賦值，具體見文獻(xiàn)[9]。

2.4 地下水污染現(xiàn)狀

地下水污染現(xiàn)狀評估是指在不同的地下水使用功能區(qū)內(nèi)評估人類活動產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)的程度。主要采用“三氮”、重金屬和有機(jī)污染物等有毒有害污染指標(biāo)，在扣除背景值的前提下進(jìn)行評估，直觀反映人為影響的污染狀況，根據(jù)評估指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)的程度進(jìn)行分區(qū)?；贕IS平臺，編制地下水污染現(xiàn)狀分區(qū)圖，主要反映地下水中“三氮”、重金屬和有機(jī)污染物在評估區(qū)的分布情況。

2.5 地下水污染防控值的計(jì)算

根據(jù)地下水污染源荷載、地下水脆弱性和地下水功能價(jià)值的評分結(jié)果，采用式(4)計(jì)算得出不同區(qū)域的地下水污染防控值(R)。地下水污染防控值一般采用等間距法劃分為高、中、低3個(gè)等級，在GIS平臺下編輯成圖。

R=P×D×V

(4)

3 華北平原典型地區(qū)地下水污染防治區(qū)劃

對研究區(qū)開展地下水污染防治區(qū)劃，基于GIS平臺，將該區(qū)劃分為保護(hù)區(qū)、治理區(qū)和防控區(qū)，并在一級防治區(qū)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行二級防治區(qū)劃。

3.1 地下水污染防治區(qū)劃原則

3.1.1 保護(hù)區(qū)

(1) 對于明確地下水飲用水水源、特殊使用功能區(qū)域，且地下水污染現(xiàn)狀評估結(jié)果是未超標(biāo)區(qū)，則評定為相關(guān)使用功能的保護(hù)區(qū)。

(2) 在已確定的地下水飲用水水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，二級防治區(qū)劃的劃分需按照《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 338—2007)確定的一級保護(hù)區(qū)、二級保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)保護(hù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)和分級。

(3) 在已確定的地下水特殊使用功能(一般指飲用礦泉水、地?zé)崴望}鹵水等)區(qū)域，二級防治區(qū)劃需疊加地下水污染防控值的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)地下水污染防控值確定優(yōu)先等級，一般劃為二級保護(hù)區(qū)(防控值高區(qū))和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)(防控值中或低區(qū))。

3.1.2 治理區(qū)、防控區(qū)

(1) 對于明確地下水飲用水水源、特殊使用功能區(qū)域，且地下水污染現(xiàn)狀評估結(jié)果為超標(biāo)區(qū)，并確定為人為污染，則評定為相關(guān)使用功能的治理區(qū)。

(2) 對于地下水飲用水水源和特殊使用功能的治理區(qū)范圍，一般劃分為兩級，即優(yōu)先治理區(qū)(已發(fā)生人為污染超標(biāo)的地下水飲用水水源功能區(qū))、重點(diǎn)治理區(qū)(已發(fā)生人為污染超標(biāo)的特殊使用功能區(qū))。

(3) 對于農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)以及其他不明確地下水使用功能區(qū)域，若地下水污染現(xiàn)狀評估結(jié)果為未超標(biāo)區(qū)，則一般認(rèn)定為防控區(qū)；若地下水污染現(xiàn)狀評估結(jié)果為超標(biāo)區(qū)，且確定為人為污染，則開展地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評估，如健康風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果未超過可接受健康風(fēng)險(xiǎn)水平，則一般認(rèn)定為防控區(qū)，如健康風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果超過可接受健康風(fēng)險(xiǎn)水平，則認(rèn)定為治理區(qū)。

(4) 在步驟(3)中劃分的防控區(qū)范圍內(nèi)，二級防治區(qū)劃需根據(jù)使用功能疊加地下水污染防控值的計(jì)算結(jié)果劃分。若為農(nóng)業(yè)用水區(qū)，其劃分為優(yōu)先防控區(qū)(防控值高區(qū))和重點(diǎn)防控區(qū)(防控值中或低區(qū))；若為工業(yè)及其他不明確使用功能區(qū)域，則劃分為重點(diǎn)防控區(qū)(防控值高區(qū))和一般防控區(qū)(防控值中或低區(qū))。

3.2 地下水污染防治區(qū)劃結(jié)果

采用地下水污染防治區(qū)劃方法，在地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與污染現(xiàn)狀評估的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究區(qū)淺層地下水污染一級和二級防治區(qū)劃，結(jié)果見圖1和表1。在區(qū)劃時(shí)，考慮了地下水的特殊功能價(jià)值分區(qū)，即結(jié)合地下水源地一級保護(hù)區(qū)、二級保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)進(jìn)行區(qū)劃。保護(hù)區(qū)、防控區(qū)、治理區(qū)面積分別為577.4、1 459.2、10.5 km2。

注：A～E為治理區(qū)編號。

表1 研究區(qū)淺層地下水污染二級防治區(qū)劃

從與污染分布關(guān)系來看，治理區(qū)主要分布在有機(jī)污染嚴(yán)重帶，說明有機(jī)污染物是主要治理目標(biāo)，主要的有機(jī)污染物是三氯甲烷。優(yōu)先防控區(qū)則主要分布在研究區(qū)的北部及西南角，這與重金屬的污染空間分布相類似，說明重金屬是防控區(qū)內(nèi)主要防控目標(biāo)，主要的重金屬指標(biāo)是鉛。

治理區(qū)A：為某水源地保護(hù)區(qū)的中污染區(qū)，二級防治區(qū)劃為優(yōu)先治理區(qū)。主要污染指標(biāo)為重金屬鉛，最大值為0.003 1 mg/L。

治理區(qū)B：為該市滹沱河水源地保護(hù)區(qū)的中污染和較重污染區(qū)，二級防治區(qū)劃為優(yōu)先治理區(qū)。該治理區(qū)北部主要污染為重金屬鉛，最大值為0.005 7 mg/L；南部主要污染為四氯化碳和鉛，其最大值分別為229.10、0.013 0 mg/L。根據(jù)調(diào)查到的污染源分布情況，推測北部受到紡織印染廠、電鍍廠及垃圾填埋場影響所致，南部則可能受包括該市制藥廠在內(nèi)的化工園區(qū)影響所致。

治理區(qū)C：東部為某水源地區(qū)保護(hù)區(qū)的中污染區(qū)，西部為該水源地保護(hù)區(qū)中的較重污染區(qū)，其相應(yīng)的二級防治區(qū)劃為優(yōu)先治理區(qū)。該治理區(qū)主要污染為三氯甲烷，最大值為0.73 mg/L。根據(jù)污染源分布情況，推測受某化肥廠影響所致。

治理區(qū)D：為某水源地區(qū)保護(hù)區(qū)的中污染區(qū)，其二級防治區(qū)劃為優(yōu)先治理區(qū)。主要污染為三氯甲烷，其最大值為16.70 mg/L。根據(jù)污染源分布情況，推測受生物制藥廠或垃圾填埋場影響所致。

治理區(qū)E：為洨河西南岸極重污染區(qū)，其二級防治區(qū)劃為優(yōu)先治理區(qū)。該治理區(qū)主要污染為三氯甲烷，其次為鉛，其最大值分別為18.60、0.003 7 mg/L。根據(jù)污染源分布情況，推測受附近的多個(gè)化工廠影響所致。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)內(nèi)的主要地下水污染問題為“三氮”污染、重金屬污染和有機(jī)污染。區(qū)域內(nèi)“三氮”超標(biāo)率達(dá)58%；重金屬污染主要為鉛和六價(jià)鉻；有機(jī)污染主要分布在該市城區(qū)及其下游的欒城境內(nèi)沿洨河一線，檢出指標(biāo)包括三氯甲烷、四氯乙烯、四氯化碳等20余種。

(2) 基于GIS平臺，綜合地下水污染源荷載、地下水脆弱性和地下水功能價(jià)值的指標(biāo)體系評價(jià)，結(jié)合地下水污染現(xiàn)狀，完成地下水污染防治區(qū)的劃分。將地下水污染防治區(qū)劃分為保護(hù)區(qū)、治理區(qū)和防控區(qū)。

(3) 對研究區(qū)淺層地下水污染進(jìn)行一級和二級防治區(qū)劃。保護(hù)區(qū)、防控區(qū)、治理區(qū)面積分別為577.4、1 459.2、10.5 km2。其中，一級保護(hù)區(qū)、二級保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)面積分別為263.4、248.4、65.5 km2；優(yōu)先、重點(diǎn)、一般防控區(qū)面積分別為0.2、1 386.4、72.6 km2；治理區(qū)均為優(yōu)先治理區(qū)。

[1] 王明玉.中國地下水污染有效防控探析[J].水資源管理，2012，27(4)：462-468.

[2] 王焰新.地下水污染與防治[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 孟素花.華北平原地下水脆弱性及污染防治區(qū)劃研究[D].石家莊：中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，2011.

[4] 黃振芳，劉昌明.基于博弈論綜合權(quán)重模糊優(yōu)選模型在地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的應(yīng)用[J].水文，2010，30(4)：13-17，35.

[5] 金愛芳，李廣賀，張旭.地下水污染風(fēng)險(xiǎn)源識別與分級方法[J].地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào))，2012，37(2)：247-252.

[6] 申利娜，李廣賀.地下水污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法研究[J].環(huán)境科學(xué)，2010，31(4)：918-923.

[7] 吳順澤，孫寧，盧然，等.重金屬污染綜合防治實(shí)施進(jìn)展與經(jīng)驗(yàn)分析[J].中國環(huán)境管理，2015(1)：21-28.

[8] 楊磊，黃敬軍，陸徐榮.地下水污染防治區(qū)劃研究[J].地質(zhì)學(xué)刊，2014，38(2)：298-301.

[9] 環(huán)境保護(hù)部.地下水污染防治區(qū)劃分工作指南(試行)[R].北京：環(huán)境保護(hù)部，2014.