深圳市淺層地下水環(huán)境狀況調(diào)查及保護(hù)對(duì)策

熊向隕，余 良，何偉彪，李 瑋，謝林伸,肖建軍

1.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 深圳 518049 2.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 深圳 518001 3.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

改革開(kāi)放以來(lái)，深圳市發(fā)展勢(shì)頭迅猛，已成為中國(guó)的信息之城和創(chuàng)新之都。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大和人口的快速增加，水資源問(wèn)題日益成為制約城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸。深圳市人均水資源不足全國(guó)的1/10，70%以上的供水靠市外東江引水，是全國(guó)七大嚴(yán)重缺水的城市之一[1-3]。地下水作為深圳市的抗旱應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源，是城市水資源的重要組成部分。此外，深圳市地表水氮磷污染問(wèn)題突出，部分河流水質(zhì)劣于地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，加劇水資源的供需矛盾[3]。需要指出的是深圳市淺層地下水和地表水水力聯(lián)系密切，相互影響頻繁，相關(guān)機(jī)構(gòu)在地表水環(huán)境治理過(guò)程中必須統(tǒng)籌考慮兩者的相關(guān)性和系統(tǒng)性[3-6]。自2013年以來(lái)，深圳市先后開(kāi)展了地下水環(huán)境背景調(diào)查、地下水利用區(qū)域環(huán)境狀況分析等工作，積累了良好的前期資料和調(diào)查基礎(chǔ)，為后續(xù)研究工作提供了良好的支撐條件。筆者利用調(diào)查及監(jiān)測(cè)的地下水?dāng)?shù)據(jù)評(píng)價(jià)深圳市淺層地下水環(huán)境質(zhì)量狀況，并在此基礎(chǔ)上提出地下水環(huán)境保護(hù)對(duì)策，為深圳市淺層地下水環(huán)境質(zhì)量的提升提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)及分析方法

1.1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

深圳市水文地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，全市地下水含水層可分為松散巖類孔隙含水層，基巖裂隙含水層(層狀、塊狀和紅層裂隙含水層)及碳酸鹽類裂隙溶洞含水層。深圳市域地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水及地表水入滲，一部分地下水由高山或丘陵區(qū)向河谷盆地、山前平原、海灣流動(dòng)，最終流入大海或河流，一部分通過(guò)人工開(kāi)采和蒸發(fā)排泄。全市地下水總儲(chǔ)存量約為10.34億m3，其中第四系孔隙水儲(chǔ)存量約為3.38億m3，基巖裂隙水儲(chǔ)存量約為1.86億m3，巖溶水儲(chǔ)存量約為5.10億m3。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況

該研究在全市共布設(shè)209口監(jiān)測(cè)井進(jìn)行采樣分析，其中在深圳市福田區(qū)、羅湖區(qū)、鹽田區(qū)等共布設(shè)44口監(jiān)測(cè)井，在東部的龍崗區(qū)、坪山區(qū)、大鵬半島共布設(shè)68口監(jiān)測(cè)井，在中西部的龍華區(qū)和寶安區(qū)等共布設(shè)97口監(jiān)測(cè)井。于2016年1—4月開(kāi)展一次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及采樣統(tǒng)測(cè)，樣品均為淺層地下水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)資料，深圳市目前除個(gè)別井仍有零散開(kāi)采作為生活雜用水來(lái)源外，絕大多數(shù)地下水井已停采，不再具有使用功能。

1.3 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—1993)對(duì)地下水進(jìn)行水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)因子包括20項(xiàng)：pH、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、六價(jià)鉻、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物和大腸菌群等。評(píng)價(jià)方法采用單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)法[7-9]。

1)單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)法：地下水質(zhì)量單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)，按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—1993)所列分類指標(biāo)，劃分為五大類，代號(hào)與類別代號(hào)相同，不同類別標(biāo)準(zhǔn)值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣。

2)綜合評(píng)價(jià)法：在單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上，按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB/T 14848—1993) 中的綜合評(píng)價(jià)方法。

(1)

(2)

根據(jù)F值，按表2規(guī)定劃分地下水質(zhì)量級(jí)別，再將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)類別注在級(jí)別定名之后。

表1 各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值FiTable 1 Single component values Fi

表2 地下水質(zhì)量級(jí)別Table 2 Classification of the ground water quality

1.4 地下水污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

地下水污染評(píng)價(jià)選取高錳酸鹽指數(shù)、氟化物、氰化物、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)性酚類、陰離子合成洗滌劑、汞、六價(jià)鉻、鐵、錳、鋅、銅、砷、硒、鎘、鉛、鉬、鋇、鈷、鎳、鈹、碘化物等24項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—1993)中的Ⅲ級(jí)水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

I=C/C0

(3)

(4)

表3 地下水污染級(jí)別分類表Table 3 Classification of the ground water pollution level

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)法表明，深圳市淺層地下水水質(zhì)普遍為《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)。209口監(jiān)測(cè)井中，6.7%水質(zhì)屬地下水Ⅳ類水質(zhì)，93.3%屬地下水Ⅴ類水質(zhì)。地下水水質(zhì)指標(biāo)超Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的有pH、錳、氨氮、揮發(fā)性酚類等。總大腸菌群超標(biāo)最為嚴(yán)重，超標(biāo)率為90.0%，其次為細(xì)菌總數(shù)和氨氮，為65.6%和43.1%，pH、錳和亞硝酸鹽氮超標(biāo)率分別為39.7%、34.9%和32.5%，其余各組分超標(biāo)率小于30%。綜上所述，總大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)、“三氮”污染物、pH和錳等組分的超標(biāo)是影響深圳市淺層地下水質(zhì)量的主要因素。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，全市淺層地下水各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水質(zhì)量介于良好～極差級(jí)別，大部分為較差(表4)。地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水樣水質(zhì)屬良好、較好、極差級(jí)別占比分別為4.7%、1.9%和6.7%，其余86.6%的點(diǎn)位水質(zhì)均屬較差級(jí)別。大鵬新區(qū)地下水水質(zhì)優(yōu)于其他區(qū)域，綜合評(píng)分值為2.13～7.14，并且未出現(xiàn)水質(zhì)極差水樣；羅湖區(qū)、南山區(qū)和鹽田區(qū)的采樣點(diǎn)水質(zhì)均未出現(xiàn)優(yōu)良、良好和較好級(jí)別。

表4 深圳市地下水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)Table 4 Comprehensive evaluation of the ground water quality in Shenzhen

2.2 地下水污染評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，全市各區(qū)域淺層地下水均遭受不同程度污染(表5)。209個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，未受污染、Ⅱ級(jí)污染、Ⅲ級(jí)污染點(diǎn)位占比分別為23.9%、25.8%、16.8%。同其他區(qū)域相比，大鵬新區(qū)地下水受污染程度最低，未受污染率為56.2%；羅湖區(qū)和鹽田區(qū)地下水均受到污染，其中Ⅳ級(jí)污染水樣分別占12.5%和27.3%；寶安區(qū)地下水的Ⅳ級(jí)污染水樣占51.9%，明顯高于其他區(qū)域。

深圳市淺層地下水污染主要來(lái)源于工業(yè)廢物排放、生活排污等人類活動(dòng)，水井周邊區(qū)域的城市工業(yè)廢水和生活污水通過(guò)地表徑流下滲補(bǔ)給地下水，同時(shí)固體垃圾廢棄物在大氣降水的淋濾作用下形成滲濾液也會(huì)對(duì)地下水造成污染，主要體現(xiàn)在局部監(jiān)測(cè)點(diǎn)位氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總大腸菌群和細(xì)菌總數(shù)結(jié)果偏高；受地質(zhì)背景影響，部分地層中所含的鐵、錳含量較高，錳、鐵污染物可能主要源自地下水對(duì)巖土的溶濾作用；部分地區(qū)的地下水pH呈酸性，是由于酸性降水通過(guò)包氣帶下滲到含水層所致。

表5 深圳市地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果匯總Table 5 Summary of the evaluation results of the ground water quality in Shenzhen

2.3 深圳市淺層地下水污染成因

2.3.1 自然原因

地下水污染主要取決于地表人類活動(dòng)導(dǎo)致的污染物排放，而包氣帶的“防污性能”對(duì)于地下水水質(zhì)也具有至關(guān)重要的作用。以深圳市為例，根據(jù)2013年以來(lái)開(kāi)展的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，深圳市包氣帶介質(zhì)以中風(fēng)化裂隙介質(zhì)為主，其具有較好的滲透性能，防污性能較低；而深圳市地表水系發(fā)達(dá)，淺層地下水埋深普遍小于5 m，河水-地下水交互頻繁，受污染地表水體很容易導(dǎo)致地下水污染。

2.3.2 人為原因

隨著深圳市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的快速增加，城市工業(yè)排放的廢水、廢物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化肥農(nóng)藥的施用以及城市居民生活產(chǎn)生的垃圾、污水等，為深圳市地下水污染創(chuàng)造了條件。

深圳市工業(yè)化程度高，而在工業(yè)企業(yè)的排放廢水中含有化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、石油類、氰化物和重金屬等污染物。據(jù)2017年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全市工業(yè)企業(yè)廢水排放量為7 954.01萬(wàn)t，其中氨氮排放量為322.09 t，COD排放量為3 558.41 t，總磷排放量為35.02 t，石油類排放量為4.85 t。工業(yè)廢水在不當(dāng)處理?xiàng)l件下很容易對(duì)地表水、土壤和地下水造成污染。另外，2017年深圳市一般工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量為113.70萬(wàn)t，危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生量為51.50萬(wàn)t，一旦處理不當(dāng)這些工業(yè)廢物中的有毒有害組分可隨滲濾液通過(guò)包氣帶下滲，嚴(yán)重污染地下水體。

人口快速增長(zhǎng)給深圳帶來(lái)的環(huán)境壓力不容忽視。目前深圳市常住人口約為1 245.27萬(wàn)，主要聚集在深圳北部的寶安區(qū)、龍崗區(qū)和龍華區(qū)。據(jù)2017年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全市生活污水排放量為111 049.87 t，氨氮排放量為8 704.03 t，COD排放量為88 467.49 t。大量排放生活污水中的有機(jī)物、氨氮和細(xì)菌等污染物會(huì)引起地下水水質(zhì)超標(biāo)。此外，一些居民區(qū)存在生活垃圾堆存現(xiàn)象，在生物降解和降水淋濾的作用下可直接或間接對(duì)地下水造成污染[10]。

農(nóng)業(yè)面源對(duì)深圳市地下水的污染也不能忽視。20世紀(jì)90年代，深圳有近60 km2的農(nóng)業(yè)耕地，為當(dāng)?shù)睾拖愀厶貏e行政區(qū)提供豐富的農(nóng)副產(chǎn)品。然而隨著城市化進(jìn)程的加快，深圳市在2011年已經(jīng)成為中國(guó)首個(gè)“無(wú)農(nóng)業(yè)”城市，但是依然擁有農(nóng)業(yè)用地245 km2，這些農(nóng)業(yè)用地由基本農(nóng)田、普通耕地和園地組成，主要分布在大鵬、寶安等區(qū)域。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中普遍向土壤施入氮肥，在灌水及降雨作用下其殘留成分可經(jīng)土壤淋溶進(jìn)入地下水體，加劇“三氮”污染物的富集。

2.4 深圳市淺層地下水保護(hù)建議

目前深圳市淺層地下水環(huán)境質(zhì)量狀況不容樂(lè)觀，需要從管理和技術(shù)等方面采取針對(duì)性的措施進(jìn)行有效保護(hù)和改善，確保社會(huì)、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)展。

1)明確相關(guān)部門目標(biāo)責(zé)任，制定并完善地下水環(huán)境保護(hù)政策。明確深圳市政府和各區(qū)政府等相關(guān)機(jī)構(gòu)的地下水管理目標(biāo)責(zé)任，據(jù)此安排和落實(shí)各項(xiàng)地下水管理和保護(hù)政策；整合環(huán)境保護(hù)、國(guó)土資源、水務(wù)及地質(zhì)等部門的監(jiān)管資源，建立聯(lián)合管控體系以及地下水資料數(shù)據(jù)信息共享共用機(jī)制。

2)加強(qiáng)污染源的治理和防控，阻斷污染途徑。加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)、高爾夫球場(chǎng)、加油場(chǎng)站等重點(diǎn)污染源地下水污染防控，強(qiáng)制存在重大地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的企業(yè)建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控措施和購(gòu)買環(huán)境污染責(zé)任險(xiǎn)，并加大其“三同時(shí)”制度執(zhí)行力度。對(duì)電鍍、印染、印制線路板制造等重點(diǎn)行業(yè)廢水進(jìn)行有效處理，達(dá)到利用標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行循環(huán)使用，降低污染物排放量。加強(qiáng)深圳市生活垃圾、工業(yè)廢物的堆存和處置管理工作，建立雨季應(yīng)急管理機(jī)制，嚴(yán)防滲漏液污染地下水。在深圳市農(nóng)業(yè)地推廣科學(xué)性施肥，實(shí)現(xiàn)化肥的減量提效和有機(jī)肥的資源利用。

3)推進(jìn)地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作，建立地下水污染預(yù)警體系。夯實(shí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)，統(tǒng)籌管理分屬多部門的地下水監(jiān)測(cè)井，在羅湖、福田等人口密集區(qū)以及寶安、龍崗等工業(yè)集聚區(qū)增加地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，建立地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌掌握地下水水質(zhì)、水量和地下水環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)，為地下水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建地下水環(huán)境演變趨勢(shì)分析與預(yù)警體系，以地下水環(huán)境管理、預(yù)警和應(yīng)急為目標(biāo)，實(shí)施長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)及預(yù)警體系研究和系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)。

4)加強(qiáng)地下水污染控制修復(fù)技術(shù)攻關(guān)。選擇垃圾填埋場(chǎng)、加油場(chǎng)站等環(huán)境敏感區(qū)域開(kāi)展地下水污染修復(fù)試點(diǎn)工作，結(jié)合深圳市河流和土壤污染現(xiàn)狀開(kāi)展相關(guān)課題研究，評(píng)估地表水污染、土壤污染對(duì)地下水環(huán)境的影響。吸引民資投入相關(guān)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。開(kāi)展深圳市地下水污染狀況專項(xiàng)調(diào)查，識(shí)別主要污染物質(zhì)和污染途徑，在此基礎(chǔ)上實(shí)施地下水污染修復(fù)試點(diǎn)工作。

5)加強(qiáng)地下水集中開(kāi)采區(qū)管理及水資源調(diào)蓄。對(duì)葵涌、坪地和龍城街道等地下水集中式供水開(kāi)發(fā)區(qū)，開(kāi)展地下水備用水源地地下水環(huán)境狀況專項(xiàng)調(diào)查，了解地下水備用水源地的環(huán)境現(xiàn)狀，制定針對(duì)性開(kāi)發(fā)保護(hù)政策。針對(duì)深圳市年內(nèi)降水分布時(shí)間不均衡問(wèn)題，研究建立水庫(kù)與地下水協(xié)調(diào)供水機(jī)制，以年際、年內(nèi)的不均勻降水量按需求均衡供水，實(shí)現(xiàn)以豐補(bǔ)欠。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明深圳市納入監(jiān)測(cè)點(diǎn)位淺層地下水以Ⅳ類和Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)為主，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)介于良好～極差級(jí)別，大部分為較差級(jí)別。綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明深圳市淺層地下水在一定程度上受到污染，主要污染物為“三氮”、總大腸菌群和細(xì)菌總數(shù)。由此可見(jiàn)深圳市淺層地下水環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀、亟待重視，需要從管理和技術(shù)等方面采取措施改善地下水質(zhì)量。