美國的地下水水質(zhì)監(jiān)測

莫未民

經(jīng)過近30年的地下水監(jiān)測，美國聯(lián)邦政府最重要的科學機構(gòu)“地球”已經(jīng)收集到足夠多的數(shù)據(jù)，以確定該國較大含水層的受到長期污染趨勢。

經(jīng)過監(jiān)測研究，美國地質(zhì)勘探局在地下水方面發(fā)現(xiàn)兩個趨勢，即氯化物和鈉的濃度在全國范圍內(nèi)逐年攀升，而在加利福尼亞州和佐治亞州南部的農(nóng)場地區(qū)，硝酸鹽的含量有所增加。

美國國會于1991年命令科學機構(gòu)“地球”追蹤地下水水質(zhì)的長期變化，這是有充分理由的。今天，該國約有1.55億人使用地下水作為飲用水。超這個數(shù)字的四分之一，大約4200萬人，使用的家族水井缺乏監(jiān)管。

根據(jù)負責監(jiān)測計劃的布魯斯·林賽的說法，美國沒有可以進行比較的長期國家地下水質(zhì)量評估結(jié)果，因此美國的地下水長期監(jiān)測具有歷史意義。但是該水質(zhì)監(jiān)測項目具有局限性。首先，它追蹤研究的污染物種類只有25種，相對較少，包括殺蟲劑、重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)和揮發(fā)性有機物。新的化學品，例如有毒的PFAS（全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)）化合物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在于數(shù)百萬美國人的飲用水中，這引起了國會的注意，這樣重要的物質(zhì)卻不包括在監(jiān)測的范圍之內(nèi)。其次，監(jiān)測項目旨在泛泛了解該國比較大、比較重要的含水層污染情況，這些含水層多是大量用于灌溉和飲用水的含水層。美國的地下水質(zhì)監(jiān)測項目，就像一個使用了廣角的相機，捕捉到了一個大的圖景，但是具體的細節(jié)信息卻沒有捕捉到，其實，地下水的一些局部變化也非常重要。

其他研究人員正在收集更多證據(jù)，以證明一些別的站點可能會對地下水造成污染，例如垃圾堆、工廠、干洗店、地下儲油罐、軍事基地、機場等。由于這些站點的規(guī)模比較小，并沒有納入地下水監(jiān)管體系，但這些站點可能對家庭水井、市政和農(nóng)民使用的水井造成污染。

最近，一個非營利性組織發(fā)布的一份報告表明，該組織對265個煤灰坑進行了研究，超過90%的煤灰坑污染了附近的地下水，其中至少有一種化學品高于聯(lián)邦飲用水標準。與此同時，美國國防部有401個軍事基地，軍方官員懷疑其PFAS化合物被釋放到地下水中。

2013年，美國國家科學院對存在地下水污染的站點進行了更廣泛的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)全國有超過12.6萬個站點的地下水需要清理。這些站點中大約10%的地下水污染范圍廣，地下水污染的治理在地質(zhì)和技術(shù)上都具有挑戰(zhàn)性，恢復時間可能需要一個世紀。報告的主筆人馬歇爾·卡瓦認為，地下水污染的站點數(shù)量沒有大幅減少。

評估地下水的三個問題

美國地質(zhì)勘探局地下水評估中的25種污染物之所以被選中，是因為它們在國家或地區(qū)的水平具有吸引力：至少有1%數(shù)量的飲用水井的樣本數(shù)據(jù)超過了聯(lián)邦健康標準，其問題可能是在地下水中檢測到的五種農(nóng)藥，或者是檢測到有揮發(fā)性有機化合物。

評估地下水的三個問題是：國家地下水的質(zhì)量如何？哪些因素會影響地下水水質(zhì)？水質(zhì)變得更好還是更差？

“我相信我們可以很好地回答第一個問題。”林賽說。第一個問題是個“狀態(tài)”問題，即美國的國家地下水的水質(zhì)到底是好還是壞，這是第一個問題的含義，即單個時間點的水污染測量。地方、州和聯(lián)邦機構(gòu)都有著自己的地下水網(wǎng)絡。這些地方上的地下水網(wǎng)絡與國家級網(wǎng)絡相聯(lián)，但是，地方地下水和國家級地下水網(wǎng)絡的聯(lián)通是一個緩慢的過程。

對于影響地下水水質(zhì)的因素，哥倫比亞大學的研究人員可以回答這個問題，林賽補充道。例如，用于冬季城市道路除冰的鹽會增加地下水中氯化物的含量，而硝酸鹽污染主要是集約化耕作造成的。

林賽表示，從政策角度來看最重要的問題是第三個問題，“最難回答水質(zhì)是變好了還是變差了?！?/p>

如何發(fā)現(xiàn)趨勢

美國地質(zhì)勘探局設立了國家水質(zhì)評估項目來回答這個問題，但到目前為止，國家水質(zhì)評估項目只能提供部分答案。林賽解釋說，該項目提供了地下水水質(zhì)的一個“快照”。這里有一瞥，十年之后同一個地方又有一瞥。兩輪抽簽取樣已經(jīng)完成，第三輪正在進行中。

回答趨勢問題的能力，就是回答地下水水質(zhì)到底是在變好還是在變壞，將會在下一輪抽簽取樣后大幅改善。

林賽提供的一個例子是波托馬克河流域。第二次采樣顯示了地下水中溶解的礦物質(zhì)和鹽達到了峰值，但第三次采樣的結(jié)果卻顯示地下水中溶解的礦物質(zhì)和鹽大幅下降。不同之處在于，第二次采樣是在干旱期間采集的，這會增加地下水中鹽的濃度。

“通過三次測量，我們才可以說某處的地下水質(zhì)變化具有某種趨勢，而不只是改變?！绷仲惤忉尩馈?/p>

1988年至2001年期間，從5000多口井中抽取了第一批樣本，以便建立狀態(tài)問題的基線數(shù)據(jù)。從那時起，資金不足一直是維持該計劃的障礙。采樣的井和網(wǎng)絡數(shù)量從第一個周期的5000多口井減少到第二個周期的僅1500口井。減少的原因還在于采用了更先進的統(tǒng)計方法，所需要井的數(shù)量減少了。

到目前為止，只有14個網(wǎng)絡和355口井在這三個時期都被采樣。

“我們希望每年對每個網(wǎng)絡進行采樣，但這將超出我們的承受能力?！绷仲愓f。

到目前為止，林賽看到監(jiān)測網(wǎng)絡中地下水水質(zhì)的變化很小。他說，這并不奇怪。網(wǎng)絡中的許多井都足夠深，地表的污染需要數(shù)年時間才能滲透到井水的深度。

“令人驚訝的是，我們只看到一個網(wǎng)絡發(fā)生了很大變化?！彼f，三個采樣期唯一非常大的變化是加利福尼亞州中央谷的硝酸鹽增加，中央谷是該州農(nóng)業(yè)的中心，也是地下水硝酸鹽污染長期受到關(guān)注的地區(qū)。