農村飲用水水源地硝酸鹽污染特性研究

(1.臨沂君和環(huán)保科技有限公司，山東 臨沂 276000；2.山東君成環(huán)境檢測有限公司，山東 臨沂 276000)

在我國廣大農村地區(qū)，飲水安全是農村居民正常生活的基本保障，關系著農村居民的身體健康和社會穩(wěn)定。農村地區(qū)飲用水源地類型復雜且規(guī)模較小，按照供水規(guī)模，主要為日供水量小于1000t、服務人口小于1萬人(“千噸萬人”以下)的小型水源地，且大部分水源地分布在農村承包地或宅基地周圍。隨著化肥、農藥等大量使用，農業(yè)面源污染問題日益突出，嚴重影響著農民群眾的飲水安全[1]。農業(yè)面源污染形式以硝酸鹽污染最為突出。自20世紀初實現(xiàn)氮素化肥的人工合成以來，農田化肥施用量大幅增加。由于農作物種類和施肥技術不同，大部分氮肥經各種途徑進入水環(huán)境中，尤其是農田氮肥的徑流損失和淋溶損失，使得地下水中硝酸鹽含量過高[2-4]。目前對農村飲用水源地的保護工作較為薄弱，對硝酸鹽污染特性及影響方式的研究較少。開展農村飲用水水源地硝酸鹽污染特性研究，能夠針對水源地污染現(xiàn)狀采取科學有效的預防和保護措施，而且可以為新建水源地的選址提供技術指導，具有非常重要的意義。

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)，地下水源硝酸鹽濃度限值為20mg/L。本文以山東省臨沂市沂水縣作為研究區(qū)，對研究區(qū)內279個“千噸萬人”以下地下水型飲用水源地的硝酸鹽污染狀況進行了系統(tǒng)調查。調查結果顯示，有80個水源地硝酸鹽濃度超標，超標率為28.7%。為研究水源地硝酸鹽污染特性，本文從水源地取水深度、海拔高程、地形坡度等方面開展了系統(tǒng)研究。

1 硝酸鹽污染與取水深度關系

基于農業(yè)面源污染對地下水的影響方式，通常情況下認為農業(yè)面源污染對淺層地下水的影響大于深層地下水。根據(jù)研究區(qū)水文地質狀況，淺層地下水主要為風化裂隙水和松散層孔隙水。沂水縣大部分區(qū)域為低山丘陵區(qū)，風化層厚度一般在10～25m之間，賦存淺層風化裂隙水；沂河、沭河兩側為沖洪積平原區(qū)，第四系含水層厚度一般在5～10m，賦存第四系孔隙水。深層地下水主要為碳酸鹽巖溶裂隙水，水位埋深較大，分布不均勻[5]。研究區(qū)大部分農村飲用水水源地取水井深度小于300m，其中20m以下取水井數(shù)量較多，取水類型主要為沖洪積平原區(qū)第四系孔隙潛水和部分山地丘陵區(qū)出露的山澗泉水。

為探討研究區(qū)水源地取水深度與硝酸鹽濃度超標之間的關系，根據(jù)各水源地取水井深度分布狀況，對硝酸鹽超標水源地數(shù)量進行了分類統(tǒng)計，見表1。根據(jù)統(tǒng)計結果，硝酸鹽超標率隨著水源地取水井深度的增加而逐漸減小。

表1 水源地取水深度與硝酸鹽超標情況統(tǒng)計

為進一步研究超標水源地取水深度與硝酸鹽濃度之間的關系，對二者之間的相關性進行了統(tǒng)計分析，分析結果見圖1。

圖1 水源地取水深度與硝酸鹽濃度相關性分析

根據(jù)相關性分析，研究區(qū)水源地硝酸鹽超標率和超標程度均隨著井深的增加呈現(xiàn)出明顯減小趨勢，說明硝酸鹽污染對淺層地下水和深層地下水均產生了較大影響，且呈現(xiàn)出污染現(xiàn)象逐漸由淺層地下水向深層地下水擴散的趨勢。

2 硝酸鹽污染與海拔高程關系

為了研究農村飲用水源地硝酸鹽污染與海拔高程之間的關系，本文獲取了研究區(qū)地形DEM數(shù)據(jù)，并將各水源地地理位置定位于沂水縣地形圖上。研究區(qū)東南部沂河、沭河沖洪積平原區(qū)域海拔較低，縣域西部和北部為山地丘陵區(qū)，海拔較高。經統(tǒng)計，硝酸鹽濃度超標的水源地主要集中于海拔高程相對較低、地勢平坦的河道兩側沖洪積平原區(qū)域。

通過地理信息系統(tǒng)軟件，從研究區(qū)地形圖上對各水源地的海拔高程值進行了提取，根據(jù)統(tǒng)計結果，研究區(qū)各水源地海拔高程主要位于114～459m之間。為研究水源地海拔高程與硝酸鹽超標現(xiàn)象之間的聯(lián)系，本文根據(jù)水源地海拔高程分布情況，對水源地硝酸鹽污染狀況進行了分類統(tǒng)計和相關性分析，結果見表2和圖2。

表2 水源地海拔高程與硝酸鹽超標情況統(tǒng)計

圖2 水源地海拔高程與硝酸鹽濃度相關性分析

由表2可知，硝酸鹽超標率隨著海拔高程的增加呈現(xiàn)出明顯的減小趨勢，即海拔高程越高，水源地硝酸鹽超標概率越低。同樣，硝酸鹽濃度超標程度隨著海拔高程的增加也呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢，即海拔高程越高的區(qū)域，硝酸鹽超標程度相對越輕。水源地硝酸鹽超標現(xiàn)象與海拔高程之間存在明顯的相關性。

3 硝酸鹽污染與地形坡度關系

為研究水源地硝酸鹽污染問題與地形因素之間的關系，本文利用研究區(qū)地形DEM數(shù)據(jù)，通過地理信息系統(tǒng)軟件進行坡度分析，并將水源地地理位置與地形坡度圖進行了疊加，從地形坡度圖中可以看出大多數(shù)超標水源地位于坡度較小、地勢相對平坦的區(qū)域；而硝酸鹽濃度達標的水源地主要位于坡度較高的區(qū)域。

利用地理信息系統(tǒng)軟件，從地形坡度圖上對各水源地的坡度值進行了數(shù)據(jù)提取。結果顯示，279個水源地中，地形坡度最大值為13.32°，最小值為0.05°。為研究水源地地形坡度與硝酸鹽濃度超標之間的聯(lián)系，根據(jù)水源地地形坡度分布情況，對硝酸鹽污染狀況進行了分類統(tǒng)計和相關性分析，結果見表3和圖3。

表3 水源地地形坡度與硝酸鹽超標情況統(tǒng)計

圖3 水源地地形坡度與硝酸鹽濃度相關性分析

根據(jù)上述統(tǒng)計分析結果，研究區(qū)279個地下水水源地中，硝酸鹽超標率隨著地形坡度的增加呈逐漸降低趨勢，即地形坡度越大的區(qū)域，硝酸鹽超標率越低。同樣，水源地硝酸鹽濃度超標程度隨著地形坡度的增加也呈現(xiàn)出明顯的減小趨勢，即地形坡度越大的區(qū)域，水源地硝酸鹽超標程度相對越輕。水源地硝酸鹽超標現(xiàn)象與地形坡度之間表現(xiàn)出明顯的相關性。

4 污染形成原因分析

研究表明，農業(yè)面源污染主要是由于過量施用化肥，化肥殘留在土壤或經雨水淋濾后通過包氣帶進入地下水環(huán)境而引起的[6-7]。根據(jù)分析結果，從統(tǒng)計學角度，海拔高程越低、地形坡度越小的區(qū)域，水源地硝酸鹽濃度超標的概率越大，超標程度越重；海拔高程越高、地形坡度越大的區(qū)域，水源地硝酸鹽濃度超標的概率越小，超標程度越輕。這是由于在海拔較高、地形坡度較大的山地丘陵區(qū)，土壤相對貧瘠，農業(yè)生產活動相對落后，化肥等施用量相對較少，農田灌溉體系相對較落后，降雨是地下水的主要補給來源。而降雨后由于地形限制，雨水容易形成地表徑流，直接補給地下水的量較少，包氣帶及地下水中污染物的入滲速度、入滲量較小，因此，地下水受污染程度相對較低。

海拔較低、地形坡度較小的沖洪積平原區(qū)域，農業(yè)生產活動比較發(fā)達，農田化肥等施用量較大，且農田水利工程相對發(fā)達。平原地區(qū)農田灌溉和降雨是地下水的主要補給來源，在農田灌溉或降雨后，水分除部分蒸發(fā)和被植物吸收外，大部分滲入包氣帶或地下水中，化肥中所含的氮素組分會隨著地下水的入滲逐漸進入地下水環(huán)境，從而導致地下水中硝酸鹽污染狀況發(fā)生。因此，與海拔較高、地形坡度較大的山區(qū)相比，海拔較低、地形坡度較小的沖洪積平原區(qū)域地下水更易受到農業(yè)面源污染的影響。

另外，農業(yè)面源污染是由于長時間的積累形成的，地下水污染造成的水質型缺水，會進一步加劇人們對地下水的超采，使地下水漏斗面積不斷擴大，地下水水位大幅度下降；地下水位的下降又改變了原有的地下水動力條件，引起地面污水向地下水的倒灌，淺層污水不斷向深層流動，地下水污染向更深層發(fā)展，使得地下水污染程度不斷加重。研究表明，長期以來，農業(yè)面源污染對淺層地下水和深層地下水均產生了較大影響，且硝酸鹽污染逐漸由淺層地下水向深層地下水擴散。

5 結 語

加強對農村飲用水安全的保護已刻不容緩。在農村飲用水水源地污染防治方面，單純對取水口采取隔離措施已不能滿足環(huán)境保護需求。主管部門應加大對農業(yè)面源污染的防治力度，在區(qū)域范圍內，廣泛推廣使用測土配方施肥、施用緩釋肥等方法，優(yōu)化施肥方案，確定化肥合理用量，鼓勵施用有機肥，發(fā)展有機農業(yè)。在農田和水源之間建立生態(tài)緩沖帶或保護帶攔截農田流出的養(yǎng)分，防止養(yǎng)分直接流入水源[8]。

農村飲用水源地建設選址時，建議優(yōu)先選擇開發(fā)利用程度低、農業(yè)生產活動相對薄弱的山地丘陵區(qū)域，地下水開采類型應以深層水為主。并在取水井末端采取有效的水質凈化措施，保證居民用水安全。