基于玫瑰花圖裂隙法對(duì)飲用天然礦泉水衛(wèi)生防護(hù)區(qū)設(shè)定的探索
——以濟(jì)南某飲用天然礦泉水為例

劉傳娥，遲乃杰，高文鋒

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013；3.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，天然礦泉水作為含有鍶、偏硅酸等多種有益微量元素的飲用水，成為人們改變飲用水質(zhì)量的首選對(duì)象[1-4]。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，受訪者中喜歡礦泉水的人占49%。相關(guān)資料顯示，中國(guó)礦泉水消費(fèi)量以近20%的速度增長(zhǎng)[5-11]。但由于部分礦泉水井衛(wèi)生防護(hù)區(qū)設(shè)置的不合理，礦泉水水源地沒有得到有效保護(hù)，使礦泉水水質(zhì)受到不同程度的污染，加上當(dāng)?shù)厝济毫砍掷m(xù)增長(zhǎng)，礦泉水水質(zhì)污染程度加劇[7]，水質(zhì)變差成為影響人們健康生活的重要制約因素，解決礦泉水水質(zhì)污染，科學(xué)合理劃定飲用天然礦泉水衛(wèi)生防護(hù)區(qū)變得至關(guān)重要。

1 礦泉水井概況及其水文地質(zhì)背景

濟(jì)南某飲用天然礦泉水井位于山東省濟(jì)南市歷城區(qū)西營(yíng)鎮(zhèn)北3km處，丘陵地形的山坡下部與近SN向山間谷底的東部邊緣帶上。礦泉水井成井于1992年，井深150m，開孔口徑377mm，8～73m孔徑273mm，73m以下孔徑219mm，至終孔。上部為ф325mm螺旋鋼管護(hù)壁，水泥砂漿止水。

該礦泉水地下水類型屬碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙水，主要賦存于寒武紀(jì)長(zhǎng)清群饅頭組灰?guī)r及薄層狀灰?guī)r破碎形成的裂隙中。礦區(qū)范圍內(nèi)，主要出露寒武紀(jì)長(zhǎng)清群饅頭組灰?guī)r和第四紀(jì)砂礫層，第四系沿山間溝谷兩側(cè)分布，厚度較小，富水性中等。寒武紀(jì)石灰?guī)r厚度較大，部分巖溶裂隙發(fā)育，富水性好，為礦泉水井的取水層位。礦泉水井西側(cè)為東塢斷裂與一小型NE向斷裂交會(huì)處(圖1、圖2)。

1—三山子組a段；2—三山子組c段；3—炒米店組；4—崮山組；5—張夏組上灰?guī)r段；6—張夏組下灰?guī)r段；7—饅頭組上頁(yè)巖段；8—饅頭組下頁(yè)巖段；9—饅頭組石店段；10—朱砂洞組丁家莊段；11—前寒武紀(jì)變質(zhì)基底；12—斷層及推測(cè)斷層界線；13—地下水流向；14—剖面線；15—礦區(qū)范圍圖1 礦泉水井附近地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1—三山子組a段；2—三山子組c段；3—炒米店組；4—崮山組；5—張夏組上灰?guī)r段；6—張夏組下灰?guī)r段；7—饅頭組上頁(yè)巖段；8—饅頭組下頁(yè)巖段；9—饅頭組石店段；10—地下水水位線；11—斷層圖2 水文地質(zhì)剖面示意圖

該礦泉水井南部石灰?guī)r出露地表，地下水直接接受大氣降水補(bǔ)給或地表河水入滲補(bǔ)給。主要排泄途徑是人工開采。

經(jīng)水質(zhì)分析，該礦泉水鍶含量0.39～0.502mg/L，偏硅酸含量15.5～17.22mg/L，屬于鍶達(dá)標(biāo)的飲用天然礦泉水。該礦泉水一方面供村民生活用水，一方面進(jìn)行商業(yè)開發(fā)，年均總開采量2萬(wàn)m3左右。

2 礦泉水井原衛(wèi)生防護(hù)區(qū)的設(shè)定及保護(hù)現(xiàn)狀

該礦泉水井設(shè)立礦權(quán)之初，按照相應(yīng)規(guī)范要求，設(shè)立了一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)保護(hù)區(qū)(圖3)。一級(jí)保護(hù)區(qū)，以礦泉水井為中心，30m范圍內(nèi)的耕地，應(yīng)禁止種植和使用；二級(jí)保護(hù)區(qū)，礦泉水井周圍150m的范圍內(nèi)，為防止面狀污染，在種植田內(nèi)，應(yīng)禁止使用化肥、農(nóng)藥；三級(jí)保護(hù)區(qū)，礦泉水井附近不準(zhǔn)新建居民點(diǎn)，以保護(hù)好水井附近的地質(zhì)環(huán)境。

1—一級(jí)保護(hù)區(qū)；2—二級(jí)保護(hù)區(qū)；3—三級(jí)保護(hù)區(qū)；4—礦泉水井；5—地下水流向；6—礦權(quán)范圍圖3 礦泉水井原衛(wèi)生防護(hù)區(qū)設(shè)置示意圖

該礦泉水在多年開采過程中，對(duì)水井及其各防護(hù)區(qū)的保護(hù)措施落實(shí)良好，區(qū)內(nèi)未建設(shè)與礦泉水引水無關(guān)的建筑物，水井外圍建有水井房，房屋配備有鑰匙，并有專人管理。取水泵房周邊主要種植有綠化樹木，其他無關(guān)的工作人員嚴(yán)禁隨意進(jìn)出泵房所在的保護(hù)區(qū)內(nèi)。

3 礦泉水井衛(wèi)生防護(hù)區(qū)重新設(shè)定建議

濟(jì)南某飲用天然礦泉水井雖按原衛(wèi)生防護(hù)區(qū)進(jìn)行了相應(yīng)防護(hù)，但礦泉水水質(zhì)惡化，導(dǎo)致水化學(xué)類型發(fā)生了變化，這說明原衛(wèi)生防護(hù)區(qū)設(shè)置存在局限和不足。

該礦泉水井原一二級(jí)防護(hù)區(qū)的設(shè)定于1993年，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件等的限制，單純參照相關(guān)規(guī)范以取水井為圓心，以30m,150m為半徑劃定同心圓。此劃定方法沒有考慮地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水補(bǔ)徑排條件等。

該礦泉水產(chǎn)于寒武紀(jì)破碎石灰?guī)r巖溶裂隙及構(gòu)造裂隙中，具潛水—承壓水特征，從水源保護(hù)角度，該衛(wèi)生防護(hù)區(qū)的設(shè)置除應(yīng)依據(jù)規(guī)范方法設(shè)立保護(hù)區(qū)外，作為巖溶飲用水水源來說，還應(yīng)該考慮裂隙介質(zhì)的各項(xiàng)異性及其發(fā)育特征，優(yōu)化保護(hù)區(qū)設(shè)置，以便精準(zhǔn)保護(hù)。

為客觀反映濟(jì)南某礦泉水地下水賦存條件及其補(bǔ)給、徑流條件，對(duì)緊鄰礦泉水井的基巖露頭區(qū)(照片1、照片2)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)繪，對(duì)典型區(qū)域巖石節(jié)理裂隙發(fā)育情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)，并繪制節(jié)理裂隙發(fā)育走向玫瑰花圖(圖4)。

表1 濟(jì)南某飲用天然礦泉水多年水質(zhì)對(duì)比

表2 濟(jì)南某飲用天然礦泉水井附近節(jié)理裂隙走向統(tǒng)計(jì)

照片1 節(jié)理裂隙走向1

照片2 節(jié)理裂隙走向2

區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育走向以NW向?yàn)橹鳎碛蠳E向與之共軛發(fā)育，二者比例平均約為2.1/1。二者共同主導(dǎo)了區(qū)內(nèi)巖溶裂隙網(wǎng)絡(luò)型蓄水單元。

NNE向節(jié)理裂隙為區(qū)內(nèi)主控導(dǎo)水構(gòu)造，為區(qū)內(nèi)主要巖溶裂隙水補(bǔ)給徑流通道，這一現(xiàn)象與區(qū)內(nèi)地下水流向基本吻合。

參照環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ338—2018)巖溶裂隙網(wǎng)絡(luò)型巖溶水水源地保護(hù)區(qū)劃定方法，以該礦泉水井原一、二級(jí)保護(hù)區(qū)計(jì)算結(jié)果為半徑，劃定等效一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍及邊界，再根據(jù)區(qū)內(nèi)巖溶裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育特征，進(jìn)行修正，最后以修正后范圍作為保護(hù)區(qū)范圍。

根據(jù)區(qū)域節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照長(zhǎng)軸半徑/短軸半徑=2.1/1的比例，按規(guī)范要求的最短距離圈劃?rùn)E圓，其長(zhǎng)軸方向?yàn)镹W—SE向，依據(jù)地下水“向源”保護(hù)原則，沿此方向(水源上游方向)平移1/3長(zhǎng)軸距，以此作為修正后的保護(hù)區(qū)范圍。

圖4 節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖

4 礦泉水井衛(wèi)生防護(hù)區(qū)重新設(shè)定的探索做法

4.1 一級(jí)保護(hù)區(qū)

按規(guī)范要求，一級(jí)保護(hù)區(qū)邊界依據(jù)水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，距離取水點(diǎn)最少為30～50m半徑。該文圈定保護(hù)區(qū)的方法，按照長(zhǎng)軸半徑/短軸半徑=2.1/1的比例，圈劃距離井口最短距離不小于30m的橢圓，其長(zhǎng)軸方向?yàn)镹W—SE向，并沿此方向(水源上游方向)平移1/3長(zhǎng)軸距，修正一級(jí)保護(hù)區(qū)(圖5)。

1—礦泉水井；2—等效一級(jí)保護(hù)區(qū)；3—修正一級(jí)保護(hù)區(qū)圖5 一級(jí)保護(hù)區(qū)修正范圍示意圖

4.2 二級(jí)保護(hù)區(qū)

按照相應(yīng)規(guī)范，產(chǎn)于巖溶含水層的天然礦泉水水源，保護(hù)區(qū)邊界距離一級(jí)保護(hù)區(qū)邊界不小于100m。該文對(duì)二級(jí)保護(hù)區(qū)進(jìn)行一定修正，修正過程同一級(jí)保護(hù)區(qū)。最后以經(jīng)修正后的范圍確定為二級(jí)保護(hù)區(qū)，已便精準(zhǔn)保護(hù)(圖6)。

1—礦泉水井；2—等效二級(jí)保護(hù)區(qū)；3—修正二級(jí)級(jí)保護(hù)區(qū)；4—修正一級(jí)保護(hù)區(qū)圖6 二級(jí)保護(hù)區(qū)修正范圍示意圖

4.3 三級(jí)保護(hù)區(qū)

三級(jí)保護(hù)區(qū)的劃定，以水源免受污染為基本原則，除將水源補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)一并劃為三級(jí)保護(hù)區(qū)范圍外，該文還以水源地所處小區(qū)域相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)小單元為三級(jí)保護(hù)區(qū)邊界：西側(cè)以東塢斷裂為界，南、北、東3個(gè)方向主要以地表分水嶺為界，劃定面積為2.24km2。

5 建議

(1)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，擬定礦泉水井一、二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)無點(diǎn)源污染源存在，擬定一級(jí)保護(hù)區(qū)的范圍內(nèi)具備一級(jí)保護(hù)區(qū)封閉管理的條件。建議礦權(quán)企業(yè)在一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置隔離防護(hù)措施的建設(shè)，確保一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)無與供水設(shè)施和保護(hù)水源無關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目和污染源，全力保障飲用水環(huán)境安全。

(2)擬定三級(jí)保護(hù)區(qū)附近有居民點(diǎn)，生活污水、生活垃圾等經(jīng)雨水淋濾入滲有污染地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，因此要注意生活垃圾等不得隨地堆放，集中收集后統(tǒng)一處理，同樣要做好排污管道防滲處置，加強(qiáng)滲漏巡檢。

(3)礦權(quán)企業(yè)加密礦泉水水源地標(biāo)志牌的設(shè)置，通過水源地標(biāo)志牌(界標(biāo)、宣傳牌、交通警示牌等)設(shè)置，切實(shí)加強(qiáng)飲用水安全、水源保護(hù)等相關(guān)知識(shí)及工作的宣傳力度，增強(qiáng)居民水源保護(hù)意識(shí)。構(gòu)建全民行動(dòng)格局，切實(shí)提升飲水安全保障水平。