飲用水水源地保護區(qū)劃分原則分析

牟宗順，郭 瑤，郭文波，丁明明

（1.日照市生態(tài)環(huán)境保護服務(wù)中心，山東 日照 276800；2.日照市生態(tài)環(huán)境局東港分局，山東 日照 276800）

飲用水水源是人類生存重要的供水資源，也是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，工業(yè)生產(chǎn)廢水的排放以及各種化學(xué)制劑的使用等導(dǎo)致飲用水水源受到嚴(yán)重污染，影響飲用水的安全性。我國的飲用水水源主要來自于地下水，因此我們需要做好對地下水飲用水水源的合理保護與劃分。

1 飲用水水源地保護劃分原則

1.1 保護優(yōu)先

水源污染的防治工作需要以預(yù)防為主，以綜合治理為輔。近年來城市人口數(shù)量不斷增多，污物、污水等排放量不斷加大，大量垃圾的隨意排放導(dǎo)致城市周圍水源環(huán)境逐漸惡化，而水源治理需要花費大量的時間和精力，治理周期長，因此保護為先是最基礎(chǔ)的原則。

1.2 防治結(jié)合

飲用水水源保護區(qū)的劃分需要采用防治結(jié)合的原則。地下水水源保護區(qū)的劃分要按照水源地的水文環(huán)境、地理位置、開采方法、供水要求以及周圍污染源的位置等進行科學(xué)規(guī)劃和分布，保證劃分的合理性[1]。

1.3 水質(zhì)達(dá)標(biāo)

飲用水水源不同等級的保護區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)存在一定差別。飲用水源的一級保護區(qū)對水質(zhì)的要求比較高，需要保證水源中各項水質(zhì)的指標(biāo)都達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-93）[2]（下文稱為《標(biāo)準(zhǔn)》）中的Ⅱ類水質(zhì)要求；二級保護區(qū)對水質(zhì)的要求比一級保護區(qū)的要求低，只需達(dá)到《標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水質(zhì)要求。

1.4 保證范圍最小

為了保證飲用水水源水質(zhì)不受污染，不僅要對水源周圍環(huán)境進行保護，還要考慮水源周圍土地的利用問題。在飲用水水源地保護區(qū)劃分中，需要在保證安全的情況下盡可能縮小保護范圍。

1.5 因地制宜

飲用水水源地保護區(qū)劃分工作中，需要結(jié)合水源區(qū)的水文環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境劃分水源保護區(qū)域，保證水源開采規(guī)劃符合要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在水源保護區(qū)的范圍劃定中，需要考慮到人類活動的污染問題。水源地取水點、水源運輸?shù)葏^(qū)域周圍的主要污染物必須要衰減到標(biāo)準(zhǔn)的濃度水平，在保證正常取水的情況下，水質(zhì)可以達(dá)到預(yù)期的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)現(xiàn)區(qū)域周圍出現(xiàn)污染物，需要及時設(shè)置緩沖帶，并立即采取有效的解決措施。

2 飲用水水源地保護區(qū)劃分的程序

2.1 合理劃分目標(biāo)水源地和質(zhì)量評價

飲用水水源保護區(qū)劃分開始前，需要先做好對水質(zhì)的評價。根據(jù)我國環(huán)保部門以及水文部門的水質(zhì)檢測要求，在水質(zhì)的判斷中需要結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[3]《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[2]以及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[4]等準(zhǔn)則作為水質(zhì)評價和衡量標(biāo)準(zhǔn)，并采用綜合評價法、單因子法等對水源的水質(zhì)情況進行評價。在天然水水源評價中，首先需要對水質(zhì)進行化學(xué)評價，包括對水質(zhì)的礦化度、pH值、高錳酸鹽指數(shù)、非離子氨、CODcr、亞硝酸鹽、六價鉻、硫酸鹽、鉛、汞等含量的評價，以及大腸菌群、氨氮的水質(zhì)生物學(xué)參數(shù)測定等，通過對這些因子的評價和分析，確定水源環(huán)境質(zhì)量。

2.2 合理分析污染源

2.2.1 地表水的污染源分析

2.2.1.1 河流污染源

河流污染主要是由上游城市工業(yè)廢水、生活垃圾的排放以及農(nóng)業(yè)灌溉等導(dǎo)致的水源污染。

2.2.1.2 水庫污染源

水庫污染源來源于河流河水補給的污染，同時也包括入庫段油氣管道以及鐵路、公路等交通泄露，生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等污染物的排放造成的污染。

2.2.2 地下水的污染源分析

2.2.2.1 點污染源

點污染源是指在某集中地點對污染物進行集中固定堆積，比較常見的為固定垃圾場、生活廢物排放口以及工業(yè)廢物排放點等。

2.2.2.2 面污染源

面污染源包括廢氣排放、水土流失、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成的污染。污染源的污染物會通過徑流以及大量降水等向地下水以及地表水等滲透，造成水源污染。此外，城市屋頂、街面等位置都會堆積大量的灰塵、垃圾等污染物，一旦降雨會導(dǎo)致這些污染物被沖入水道中，形成大面積的污染。

2.3 排查水源地污染源

城鄉(xiāng)地區(qū)存在點污染源和面污染源，隨著農(nóng)業(yè)和城市化的發(fā)展，面污染源的范圍不斷擴大，而且容易由于各種原因出現(xiàn)突發(fā)的污染事故，對水源地的水質(zhì)造成更大的安全隱患。因此，在水源地保護區(qū)的規(guī)劃過程中，相關(guān)人員需要對各種可能造成污染的情況進行綜合分析，并針對不同問題和污染情況采取合理的預(yù)防和保障措施，保證水源保護地規(guī)劃的科學(xué)性，以及水質(zhì)的安全性，并結(jié)合水源地的分布環(huán)境和位置做好水污染隱患的排查。

2.4 合理做好保護區(qū)分級

為了使飲用水水源地的環(huán)保與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，需要保證飲用水水源保護的合理性，有效控制飲用水防治成本。具體可以根據(jù)《飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》[5]要求確定水源保護區(qū)類別，一般可以分為一級保護區(qū)、二級保護區(qū)以及準(zhǔn)保護區(qū)。其中一級保護區(qū)需要保證內(nèi)部的水質(zhì)滿足飲用水的飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；二級保護區(qū)則需要保證水質(zhì)達(dá)到正常水質(zhì)要求，一旦發(fā)現(xiàn)被污染的飲用水源，需要立即采取緊急治理措施，并設(shè)置緩沖帶；準(zhǔn)保護區(qū)需要保證水質(zhì)安全，并保障地方經(jīng)濟，通過防護的方式和要求確定飲用水的水質(zhì)安全。理論上來說，保護區(qū)的范圍越大，水源地的保護效果越好，但是由于經(jīng)濟成本以及土地利用等因素的限制和制約，政府要求飲用水水源保護區(qū)劃定要在保證水質(zhì)安全的情況下盡可能縮小范圍。因此，在一級保護區(qū)的范圍劃定中對最小限值進行了規(guī)范，保證水源取水的水質(zhì)；在二級保護區(qū)以及準(zhǔn)保護區(qū)的范圍劃分中，需要將地方經(jīng)濟成本作為重要的考慮因素。

3 飲用水水源地保護區(qū)的劃分方法及分析

3.1 經(jīng)驗值法

飲用水水源地保護區(qū)劃分方法中經(jīng)驗值法是比較常用的方法之一。經(jīng)驗值法主要應(yīng)用在井水水質(zhì)的保護中，大量研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗值法計算水質(zhì)保護區(qū)半徑比較準(zhǔn)確。經(jīng)驗值法主要是以時間和距離為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，其中以時間為標(biāo)準(zhǔn)的劃分方法是上世紀(jì)30年代由德國傳入，結(jié)合飲用水中病菌在水層生存的時間是否超過50天進行劃分，并提出了“50日流程等值線”理論，作為飲用水水源一級保護區(qū)的劃定標(biāo)準(zhǔn)。

在以距離為衡量標(biāo)準(zhǔn)的飲用水水源保護區(qū)劃定中，要求以3 km為半徑劃定圓形保護區(qū)，這種劃分方式在早期應(yīng)用比較廣泛。我國飲用水水源保護區(qū)的劃分主要是以發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)為參考，并結(jié)合我國的飲用水水源特點，參考《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》[6]對飲用水水源地保護區(qū)域范圍測定提出相應(yīng)的參考和建議。比如細(xì)沙區(qū)域的一級保護區(qū)半徑為30～50米，二級保護區(qū)半徑為300～500米；中沙區(qū)域的一級保護區(qū)半徑為50～100米，二級保護區(qū)半徑為500～1 000米；粗砂區(qū)域的一級保護區(qū)半徑為100～200米，二級保護區(qū)半徑為1 000～2 000米；礫石區(qū)域的一級保護區(qū)半徑為200～500米，二級保護區(qū)半徑為2 000～5 000米；卵石區(qū)域的一級保護區(qū)半徑為500～1 000米，二級保護區(qū)半徑為5 000～10 000米。該規(guī)范針對不同地區(qū)的水源保護區(qū)提出了更細(xì)化的劃分標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合水源地區(qū)的不同特點，以及不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，比如地下水溢出、沖洪積扇水源地等做出調(diào)整。

經(jīng)驗值法具有操作簡單、成本低等優(yōu)勢，而且不需要具有更多的技術(shù)經(jīng)驗，可以在比較短的時間內(nèi)對大面積飲用水水源保護區(qū)進行劃分。但是其應(yīng)用的環(huán)境比較單一，主要應(yīng)用在一些小型水源地以及初期的保護區(qū)劃分中。水源檢測技術(shù)以及水源劃分精度的提升，使飲用水水源地保護區(qū)的劃分更加復(fù)雜，而且可以核實劃分結(jié)果，保證劃分的科學(xué)性。

3.2 公式計算法

在飲用水水源地保護區(qū)的劃分中，如果僅采用經(jīng)驗值的方式對保護區(qū)進行劃定，容易造成飲用水水源地保護區(qū)劃分的誤差，影響水質(zhì)安全或者造成土地浪費。因此需要結(jié)合不同區(qū)域的地質(zhì)及水文條件等科學(xué)選擇水文地質(zhì)參數(shù)，并利用計算公式確定具體的保護區(qū)半徑。公式計算法可以結(jié)合不同的水源地、含水層等確定保護區(qū)，并結(jié)合檢測情況調(diào)整保護區(qū)的中心、形狀以及具體的延伸范圍等，合理確定飲用水水源保護范圍。該飲用水水源保護區(qū)的劃定方法主要應(yīng)用在中小型的潛水型水源地，在具體的應(yīng)用中以《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》中要求的標(biāo)準(zhǔn)公式確定保護區(qū)的半徑。公式為R=αKIT/n，公式中R表示的是水源保護區(qū)的半徑，α表示的是安全系數(shù)，常用的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為150%，K表示的是含水層滲透系數(shù)，I表示的是地下水降落范圍的平均水利梯度，T表示的是污染物的移動時間，n表示的主要是含水層的有效孔隙度[7]。

相對于圓形半徑計算方法來說，二者具有一定的相似性，但是也存在一定的差異。計算無越流發(fā)生的承壓水源保護區(qū)安全保護半徑比較常用的方式為CFR計算方法，這種計算方法應(yīng)用原理為：先對圓柱形保護區(qū)域進行假設(shè)，并結(jié)合水量守恒，對抽水井濾管長度進行分析。設(shè)定一定的時間，對水源保護區(qū)流入的水流補給量與抽出量進行相等量設(shè)定，然后確定保護區(qū)的半徑。計算公式為，公式中rt表示的是t時間保護區(qū)的半徑，Q表示的是抽水的速度，t表示的是保護區(qū)運移時間，n表示的是含水層孔隙度，b表示的則是抽水井的濾管長度[8]。公式計算法的應(yīng)用方式比較便捷，容易操作，而且不需要大量的數(shù)據(jù)。但是在飲用水水源地保護區(qū)的劃定中，公式計算法的應(yīng)用過于主觀，在地質(zhì)條件設(shè)定中不夠客觀，而且對污染物的運移影響因素考慮不全面，精度差。應(yīng)用公式計算法會使水源地保護區(qū)的劃定準(zhǔn)確度不統(tǒng)一，無法有效解決一些比較復(fù)雜的水源地保護區(qū)劃分問題。

3.3 解析模型法

某些地區(qū)水文、地質(zhì)條件比較復(fù)雜，應(yīng)用解析模型法需要先對條件進行簡化，主要的條件包括含水層邊界、抽水井分布以及承壓含水層等形態(tài)條件，不需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)求解。簡化含水系統(tǒng)條件需要構(gòu)建理想的含水層模型，先假設(shè)含水層均值等厚、同性，水源地保護區(qū)在滲流區(qū)的劃定中一般以矩形、圓形為主，邊界條件設(shè)置比較單一。以這些條件為假設(shè)，通過連續(xù)變量的方式構(gòu)建水流方程，然后通過方程解析獲得相應(yīng)的位置量，可以獲得水源地保護區(qū)內(nèi)各地點以及時間等數(shù)值的求取，然后結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對保護區(qū)的范圍進行確定，并根據(jù)水文地質(zhì)情況合理劃分保護區(qū)。上世紀(jì)90年代，解析模型法是水源地保護區(qū)劃定最常用的方法，解析模型中構(gòu)建了GWPATH以及DREAM等解析和半解析模型。隨著科研技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外解析模型法形成了大量的研究論證實例，對邊界滲流模型進行解析和研究，但是尚未應(yīng)用到大面積的水源保護區(qū)劃分中，主要以小面積的井流保護區(qū)為主。

3.4 數(shù)值模擬法

飲用水水源滲流區(qū)在數(shù)值模擬法的應(yīng)用中形成多個不同的小單元，并假設(shè)各單元內(nèi)水質(zhì)都處于均質(zhì)的狀態(tài)；結(jié)合水源滲流區(qū)的地質(zhì)條件合理確定地質(zhì)參數(shù)，并以這些參數(shù)為基礎(chǔ)形成水文地質(zhì)概念模型；通過離散變量的方式構(gòu)建方程，采用數(shù)值法的方式對各單元的流動方程進行求解，并對研究區(qū)域內(nèi)的水流狀態(tài)進行模擬；最后，根據(jù)質(zhì)點的運動情況和時間等設(shè)定水源安全保護區(qū)。數(shù)值模擬法在水源地保護區(qū)劃分的應(yīng)用中需要利用計算機軟件進行計算，比較常用的軟件包括MODFLOW、FEFLOW等模型，這些模型已經(jīng)被應(yīng)用到巖溶地下水流、巖溶裂隙含水層等區(qū)域的劃定中。結(jié)合不同的時間標(biāo)準(zhǔn)對飲用水水源地保護區(qū)設(shè)定一級和二級保護區(qū)，通過數(shù)值模擬法對水源保護區(qū)范圍進行計算，可以實現(xiàn)對水文地質(zhì)條件以及含水層結(jié)構(gòu)的客觀分析，并能夠?qū)λ吹目紫抖?、滲透系數(shù)、含水層形態(tài)等因素進行分析。該水源地保護區(qū)劃分方法可以應(yīng)用到水文地質(zhì)比較復(fù)雜區(qū)域的水源保護區(qū)劃分中，特別是一些大型的水源地保護區(qū)域的劃分，研究方法更可靠。由于該數(shù)值模型的構(gòu)建需要大量的參數(shù)對模型進行刻畫，而且存在一定的不確定性，因此需要在模型分析中加入一些不確定性分析因素，對水文地質(zhì)參數(shù)在水源保護區(qū)劃定中的影響進行確定，以保證最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 飲用水水源地保護區(qū)控制措施

4.1 一級防護區(qū)的控制

飲用水水源地的核心防護區(qū)是水源防護中最重要的區(qū)域，該區(qū)域中不得存在任何污染物，禁止傾倒和排放任何污水、廢渣以及各種有毒有害廢棄物；同時該區(qū)域內(nèi)部禁止存在任何超標(biāo)的排放渠道，包括坑塘的工業(yè)廢水、自然沖溝等；區(qū)域內(nèi)的灌溉禁止采用污水以及有毒有害的污泥、高殘留度的農(nóng)藥等；針對區(qū)域內(nèi)已經(jīng)存在的污染源，需要通過污染防護系統(tǒng)對污染源進行清理，并加強對周邊環(huán)境的優(yōu)化，如營造涵養(yǎng)林等，加強區(qū)域內(nèi)的水土保持。

4.2 二級防護區(qū)的控制

該防護區(qū)主要是水污染的緩沖區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)不得設(shè)置任何可能存在污染的企業(yè)和工廠，同時該區(qū)域的灌溉嚴(yán)禁使用未處理的污水，并做好固體廢棄物填埋工作，防止廢物滲漏影響水源；此外，做好對區(qū)內(nèi)已有以及潛在污染源的評估，通過水源污染數(shù)值和模型的模擬，判斷污染源對水源的影響；針對可能會影響水源的污染源，需要定期檢測，并做好工程防護工作，需要根據(jù)污染源的差異性采取相應(yīng)的防護管理措施和工程。比如，城市的污水可以通過建設(shè)污水處理廠、改善污水系統(tǒng)等方式解決；針對農(nóng)業(yè)灌溉以及農(nóng)藥污染等，相關(guān)部門可以對農(nóng)藥、化肥的使用量和使用種類進行限制。

4.3 一般防護區(qū)的控制

一般防護區(qū)的設(shè)置要求相對來說比較低，可以在其中限制性地放置各種廢棄物，但是所放置的廢棄物需要滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，并定期對水源進行檢測，結(jié)合檢測結(jié)果做好污染源分析，適當(dāng)控制可能會造成水源污染的活動。

4.4 重點治理區(qū)的控制

結(jié)合污染源檢測結(jié)果設(shè)置重點治理區(qū)，并做好對水污染的控制。首先，重點治理區(qū)域內(nèi)不得排放再生水，需要通過管道引流的方式將再生水向其他區(qū)域引流；其次，再生水的水質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)需要達(dá)到地下水的標(biāo)準(zhǔn)，如果需要向重點治理區(qū)域繼續(xù)排放再生水，需要先對水質(zhì)進行檢測，保證達(dá)到地下水的標(biāo)準(zhǔn)才可以排放。結(jié)合水文地質(zhì)條件向河道中排放再生水，可以形成水文景觀，同時也有利于實現(xiàn)對地下水的補給。對再生水的水質(zhì)處理需要保證處理的深度，包括對鉀、硝酸鹽等物質(zhì)的處理，不能僅以國家的再生水排放標(biāo)準(zhǔn)為排放要求，還要考慮其他的水質(zhì)影響。最好的水源污染修復(fù)需要結(jié)合水源地區(qū)的水文和地質(zhì)條件對水源進行評價，開發(fā)水源的自凈能力。

5 結(jié)語

綜上所述，飲用水水源地保護區(qū)的劃分是保證水源安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。飲用水水源地保護區(qū)的劃分需要遵循一定的原則，以預(yù)防為主，防治結(jié)合，同時保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，并在保證水質(zhì)的前提下縮小水質(zhì)保護區(qū)范圍，因地制宜劃分保護區(qū)域；加強對水源地保護區(qū)劃分方法和程序的優(yōu)化，使水源保護區(qū)劃分更科學(xué)、合理；結(jié)合不同的保護區(qū)范圍選擇合理的控制措施，保證水資源的保護效果和水源的安全性。