北京市南部地區(qū)典型地下水水源井水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

焦文婷 康 欣

（北京市自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100031）

1.前言

北京市作為人口千萬(wàn)級(jí)別以上的超大城市，水資源整體狀況匱乏，隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，城市生活生產(chǎn)用水的需求日益增長(zhǎng)，供需水矛盾日益突出。北京市南部某水廠供水水源井由于長(zhǎng)期持續(xù)的過(guò)度開(kāi)采，井水位持續(xù)下降，水質(zhì)不斷惡化，造成了一系列生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。2014年南水北調(diào)中線(xiàn)正式通水，有效的解決了我國(guó)北方受水城市水資源嚴(yán)重短缺的問(wèn)題，地下水超采情況才得以有所緩解。但地下水資源仍是保障城市供水安全的珍貴資源，地下水有水質(zhì)澄清、變化幅度小，便于維護(hù)及運(yùn)行管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合衛(wèi)生要求的地下水，仍然宜優(yōu)先作為生活飲用水的水源。對(duì)于礦化度和總硬度、硝酸鹽氮高的地下水，為保證出廠水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，往往需要與地表水進(jìn)行混合供水，以達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范要求。

北京市南部某水廠供水水源為地下水，常年過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致其典型地下水源井總硬度、硝酸鹽氮指標(biāo)值高，現(xiàn)通過(guò)地表-地下水聯(lián)合調(diào)蓄進(jìn)行調(diào)節(jié)，使出廠水可達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范要求。為掌握地下水水源井開(kāi)采量對(duì)水質(zhì)的影響，依托北京市南部地區(qū)地下水水源井典型水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)相應(yīng)水源井長(zhǎng)期出水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)，以求合理的控制水源井出水量，為區(qū)域地下水資源可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

2.基本概況

根據(jù)轄區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)特點(diǎn)，選擇01＃至06＃水源井作為本次研究的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)選取2008年至2020年總硬度和硝酸鹽氮兩項(xiàng)具有代表性的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

總硬度是水質(zhì)的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，高硬度的水有苦澀味，感官差且飲用后有影響胃腸功能、泌尿功能病變的可能性。由于硬水對(duì)人體健康的潛在危害，我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求生活飲用水的總硬度以CaCO3計(jì)不得超出450mg/L的限值?！兜叵滤|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中也對(duì)硬度進(jìn)行了五類(lèi)分級(jí)，因此水硬度的指標(biāo)監(jiān)測(cè)是不容忽視的。

相比較水中的總硬度，正常水平的硝酸鹽通常不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生直接影響，由干硝酸鹽易溶于水且無(wú)色無(wú)味，許多已被嚴(yán)重污染的井水未得到重視。我國(guó)飲用水硝酸鹽項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值為10mg/L，水中出現(xiàn)過(guò)量的硝酸鹽，不僅影響到水中生物的生存條件，對(duì)于人體也有著非常大的危害。水中硝酸鹽超標(biāo)，能致使出現(xiàn)缺氧、頭昏等癥狀，嚴(yán)重時(shí)還有致癌、致畸的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 2008年-2020年01#-06#水源井靜水位變化圖

01＃至06＃井是供水廠重要的水源井，也是有代表性的典型井，且六個(gè)樣點(diǎn)都有足夠的數(shù)據(jù)支持研究。2008年至2013年，01#、02#、05#的靜水位隨著時(shí)間的變化都有降低的趨勢(shì)，而03#、04#、06#的靜水位雖保持平穩(wěn)但在2013年也都有下降。2014年，南水北調(diào)順利通水，各典型井的靜水位都有所上升，尤其是01#和04#。然而這種情況并未得到好的維持，至今，隨著不斷開(kāi)采，各典型井的靜水位也在快速下降。其中04#的靜水位降幅達(dá)到了5.5米，對(duì)各典型井的開(kāi)采分析確有必要。

3.水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

整理編號(hào)為01#至06#的水源井1997年至2020年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分連續(xù)供水、斷點(diǎn)供水及南水北調(diào)后供水三種情況對(duì)水源井年總出水量、硝酸鹽氮和總硬度進(jìn)行分析。

圖2 1997年-2020年01#-02#總出水量與總硬度動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖

3.1 連續(xù)供水對(duì)硝酸鹽氮、總硬度的影響

01#、02#近20年一直處于使用狀態(tài)，無(wú)停用情況。01#出水量浮動(dòng)值達(dá)到111.4%、總硬度和硝酸鹽氮變化幅度分別為17.4%和43.2%；02#出水量浮動(dòng)值達(dá)到164.2%，總硬度和硝酸鹽氮變化幅度分別為40.2%和58.2%。分別建立水源井硝酸鹽氮、總硬度指標(biāo)與出水量的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖，兩指標(biāo)的變化與出水量確有一定相關(guān)性。

1997年至2020年間，01#-02#的出水量與總硬度的變化趨勢(shì)一致。當(dāng)水源井出水量增加時(shí)，總硬度隨之出現(xiàn)明顯升高；當(dāng)出水量減少后，硬度下降明顯。尤其是02#自2013年后，隨著出水量的不斷減少，硬度指標(biāo)有明顯下降趨勢(shì)。

圖3 1997年-2020年01#-02#總出水量與硝酸鹽氮 動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖

1997年至2020年間，01#的硝酸鹽氮指標(biāo)數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，雖然年際間有所波動(dòng)，但總體變化趨勢(shì)不明顯。02#的硝酸鹽氮指標(biāo)變化幅度與出水量有較明顯相關(guān)性。2005年至2009年，當(dāng)出水量不斷減少時(shí)，硝酸鹽氮也隨之下降。2009年至2013年出水量增加，硝酸鹽氮也大幅度上升，漲幅超過(guò)10mg/L。2013年至2020年，當(dāng)出水量再次減少時(shí)，硝酸鹽氮也再次出現(xiàn)了明顯的下降趨勢(shì)，對(duì)比2013年與2020年，出水量減少了約160萬(wàn)m3/年，硝酸鹽氮降低了16mg/L。

3.2 斷點(diǎn)供水對(duì)硝酸鹽氮和總硬度影響

03#水源井于1999年至2003年停用，04#水源井于1999年至2003年以及2005年停用，停用前后總硬度和硝酸鹽氮都有所浮動(dòng)。

圖4 1997年-2020年03#-04#總出水量與總硬度動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖

2004年，03#水源井恢復(fù)使用后，硬度指標(biāo)未有明顯變化。但隨著總出水量的不斷減少，尤其是近10年內(nèi)的壓采，硬度指標(biāo)下降幅度近200 mg/L，水質(zhì)有逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。04#水源井恢復(fù)使用后，2006年其硬度指標(biāo)有所好轉(zhuǎn)，但隨著出水量的增加，硬度也出現(xiàn)惡化的趨勢(shì)。近年內(nèi)，出水量的改變與硬度的變化也呈現(xiàn)高度的一致性。

圖5 1997年-2020年03#-04#總出水量與硝酸鹽氮?jiǎng)討B(tài)曲線(xiàn)圖

2004年，03#水源井重啟后硝酸鹽氮降低26.5%。恢復(fù)使用后，2005年硝酸鹽氮上升47.8%，2006年以后隨著出水量的減少，硝酸鹽氮明顯下降。

2006年，04#水源井重啟后硝酸鹽氮同比1998年降低22.3%?；謴?fù)使用后，2007年硝酸鹽氮上升21.2%，2008年后硝酸鹽氮隨著出水量變化，趨勢(shì)一致。對(duì)比2012年與2020年，出水量減少了約60萬(wàn)m3/年，硝酸鹽氮降低了約6mg/L。

由03#-04#的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖看出，地下水源井的總出水量變化與水質(zhì)硝酸鹽氮指標(biāo)的變化呈正相關(guān)。尤其是近幾年當(dāng)總出水量減少時(shí)，硝酸鹽氮的數(shù)值也隨之大幅降低。

數(shù)據(jù)表明超過(guò)5年的停井整修、維護(hù)對(duì)降低水源井總硬度、硝酸鹽氮含量有明顯效果。然而若考慮到完全或長(zhǎng)期停用，可能導(dǎo)致水源井報(bào)廢，所以停井維護(hù)的時(shí)間間隔非常重要，間隔時(shí)間需要保證既有效保護(hù)水源井設(shè)備，又能保障水質(zhì)指標(biāo)狀況好轉(zhuǎn)。

3.3 南水北調(diào)對(duì)硝酸鹽氮、硬度影響

南水北調(diào)工程全線(xiàn)通水進(jìn)京后，北京市每年增加約10億立方米的水資源，市內(nèi)利用南水替代部分地下水進(jìn)行供水，南水進(jìn)京前后相比，由于地表水廠供水量的補(bǔ)充，該地下水廠的出水量大幅度減小。

圖6 .1997年-2020年05#-06#總出水量與總硬度動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖

南水通水后，2015年05#水源井的總出水量減少43.1%，06#水源井減少30.3%。兩典型井的水質(zhì)指標(biāo)有明顯好轉(zhuǎn)，總硬度維持較低水平。2015年，05#的總硬度降低了4.3%，06#降低了12.5%且06#的總硬度指標(biāo)依然呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

圖7 1997年-2020年05#-06#總出水量與硝酸鹽氮?jiǎng)討B(tài)曲線(xiàn)圖

硝酸鹽氮含量的變化更為明顯，整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。2015年，05#水源井硝酸鹽氮含量降低了13.5%，06#水源井降低了16.1%，并且兩典型井的水質(zhì)指標(biāo)還在不斷改善。整理數(shù)據(jù)表明，南水北調(diào)通水補(bǔ)充后，地下水開(kāi)采量得以減少，對(duì)該轄區(qū)內(nèi)地下水源的涵養(yǎng)和恢復(fù)起到了顯著的作用。

4.結(jié)論

（1）水源井持續(xù)出水且出水量穩(wěn)定時(shí)，水源井總硬度和硝酸鹽氮無(wú)明顯變化。

（2）轄區(qū)內(nèi)地下水源總硬度、硝酸鹽氮含量偏高，兩項(xiàng)指標(biāo)的變化與總出水量的變化有一定相關(guān)性。分析數(shù)據(jù)表明隨著開(kāi)采量的增加，水質(zhì)逐漸變差，說(shuō)明對(duì)地下水的過(guò)量開(kāi)采是造成水質(zhì)逐年惡化的主要原因，對(duì)地下水的開(kāi)采應(yīng)采取合理的、科學(xué)的方式。

（3）超過(guò)5年的停井整修、維護(hù)對(duì)降低該轄區(qū)內(nèi)水源井總硬度、硝酸鹽氮含量有明顯效果。轄區(qū)內(nèi)兩典型井停井5年后進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)總硬度和硝酸鹽氮指標(biāo)數(shù)值均有所下降，尤其是硝酸鹽氮，降幅分別達(dá)到了26.5%和22.3%。

（4）南水北調(diào)供水及壓采后，對(duì)該轄區(qū)內(nèi)區(qū)域水質(zhì)改善具有一定的積極作用。利用南水替代部分地下水進(jìn)行供水，使地下水開(kāi)采量減少，水中總硬度和硝酸鹽氮含量明顯降低。南水通水后，轄區(qū)內(nèi)兩典型水源井的總出水量分別減少了43.1%和30.3%，水源井水質(zhì)指標(biāo)得到改善改善，總硬度分別降低了4.3%和12.5%，硝酸鹽氮含量分別降低了13.5%和16.1%，并且保持繼續(xù)下降的趨勢(shì)。

但要求總硬度和硝酸鹽氮含量低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 5749—2006）中規(guī)定的限值，還需要采取兌水等調(diào)整措施?？紤]到南水北調(diào)通水時(shí)間較短，工程需要逐步發(fā)揮效益，壓采工作亦應(yīng)循序漸進(jìn)，下一步會(huì)繼續(xù)深入研究，通過(guò)水量與水質(zhì)相關(guān)關(guān)系的建立，進(jìn)一步分析南水北調(diào)供水對(duì)地下水改善的影響，探尋更加合理的地下水開(kāi)采量，從供水效益和環(huán)境效益等方面優(yōu)化南水與地下水聯(lián)合調(diào)蓄的能力。