地下水環(huán)境狀況分析及防治措施

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從1984年我國(guó)第一部《水污染防治法》的頒布到2018年1月1日《水污染防治法》(第二次修正)的30多年時(shí)間，防治水污染，保障飲用水安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展一直是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重點(diǎn)工作［1］．其中，飲用水水源地的保護(hù)從水源地的劃分、周邊環(huán)境保護(hù)區(qū)禁止出現(xiàn)污染源、應(yīng)急或者備用水源地的配備等多個(gè)方面都有明確的要求，飲用水水源地的環(huán)境保護(hù)內(nèi)容在不斷的完善和補(bǔ)充［2］．飲用水水源地根據(jù)供水區(qū)域的實(shí)際情況可以來(lái)自地下水、湖泊或者江河等多種方式［3］．地下水資源量大、水質(zhì)好、便于廣泛地開(kāi)發(fā)利用，是淡水資源當(dāng)中最主要的組成部分，是人們?cè)谌粘Ｉ钪杏糜陲嬘玫淖顬閮?yōu)質(zhì)的水源，是人們能夠正常生產(chǎn)、生活，保證用水順暢的根本［4－5］．因此，飲用水的水質(zhì)安全關(guān)系到公眾的切身利益，影響社會(huì)的發(fā)展和穩(wěn)定［6］，摸清排查飲用水水源地現(xiàn)狀，觀察水源地水質(zhì)變化走向，分析主要污染物和污染源對(duì)飲用水水源地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響，對(duì)實(shí)施水源地的生態(tài)安全保護(hù)，提供“干凈”水給千家萬(wàn)戶(hù)飲用具有重要的實(shí)際意義［7－8］．本文依托“嫩江縣飲用水水源地地下水污染調(diào)查”工程項(xiàng)目開(kāi)展水源地的環(huán)境狀況調(diào)查及環(huán)境保護(hù)工作，為該地區(qū)的合理建設(shè)、保護(hù)及發(fā)展提供依據(jù)．

1水源地基本概況

1．1自然地理概況．嫩江縣隸屬于黑龍江省黑河市，位于黑龍江省西北部，地跨東經(jīng)124°44'30″～126°49'30″，北緯48°42'35″～51°00'05″．北依伊勒呼里山，與呼瑪縣交界;東接小興安嶺，與愛(ài)輝區(qū)、孫吳縣、五大連池毗鄰;西鄰嫩江，與內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗隔江相望;南連松嫩平原，與訥河市接壤(見(jiàn)圖1)．嫩江流域土地肥沃，林海浩瀚，水草豐盛，優(yōu)越的地理位置和豐富的自然資源，為嫩江的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了良好的條件，素有“北國(guó)糧倉(cāng)”、“中國(guó)大豆之鄉(xiāng)”之譽(yù)．1．2氣象及降水條件．嫩江縣屬于寒溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，冬季長(zhǎng)而寒冷，夏季短而多雨．多年平均氣溫2～4℃，歷年最低氣溫－39．5℃，最高氣溫達(dá)40．1℃．區(qū)內(nèi)多年平均有效降水量為524．5mm，區(qū)內(nèi)最大年降水量937．4mm，最小年降水量152．5mm．年降水量主要集中在6～9月份，約占全年降水量的82%，年平均總蒸發(fā)量為1142．5mm，年日照2450～2600h，年平均風(fēng)速2．5～3．0m/s．活動(dòng)積溫1600～1800℃，無(wú)霜期80～100d．年日照2450～2600h．相對(duì)濕度的年內(nèi)變化明顯，夏、冬季相對(duì)濕度大，均大于70%;春、秋季相對(duì)濕度小，均小于70%［9］．嫩江縣地表河流主要為嫩江．嫩江發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側(cè)，發(fā)源地海拔高程1030m，由融雪、涌泉網(wǎng)狀溪流匯集成江．自河源由西北流向東南127．2km處，與二根河匯合向南流，始稱(chēng)嫩江干流．自此，水流由北向南，流經(jīng)鄂倫春自治旗、嫩江縣15個(gè)市、縣(旗)，在吉林省松原市三岔河附近與第二松花江匯流．從河源到三岔河口，全長(zhǎng)1370km，干流長(zhǎng)975km，流域面積282748km2，多年平均徑流深76．5mm，天然年徑流總量227．3×108m3［10］．1．3研究工作區(qū)概況．工作區(qū)選定在嫩江縣現(xiàn)有水源地及地下水補(bǔ)給區(qū)，即嫩江縣北部嫩江左岸．位于興安山地與松嫩平原過(guò)渡地帶，西靠嫩江，地勢(shì)南高北低、東高西低，海拔在219～275m之間，平均高度247m．工作區(qū)地下水總體運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由東向西流．工作區(qū)北依伊勒呼里山，東接小興安嶺，西鄰嫩江，這一特定的自然地理與地質(zhì)環(huán)境決定了工作區(qū)具有山前高平原和河谷平原區(qū)域水文地質(zhì)特征．大氣降水和側(cè)向徑流是本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水賦存條件及含水層結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2．

2水源地地下水水質(zhì)概況

2．1水源地地下水監(jiān)測(cè)．自“十三五”規(guī)劃開(kāi)展以來(lái)，嫩江縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)城區(qū)水源地地下飲用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)．監(jiān)測(cè)頻次為每年1月(枯水期)、5月(平水期)、7月(豐汛期)各監(jiān)測(cè)一次．2．2水源地地下水污染調(diào)查．本次地下水污染狀況調(diào)查采用鉆探、成井等方法［11－13］，在工作區(qū)范圍布設(shè)第四系取樣孔15個(gè)(編號(hào)為ZK1－ZK15)，其中揭穿第四系的取樣孔4個(gè)，孔深37～45m;揭穿含水層的淺孔13個(gè)，孔深均為20m，水文地質(zhì)鉆探工作總進(jìn)尺384m．見(jiàn)表1．采取水樣流程如下:1)小徑取芯采用全孔連續(xù)取芯，取出的巖芯按順序排放，并進(jìn)行巖芯編錄、取樣、拍照．2)變徑成井采用擴(kuò)孔成井工藝，為了分層取得不同深度含水層的水質(zhì)、水量及動(dòng)態(tài)資料，或?yàn)樽柚狗情_(kāi)采層以外含水層中的劣質(zhì)地下水或者松散地層的沙土等進(jìn)入鉆孔之中，常需對(duì)揭露的各個(gè)含水層或者個(gè)別松散地層采取分層保護(hù)的隔離措施．變徑下管止水、止沙土則是最有效的隔離方法．有時(shí)，為減輕隨鉆進(jìn)深度增加而加大的鉆機(jī)荷載或?yàn)楣?jié)省井壁管材，也需變徑，直至設(shè)計(jì)孔深．3)洗井抽水采用潛水泵抽水洗井，簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)并采集地下水樣，樣品保存于專(zhuān)用樣品瓶中用于后續(xù)分析．2．3水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)．根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2017)要求［14］，地下水質(zhì)量調(diào)查與監(jiān)測(cè)指標(biāo)以常規(guī)39項(xiàng)指標(biāo)為主，補(bǔ)充鉀、鈣、鎂、重碳酸根、碳酸根、游離二氧化碳指標(biāo)，詳情見(jiàn)表2．2．4水源地地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法．通常水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有單指標(biāo)評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法兩種．單指標(biāo)評(píng)價(jià)法按指標(biāo)值所在的限值范圍確定地下水質(zhì)量類(lèi)別，指標(biāo)限值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣．綜合評(píng)價(jià)法是按單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果最差的類(lèi)別確定，并指出最差類(lèi)別的指標(biāo)．兩種評(píng)價(jià)方法都能夠明確的給出該水域是否符合功能要求．在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中，取某一評(píng)價(jià)指標(biāo)多次測(cè)量的平均值，與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，若這一項(xiàng)指標(biāo)的平均值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就表示該水體已經(jīng)不符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不能完全滿(mǎn)足該功能的要求．本研究根據(jù)飲用水源地的水質(zhì)質(zhì)量狀況，統(tǒng)一參照2017年出版的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2017)［14］，采用單指標(biāo)評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法對(duì)工作區(qū)地下水水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)［15－16］．

3地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及主要污染物分析

3．1水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果．2016～2017年，嫩江縣飲用水水源地的水質(zhì)類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)水體，達(dá)標(biāo)率為100%;2018年，嫩江縣飲用水水源地的水質(zhì)類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)水體，未能達(dá)標(biāo)．結(jié)果如表3所示．相比較2016年和2017年的飲用水水質(zhì)狀況，2018年水質(zhì)下降，達(dá)標(biāo)率發(fā)生變化.此外，人均取水量從2016年的1.42029×107m3•a－1上升到1.83903×107m3•a－1，人均用水量加大．3．2地下水NH4+、NO2－和NO3－指標(biāo)分析根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2017)要求，Ⅲ類(lèi)水體NH4+、NO2－和NO3－質(zhì)量濃度分別不能超過(guò)0．5mg/L、1mg/L和20mg/L，Ⅳ類(lèi)水體NH4+、NO2－和NO3－質(zhì)量濃度分別不能超過(guò)1．5mg/L、4．8mg/L和30mg/L．在取樣孔ZK－1取出的地下水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示NH4+質(zhì)量濃度已達(dá)到Ⅲ類(lèi)水體要求的上限閾值，ZK－3水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示NH4+質(zhì)量濃度已達(dá)到Ⅳ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)了飲用水標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行治理方可成為水源．結(jié)果如表4所示．3．2．1NH4+分布特征《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2017)中做出了明確規(guī)定［14］，Ⅲ類(lèi)水體NH4+質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為≤0．5mg/L，Ⅳ類(lèi)水體NH4+質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為≤1．5mg/L．從地下水NH4+質(zhì)量濃度分布(見(jiàn)圖3)中可以看出，工作區(qū)北側(cè)和東側(cè)NH4+質(zhì)量濃度低于0．15mg/L，部分都可以達(dá)到Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，具體范圍為魯日村東北－勝利村－前勝利村以北;工作區(qū)中部NH4+質(zhì)量濃度為0．10～0．50mg/L，接近Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)上限;NH4+質(zhì)量濃度處在0．40－0.50mg/L的Ⅲ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域主要集中于工作區(qū)西南側(cè)，具體為長(zhǎng)江村以南，魯日村以西;水源地東部地區(qū)采樣點(diǎn)ZK3的NH4+質(zhì)量濃度可達(dá)1．49mg/L，此處已達(dá)到Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，具體位置為嵩山薯業(yè)以西至嫩江現(xiàn)有傍河水源地至嫩江岸北范圍，包括飲用水水源地17號(hào)、18號(hào)和19號(hào)井，表明工作區(qū)范圍內(nèi)存在NH4+污染．同時(shí)，圖3結(jié)果顯示NH4+的污染已經(jīng)有向水源地下游發(fā)生擴(kuò)散的趨勢(shì)，且污染范圍也有所擴(kuò)大，污染帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)飲用水水源地的水質(zhì)影響會(huì)逐漸加大．圖3地下水NH4+質(zhì)量濃度分布3．2．2NO3－分布特征《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2017)中做出了明確規(guī)定［14］，Ⅲ類(lèi)水體NO3－質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為≤20mg/L，Ⅳ類(lèi)水體NO3－質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為≤30mg/L．水源地地下水NO3－質(zhì)量濃度分布如圖4所示，工作區(qū)地下水中NO3－質(zhì)量濃度超標(biāo)Ⅲ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域主要集中于工作區(qū)東北側(cè)和現(xiàn)有水源地東部，具體范圍為:魯日村東北－勝利村－勝利村及其以東北．其中，ZK－3取樣孔NO3－質(zhì)量濃度為22．4mg/L．

4地下水污染因素分析

嫩江縣水源地是嫩江縣唯一的飲用水供水水源地，采用傍河取水和地下水聯(lián)合供水的方式為周邊居民生產(chǎn)生活提供凈水．目前，嫩江縣水源地日供水量達(dá)2×104m3/d．該水源地周邊區(qū)域存在實(shí)際的和潛在的污染源，水質(zhì)惡化的情況將直接影響到居民的生產(chǎn)生活、農(nóng)業(yè)作業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)等方面．因此，對(duì)該縣現(xiàn)有水源地被污染的風(fēng)險(xiǎn)和水環(huán)境質(zhì)量惡化的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行著重分析［18－19］．4．1工業(yè)污染因素．嫩江縣附近含水層較厚，且泥質(zhì)含量少，賦存豐富的孔隙水，故嫩江縣地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給．在嫩江縣水源地地下水的補(bǔ)給區(qū)內(nèi)有一座10年前廢棄的糖廠，糖廠氧化塘直徑達(dá)數(shù)十米，現(xiàn)有荒地為回填土形成．氧化塘的作用是收集糖廠生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水，初步沉淀去除泥沙、懸浮物等．制糖企業(yè)里流洗工段的廢水為反復(fù)循環(huán)使用的洗甜菜廢水以及生活污水．因此，廢水的SS質(zhì)量濃度較高，氨氮質(zhì)量濃度也較高，通常可高達(dá)50mg/L．由于廢棄糖廠的水質(zhì)水量不穩(wěn)定、NH4+質(zhì)量濃度發(fā)生變化以及富含泥砂等懸浮物質(zhì)等因素，致使氧化塘對(duì)周邊土壤及地下水容易受到污染［18－19］．由圖3可以看出，氧化塘含NH4+較高的水體沿著地下水流動(dòng)方向緩慢向下游遷移．同時(shí)，NH4+的污染范圍順著地下水流方向發(fā)生了擴(kuò)散，且污染范圍逐漸擴(kuò)大．嫩江水源地水井采集水樣的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示，含NH4+較高的水體目前已遷移至下游的水源地并影響了下游土壤和地下水水質(zhì)．如果不及時(shí)對(duì)廢棄糖廠的污染進(jìn)行控制和治理，將對(duì)嫩江縣飲用水水源地造成更大的威脅，Ⅳ類(lèi)水體會(huì)惡化成Ⅴ類(lèi)水體，直接影響到嫩江縣周邊所有居民正常生活和工作，并對(duì)大眾的身體健康造成極大威脅．4．2化肥農(nóng)藥的濫用．在嫩江縣飲用水水源地周邊區(qū)域有大片的農(nóng)田進(jìn)行生產(chǎn)勞作．隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，農(nóng)田灌溉過(guò)程需要施以大量甚至過(guò)量化肥與農(nóng)藥，以達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)的目的．導(dǎo)致殘留于土壤中的農(nóng)藥和化肥隨著大氣降水直接滲入地下水中，而嫩江縣水源地地下水主要依賴(lài)大氣降水補(bǔ)給，這樣農(nóng)藥和化肥中的含氮物質(zhì)直接滲入地下水并隨著水流方向流入飲用水水源地．農(nóng)藥等污染物難以有效控制，污染物可通過(guò)不同的途徑進(jìn)一步污染水質(zhì)，造成水污染情況加劇．因此，過(guò)量施肥和噴灑農(nóng)藥也是水源地地下水污染的主要潛在因素．4．3生活垃圾及污水排放．嫩江縣水源地緊鄰村莊及居民區(qū)，各村莊的污水垃圾仍采用原始的就地傾倒，就地掩埋等方式，沒(méi)有得到有效集中處理．其中，居民生活污水沒(méi)有得到妥善的收集處理，使得生活污水中大量的有機(jī)物、氮及洗滌劑等污染物滲入地下，影響了地下水的水質(zhì)情況，增加了地下水中氨氮及重金屬含量．此外，生活垃圾隨意堆放，沒(méi)有合理健全的防護(hù)與控制措施，垃圾中的微生物及有害物質(zhì)堆積形成垃圾滲透液滲入地下水，也會(huì)對(duì)地下水水環(huán)境造成影響．因此，生活垃圾和污水的隨意排放都是飲用水安全的潛在威脅因素．周?chē)r(nóng)村飲用水衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)，村民的飲水安全得不到保障，也會(huì)使得村民安全飲水成為亟待解決的問(wèn)題．同樣，在縣城城市化速度的加快發(fā)展過(guò)程中也難以避免水環(huán)境污染的發(fā)生．因此，生活垃圾妥善處置和污水處理的配套設(shè)施建設(shè)要配合城鎮(zhèn)和農(nóng)村的發(fā)展速度，以防潛在風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生對(duì)環(huán)境生態(tài)造成重大影響．

5地下水污染防治的對(duì)策與建議

針對(duì)嫩江縣飲用水水源地的現(xiàn)有主要污染源和水環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，剖析飲用水水源地的地下水部分存在的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)及水環(huán)境質(zhì)量變化的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，提出行之有效的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)方案，控制污染的發(fā)生，提出地下水水源地污染防治的一系列對(duì)策與建議．5．1嚴(yán)格控制企業(yè)和城鎮(zhèn)污染源．廢棄糖廠的氧化塘作為潛在污染風(fēng)險(xiǎn)因素所產(chǎn)生的污染已隨著地下水緩慢向下游遷移，對(duì)下游土壤和地下水造成了影響，NH4+質(zhì)量濃度超過(guò)Ⅲ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)值，達(dá)到Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且面積逐漸加大．根據(jù)工作區(qū)地下水水質(zhì)的特點(diǎn)及其成因，建議按照“防治結(jié)合”的原則，把預(yù)防與修復(fù)相結(jié)合，開(kāi)展治理地下水污染等工作．“防”包括隔離氧化塘污染源;對(duì)水源地附近居民區(qū)污水垃圾進(jìn)行水排放點(diǎn)及時(shí)開(kāi)展清理防滲工作，防止污廢水管網(wǎng)滲漏，使污染進(jìn)一步進(jìn)行集中統(tǒng)一無(wú)害化處理;對(duì)水源地附近農(nóng)田的施肥用藥情況進(jìn)行監(jiān)控;加強(qiáng)重點(diǎn)行業(yè)環(huán)境監(jiān)管;引導(dǎo)農(nóng)民合理施肥用藥，控制化肥和農(nóng)藥的使用量．“治”包括對(duì)已有工農(nóng)業(yè)及居民區(qū)的垃圾污，并對(duì)受污染的地下水進(jìn)行修復(fù)防控等工作．5．2建立保護(hù)區(qū)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)．為了能夠更好地對(duì)地下水水源地進(jìn)行管理與保護(hù)，水源地保護(hù)區(qū)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整、劃定并展開(kāi)建設(shè)．通過(guò)保護(hù)區(qū)的建立，開(kāi)展多尺度地下水水源地的污染防治區(qū)劃與治理工作．其中，地下水污染防治工作的規(guī)劃方案應(yīng)做到優(yōu)先保護(hù)地下水飲用水源地、保護(hù)地下水的使用功能、保護(hù)地下水系統(tǒng)的完整性、地下水和地表水統(tǒng)籌兼顧．與此同時(shí)選擇適宜地區(qū)建立地下水監(jiān)測(cè)站或監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)該地區(qū)水質(zhì)動(dòng)態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)．查明該區(qū)域地下水水質(zhì)狀況、污染情況、污染范圍等，對(duì)已發(fā)生的污染采取治理措施，未發(fā)生污染的區(qū)域加強(qiáng)防范．5．3加強(qiáng)保護(hù)意識(shí)和法制監(jiān)管體系．目前，我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的關(guān)注逐漸提升，但是對(duì)水源地污染的嚴(yán)重性與危害性還存在認(rèn)識(shí)不足，水源地污染對(duì)人類(lèi)生活的影響沒(méi)有得到重視．當(dāng)務(wù)之急是轉(zhuǎn)變觀念，提高對(duì)水源地污染的認(rèn)識(shí)與研究．積極開(kāi)展保護(hù)水源環(huán)境活動(dòng)，宣傳飲水水質(zhì)安全的重要性，提高由于水源污染帶來(lái)的疾病、畸形等人類(lèi)災(zāi)難的意識(shí)，將人為污染因素轉(zhuǎn)變成人人環(huán)保行動(dòng)上來(lái)，形成人與水源地共同體;建立健全法律法規(guī)體系．使水源地保護(hù)真正做到有章可循，有法可依;加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)督，制定防治污染緊急預(yù)案．一旦發(fā)生水源地污染事件，能夠立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，實(shí)施制度控制措施和應(yīng)急凈化措施，將污染控制在最小范圍，降低污染對(duì)人們生產(chǎn)生活的影響．通過(guò)對(duì)水源地的合理規(guī)劃、管控城鎮(zhèn)污染源，建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)水源地保護(hù)意識(shí)，從而形成水源地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，為安全飲水，健康身體和諧社會(huì)保駕護(hù)航．

作者:崔迪 侯圣琦 宋金萍 鄧紅娜 谷遜雪 單位:1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院 2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥物工程技術(shù)研究中心