宁西平原地下水污染现状及保护对策

胡海军,董广福,陈淑青

(山东省宁阳县水务局,山东宁阳 271400)

1 概况

宁阳县位于山东省的中南部,属泰安市辖区,总面积1125 km2,人口 80万人。宁阳县地势东高西低,由于特殊的地理位置及水文地质条件,县域分属黄河、淮河两大流域。宁阳县多年平均降雨量 650 mm,多年平均水资源量 3.15亿m3,多年平均地下水资源量 2.01亿m3,2008年全县人均占有水资源量 390m3,亩均水资源量 343m3,属于严重缺水地区。

宁西平原位于宁阳县西部,属淮河流域,面积 285 km2,区内的宁阳县城是宁阳县的政治文化中心,另外还有宁阳县重要的化工、造纸、煤碳、纺织等支柱产业。宁西平原北起汶河南岸,上层为第四系冲、洪积层,厚度约 20～213m,由北向南渐厚,主要岩性为亚砂、细砂及粗砂砾石,含水层厚度平均8m,含水层为砂及粗砂砾石,赋水系数大,地下水径流和开采条件较好,单井出水量一般大于 50m3/h。含水层透水能力强,渗透系数在 100～150m/d之间。地下水流向由北向南,水力坡度 1/1000。地下水的主要补给来源主要有:大气降水,大汶河侧渗,水利工程渗漏补给,灌溉回归。

宁西平原主要地下水源为上层的第四系冲洪积层的潜水和下层伏山 -茅庄隐伏灰岩的承压水。上层潜水的地下水开发利用程度较高,目前共有深浅机井 3170眼,实灌耕地面积 30多万亩;深层伏山-茅庄地区隐伏灰岩的承压水,目前为县城生活饮用水水源,供水对象为县城居民、部分农村居民,供水人口 20余万人,是宁阳县十分重要的生活饮用水水源地。

2 地下水污染现状

地下水污染危害巨大,严重威胁着人民群众的健康和生命安全。地下水污染与地表水污染明显不同,即其隐蔽性和难以逆转性。地下水一旦受到污染,便很难治理与恢复。在我国尤其是北方地区,地下水是重要的生产和生活用水,地下水污染严重地影响了地下水的使用价值。

图1 宁西平原 76号观测井水化学项目统计表

在上世纪 80年代以前,宁西平原地下水水质良好,水量丰富,是宁阳县县城和西部工农业和生活用水的主要水源地。随着社会经济的快速发展,到上世纪 90代中期,宁西平原地下水水质明显恶化。据宁西平原 76号观测井观测数据(见上图),从 1986～2005年 20年的时间,井水中离子总量从 585 mg/L增长到 1045 mg/L,平均每年增加 23 mg/L,总硬度从 410 mg/L增长到 590 mg/L,平均每年增加 10 mg/L,而且还呈缓慢增长趋势。

宁西平原的地下污染现状较为严重,据现有的监测资料分析,主要的超标项目有硝酸盐氮、总硬度、硫酸盐、氟化物、氯化物、大肠菌群等。其中硝酸盐含量最高的地区达 85 mg/L,超国家饮用水标准 3.25倍。总硬度含量最高的地区为 1040 mg/L,超国家饮用水标准 1.3倍。据不完全统计,近年来宁西平原和沿汶地区群众的癌症发病率较高,据有关医生分析,与地下水污染有较大关系,主要与硝酸盐氮的含量较高有关。

深层承压水的水质较浅层地下水为好,但由于大规模开采地下水,引起降落漏斗,受到地表水和浅层地下水的补给,水质也有不同程度的污染。由于地下水的循环时间很长,据有关专家测算,深层地下水的循环时间长达数千年,所以一旦被污染,很难被清除,会导致可利用水资源的严重缺乏,严重制约社会经济的发展和人类社会的进步。

3 地下水污染的原因分析

3.1 大汶河侧渗

大汶河在六十年代以前,河水清澈见底,水质良好,随着工农业生产的不断发展,大汶河也已成为严重受污染河流之一,特别在枯水季节,天然径流少,大汶河水基本上为上游工矿企业所排废污水,严重影响了人民的生活和身体健康。

表1 大汶河大汶口桥断面历年水质状况 mg/L

以大汶河大汶口桥监测断面 1994～2003年 10年的监测资料分析可知,大汶河干流河水常年为超Ⅴ类水,污径比最高的年份达到 0.8;CODcr的含量高达 3 046mg/L,超地表水Ⅴ类水标准 75倍;氨氮的含量最高达 31.7 mg/L,超地表水Ⅴ类水标准 15倍。在枯水季节污染物的含量还要更高。

由于特殊的水文地质条件,宁西平原北临大汶河,地势北高南低,大汶河自堽城里以上,两侧地下水补给河水,自堽城里以下,北岸地下水补给河水,南岸河水补给宁西平原地下水。宁西平原与大汶河的补给边界长达 11 000m,地下水多年平均补给量达 903万m3,大量汶河水对宁西平原的补给,造成宁西平原地下水中污染物含量大幅增加,水质状况不断恶化。

3.2 污水灌溉

随着水资源的日益紧张,污水灌溉增多,宁西平原的污水灌溉面积大幅度增加。宁阳县建有两大引汶工程:东引汶灌溉工程和西引汶回灌补源工程。两项工程自建成以来,增加了宁西平原的农田实灌面积,对宁阳的经济发展起到了巨大的作用,发挥了较大的经济效益。但由于地表水灌溉,无论是提水还是自流,相对于井灌,灌溉成本较低或甚至是零成本,部分地区甚至在枯水季节也大量依赖引汶干渠水或洸河、宁阳沟等河道地表水,导致大量污水灌溉。利用污水灌溉虽然在一定程度上缓解了水资源短缺的矛盾,但由于宁西平原为冲洪积平原,上层覆盖着较厚的砂、粗砂砾石,经分析渗透系数高达 0.3～0.35,灌溉污水大量下渗补给地下水,造成了地下水污染进一步加剧。

3.3 农业生产农药化肥的大量施用

农用化学物质的不合理使用是造成地下水污染的又一重要原因。据统计分析,宁西平原为宁阳县重要的粮食产区,农药化肥的使用量逐年增加。2008年宁西平原农药施用量 260 t;化肥施用量 22500 t,其中氮肥 10125 t,磷肥 3375 t,钾肥 2250 t,复合肥 6750 t。不合理地使用化肥,导致土壤板结、地力下降,进一步加剧了水体富营养化。过量施用农药、化肥,使农药、化肥大量残留,经淋溶和灌溉后,污染物随地表水下渗污染地下水。

3.4 生活污水和工业废水的大量排放

随着社会经济的快速发展,城镇化进程的加快,企业废水和城镇污水大多未经处理随意排放,导致排污河道两岸大面积污染。任意排放的工业废水和生活污水又通过地表水下渗而严重污染地下水体。同时,近年来由于农村人民生活水平的不断提高,所产生的生活垃圾和生活污水不断增多,而相对于城市而言,农村又缺乏必要的垃圾和污废水处理设施,大量的垃圾任意堆积或直接投入河道,垃圾经雨水淋溶后污水与农村生活污水直接流入河道,成为了水环境污染的又一重要原因。

3.5 地下水超采引起的地下水污染

近年来,由于社会经济的快速发展,工业生产和农业灌溉大量开采地下水。宁西平原年均地下水开采量已达 9286万m3,年均超采地下水 1779万m3,致使地下水位不断下降。据 76号井观测资料分析,在过去的 26年中,地下水位平均每年以 0.4m的速度下降。据监测目前在县城区已经出现 20 km2的地下水降落漏斗。降落漏斗的出现,使遭到污染的地表水加速补给地下水,加剧了地下水的污染。

4 地下水污染防治措施

4.1 治理大汶河

大汶河为黄河下游较大的支流之一,由东向西流入东平湖,其上游莱芜、泰安和新泰地区的工业较为发达。治理大汶河首先要从污染物排放根源抓起,首先要减少工矿企业污废水的排放量,抓好入河排污口的监督管理工作,加大城市污水处理厂的建设。其次要加大对河道的治理和管理,规范河道的采砂和取土,加强河道两岸的绿化,增强河道自身的自净能力。

图2 宁阳县 76号井地下水位过程线

4.2 杜绝污水灌溉

由于河流水量季节性变化明显,枯水季节径流量很小,大汶河和区内的洸河、宁阳沟等河流的主要水源来自沿河排放的工业废水和生活污水,污径比增加,因此,在枯水季节要坚决杜绝利用污染的地表水灌溉农田;而丰水季节降水增多,河水径流量大,污染物扩散稀释较强,浓度明显下降,水质明显好转,因此,在丰水季节要加大引汶水量,大量利用引汶客水,对宁西平原进行回灌补源,补充地下水,以便枯水季节来临时有充足的灌溉水源。

4.3 控制污染源

加强污染源的排查,特别是要做好入河排污口的监督管理工作,严把入河排污口审批关,坚决控制入河排污口污废水排放量,兴建农村垃圾处理厂,做好水域纳污能力分析,通过扩建城市污水处理厂和兴建农村城镇污废水处理设施,削减水体污染浓度。

4.4 合理施用农药、化肥,减少的农药、化肥流失

一是控制化肥、农药的污染 流域内要科学合理施用化肥、农药,降低化肥、农药使用量。发展高效、无污染肥料和有机肥料,大力推广配方施肥、化肥深施和平衡施肥技术,提高科学施肥水平,减少化肥使用中的流失污染;推广高效、低毒无毒、低残留无残留化学农药和作物病虫害综合防治技术。大力推广使用生物农药,推广粉尘法喷雾,适当减少施药次数;要控制使用高毒、高残留的有机磷农药,把化肥、农药污染控制在最低限度;二是大力发展生态农业 生态农业是实现农业生产、农村经济与资源环境协调发展的成功模式。要树立生态观念,加大农、林、牧、渔环境污染源管理力度,控制水土、有机质流失和土壤污染,大力推广有机农业和生态农业,引导农民开发和生产有机食品。

4.5 完善地下水监测网络

根据地下水开发利用情况和地下水超采现状,核定地下水动态监测区,分区分层建立永久或临时的水量和水质监测站,从源头上对整个宁西平原地下水开采实施动态监测和严格控制,优化地下水监测网络,统筹地下水的区域监测与典型监测、常规监测与专门监测、客观需要与实际可能,用 1～3年的时间,逐步完善宁西平原的地下水监测网络。一是加强对深层地下水和县城城市饮用水水源地的监测。二是提高专门监测井的比例。三是提高自动化监测的水平,通过安装自动监测仪,实现自动化监测,逐步减少人工监测的比例。通过完善地下水监测网络,合理开发利用地下水资源,科学制定水资源保护措施,防止地下水过量开采与污染,保护地质环境。

4.6 统一规划管理地下水,建立和完善地下水资源开发利用和保护制度

加强水务一体化建设,改革“多龙管水”为“一龙管水”。建立集防洪、水源、供水、用水、节水、排水、污水处理及回用一体化管理,实行统一规划、统一取水许可、统一配置、统一调渡、统一管理。也就是说统一由水务部门对水质和水量负责,保障水资源环境与经济社会协调发展。