地下水源环境质量红线划定技术方法研究

井柳新　刘伟江　王　东

(环境保护部环境规划院水环境规划部，北京　100012)

地下水源环境质量红线划定技术方法研究

井柳新刘伟江王东

(环境保护部环境规划院水环境规划部，北京100012)

【摘要】地下水源环境质量红线是“生态保护红线”整体框架的重要组成部分，其划定是“建立系统完整的生态文明制度体系，实行最严格的源头保护制度”的充分体现。以地下水饮用水水源一级保护区边界作为地下水源环境质量红线，“红线”内按照饮用水水源一级保护区管理要求实施相应措施。以滕州市某地下饮用水源地为例，利用MODFLOW建立研究区地下水流模型。选用某正常年份4个地下水位观测井的实测数据对模型进行验证。结果显示，4个地下水位观测井，最小误差为0.14m，最大误差为1.87m，模型计算水位与实际水位较为接近。利用MODPATH进行粒子反向追踪，以粒子运移100d所圈定的区域边界作为地下水源环境质量红线。水源地中心位置距红线最大距离为260m，最小距离为150m。

【关键词】环境；地下水；红线；生态；模拟

党的十八届三中全会把划定生态保护红线作为改革生态环境保护管理体制、推进生态文明制度建设最重要、最优先的任务[1]。第十二届全国人民代表大会常务委员会第八次会议修订通过的《中华人民共和国环境保护法》也明确提出“划定生态保护红线”要求。生态保护红线具体可包括生态功能保障基线、环境质量安全底线和自然资源利用上线。界定并执行环境质量安全底线是保障人民群众呼吸上新鲜的空气、喝上干净的水、吃上放心的粮食、维护人类的基本生存环境的重要举措[2-3]。地下水是我国重要的供水水源，全国2/3的城市以地下水为主要饮用水源[4]。但根据《2013年中国环境状况公报》显示，全国309个地级及以上城市的835个集中式饮用水源地达标率为97.3%，也就是说还有2.7%的饮用水源地水质不能达到饮用要求，其中地下水水源地主要超标指标为铁、锰和氨氮。在区域层面上，我国地下水环境质量也显露出了不断恶化趋势，地下水污染已由点状、条带状向面上扩散，由浅层向深层渗透，由城市向周边蔓延[5]。因此，为保障饮水安全，为“让人民群众喝上干净的水”，划定地下水源环境质量红线尤为重要。本文以滕州市某地下水源为例，研究探讨地下水源环境质量红线划定技术方法。

1地下水源环境质量红线内涵

地下水源环境质量红线是环境质量安全底线的重要组成部分。它以地下饮用水源为保护对象，保障地下水源水质、确保地下水源饮水安全，与饮用水源保护区有异曲同工之效。地下水源环境质量红线的划定，是将饮用水源保护区纳入到生态保护红线整体布局的充分体现，是实现“建立系统完整的生态文明制度体系，实行最严格的源头保护制度”的根本要求。

地下水源环境质量红线内要求制定和执行严格的环境准入制度与管理措施。“红线”本身要科学合理，配套的管理制度和政策应具有可操作性。因此，建议以地下水饮用水水源一级保护区边界作为地下水源环境质量红线，红线内按照饮用水水源一级保护区管理要求实施相应措施。

2划定技术方法

利用GMS中的MODFLOW模块，采用概念模型法构建研究区地下水流模型。然后，利用GMS中的MODPATH模块进行粒子反向追踪，并以粒子运移100d所圈定的区域边界作为地下水源环境质量红线[6-7]。

2.1　模型计算原理

在模型中，地下水的渗流特征用如下偏微分方程的定界问题进行描述[8-9]：

(1)

2.2　红线划定步骤

第一步，开展调查，收集资料。对地下水水源地的开发利用现状进行调查，包括供水井数量、位置和供水量等；收集相关水文气象、水文地质、临近地表水监测、地下水监测、生态与环境状况调查、社会经济等方面的基础资料，收集与水源地相关的各类科研和试验的成果。

第二步，建立研究区地下水流模型。在系统分析调查资料的基础上，建立研究区水文地质概念模型，确定边界条件、初始条件、参数分布和源汇项等，利用MODFLOW建立研究区地下水流模型。

第三步，开展模型验证工作。根据前期收集的或后期补充调查的水源地监测井水位资料，利用MODFLOW的模型验证功能对所建立的地下水流模型进行验证。当误差在许可范围内时，证明所建立的模型能够反映研究区的实际状况，否则需要修正或重新构建模型。

第四步，划定地下水源环境质量红线。在已完成的地下水流模型中，利用MODPATH进行粒子反向追踪，以粒子运移100d所圈定的区域边界作为地下水源环境质量红线。

3案例分析

3.1　研究区概况

滕州市位于山东省南部的枣庄市境内，东依山亭区，南接薛城区，西濒微山湖，北邻济宁市。境内的河流属淮河流域南四湖水系，主要河流有界河、北沙河、城河、郭河和新薛河。滕州市地处暖温带半湿润地区，季风大陆性气候明显。多年平均气温13.6℃，多年平均降水量751.3mm，多年平均水面蒸发量1217.6mm。

研究区面积约89.92km2，所在区域属于鲁西台隆山亭凸起区，由其西部的峄山断裂、北部的长龙断裂、南部的桑村穹窿所控制。地层分布有太古界变质岩，古生界寒武系、奥陶系、石炭系，中生界侏罗系，新生界古近系、第四系。依据含水层岩性及赋水特征，研究区主要划分为第四系松散岩类孔隙含水岩组和碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组，两含水岩组水力联系密切。岩溶含水层发育有溶蚀裂隙，连通性好，具有统一的地下水流场，是典型的北方岩溶裂隙含水层，其水力状态可用达西定律描述。

水源地中心位于研究区的西南部排泄区俞寨村附近。目前，水源地取水总规模达到80000m3/d。

3.2　地下水流模型构建

利用GMS中的MODFLOW模块建立研究区地下水流模型。

3.2.1　网格剖分及模型输入

研究区采用100×100m2的网格剖分，剖分有效单元格为4198个。

研究区西南部边界以峄山断裂为界，断裂西侧为不透水的侏罗系粉砂岩与砂质泥岩互层，为隔水边界；北部边界以长龙断裂为界，为隔水边界；东南部边界为桑村穹窿周围的变质岩、岩浆岩，只在浅部发育细密的风化裂隙，导水性和富水性均差，可视为阻水边界；研究区内有一条河流发育，可视为定水头边界。

研究区内地下水主要补给来源为大气降水入渗、地表水渗漏补给和东北部边界侧向径流；主要排泄方式为人工开采和西南部边界侧向径流；研究区水文地质参数参照该水源地水资源论证报告中资料选用。

3.2.2模型运算结果

研究区地下水的整体径流方向为北东向南西，水力坡度沿径流方向逐渐变小(见图1)。

图1　研究区地下水流场模拟结果

3.3　模型验证

选用某正常年份4个地下水位观测井的实测数据对模型进行验证。结果显示，4个地下水位观测井，最小误差为0.14m，最大误差为1.87m，模型计算水位与实际水位较为接近(见图2)，模型模拟效果较好，所建立的模型可以描述研究区内地下水流的实际情况。

图2　观测井实测值与计算值的比较

3.4　红线划定

利用MODPATH粒子反向追踪法，在水源地中心位置释放粒子，使粒子运移100d以圈定该地下水源环境质量红线(见图3)。水源地中心位置距红线最大距离为260m，最小距离为150m。

图3　研究区地下水源环境质量红线划定结果

4结论与讨论

(1)地下水源环境质量红线是“生态保护红线” 整体框架的重要组成部分，其划定是实现“最严格的源头

保护制度”的根本要求。本文建议以地下水饮用水水源一级保护区边界作为地下水源环境质量红线，“红线”内按照饮用水水源一级保护区管理要求实施相应措施。

(2)利用GMS中的MODFLOW和MODPATH模块，构建研究区地下水流模型，同时以水源地中心位置为释放点进行粒子反向追踪，以粒子运移100d所圈定的区域边界作为地下水源环境质量红线。但MODFLOW仅适用于地下水水力条件可用达西定律描述的区域。

(3)以滕州市某地下饮用水源地为例，划定该水源地地下水源环境质量红线。水源地中心位置距红线最大距离为260m，最小距离为150m。

参考文献：

[1]王金南，迟妍妍，许开鹏.严守生态保护红线创新战略环评机制[J].环境影响评价，2014，04：15-17.

[2]高吉喜.国家生态保护红线体系建设构想[J].环境保护，2014，Z1：18-21.

[3]杨邦杰，高吉喜，邹长新.划定生态保护红线的战略意义[J].中国发展，2014，01：1-4.

[4]王春华.我国地下水资源现状与保护策略[J].水利天地，2014，09：11.

[5]方玉莹.我国地下水污染现状与地下水污染防治法的完善[D].青岛：中国海洋大学，2011.

[6]陈学林，胡兴林，王双合，等.地下水饮用水水源地保护区划分关键技术研究[J].水文，2013，06：68-71.

[7]肖杰，钱骏，赵红梅，等.基于MODFLOW数值模拟法的地下水饮用水源保护区划分[J].四川环境，2013，05：83-87.

[8]Jacob Z.Discontinuous Steady-State Analytical Solutions of the Boussinesq Equation and Their Numerical Representation by Modflow[J].GROUNDWATER，2013，51(6)：952-959.

[9]Jones N L，Lemon A M，Kennard M J.Efficient Storage of Large MODFLOW Models[J].GROUNDWATER，2014，52(3)：461-465.

项目资助：环保公益项目“华北平原典型地区地下水污染防控技术体系研究”(编号：201309004)

引用文献格式：井柳新等.地下水源环境质量红线划定技术方法研究[J].环境与可持续发展，2015，40(1)：55-57.

Technical Methods of Delimiting Groundwater Sources Environmental Quality Red Line

JING Liu-xinLIU Wei-jiangWANG Dong

(Department of Water Environmental Planning，Chinese Academy For Environmental Planning，Beijing 100012，China)

Abstract：Groundwater sources environmental quality red line is the important part of the “ecological protection red line” overall framework. It fully embodies the spirit of the Third Plenary Session of the 18th CPC Central Committee. The ground drinking water source protection area boundary should be the red line. Drinking water source protection area management requires should be implemented in the “red line” area. As an example of the underground drinking water in Tengzhou，groundwater sources environmental quality red line was delineated. Four observation wells were selected to validate the model. The results showed that the groundwater flow model could describe the actual situation of the study area. The smallest error was 0.14m and the maximum error was 1.87m. The area boundary of backtracking particle running 100d was the groundwater sources environmental quality red line. The maximum distance from the central position of groundwater source to the red line was 260m，and the minimum distance was 150m.

Keywords：environment；groundwater；red line；ecology；simulate

中图分类号：X323

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2015)01-0055-03

作者简介：井柳新，硕士，工程师，主要研究方向为水环境生态与环境规划管理