华北平原典型地区地下水污染防治区划探讨*

王 东 刘伟江 井柳新 孙宏亮

(环境保护部环境规划院，北京 100012)

华北平原位于重要的经济战略发展区域，地下水是华北平原重要饮用水水源和战略资源。随着经济社会的快速发展，部分城市和工业企业周边地下水污染呈恶化趋势，严重威胁地下水饮用水水源安全[1]。地下水污染治理和修复难度大、成本高、周期长，形势严峻[2]。因此，开展华北平原典型地区地下水污染防治工作非常必要和紧迫。

1 华北平原典型地区污染特点

1.1 水文地质特征

以河北某市作为开展华北平原地下水污染防治区划研究的典型地区。该市位于滹沱河冲洪积扇中上部，所选研究区的面积约2 100 km2，第四系孔隙地下水是其主要供水水源，由于地下水的超量开采，地下水位呈下降趋势，埋深最大达40 m多，区域性地下水降落漏斗已扩展至市区边缘[3]。研究区含水层岩性以砂性土为主，透水性较强，易污染地下水，但随着包气带增厚，对污染物运移可起到一定阻隔和降解作用。

1.2 地下水环境质量现状

研究区内的主要地下水污染问题为“三氮”、重金属和有机污染。

(1) “三氮”超标率达58%，“三氮”污染的空间分布受水文地质条件控制明显，主要以区域分布的形式存在于包气带岩性颗粒较粗、利于地下水垂向补给的山前平原，且以硝态氮污染为主。

(2) 重金属污染主要为铅和六价铬，检出率较高，分别为17%、21%，但仅个别点超标。其中，铅检出点基本上均匀出现在各个地区，只是在城区相对集中，其最大值为0.015 2 mg/L。

(3) 研究区内有机污染较集中，主要分布在该市城区及其下游的栾城境内沿洨河一线。检出指标达20余种，检出率较高的为三氯甲烷、四氯乙烯、四氯化碳。超标有机污染指标5个(四氯化碳、苯、1，1，2-三氯乙烷、1，2-二氯丙烷和氯乙烯)，其中1，1，2-三氯乙烷超标率高达37%。

1.3 主要风险源分析

化工、机械制造、纺织、印染、焦化、制药是研究区的重要工业，区内广泛存在的旱井、渗坑、渗井和地表河渠排污对区内地下水构成直接威胁。由于历史的原因，化肥厂、农药厂和垃圾填埋场建于滹沱河河滩地或地下水水源补给区，是地下水的潜在污染源，已构成对地下水的威胁。

该市滹沱河水源地等4个地下水水源地目前水质达标，但水源地一级、二级保护区范围内共存在145个工业企业，对地下水饮用水水源环境安全造成威胁。

2 地下水污染防治区划方法

地下水污染防治区划工作的主要流程[4-8]包括：(1)确定评估范围；(2)收集资料；(3)地下水污染源荷载、地下水脆弱性和地下水功能价值的指标体系评价；(4)地下水污染现状评估；(5)地下水污染防治区的划分。

2.1 地下水污染源荷载

单一地下水污染源荷载指数计算公式如下：

Pi=T×L×Q

(1)

式中：Pi为第i类地下水污染源荷载指数；T、L、Q分别为污染物毒性、污染源释放可能性、可能释放污染物的量所对应等级的赋值，具体见文献[9]。

地下水污染源荷载综合指数(P)计算公式：

P=∑(Wi×Pi)

(2)

式中：P为地下水污染源荷载综合指数，数值越大，表明地下水污染源荷载越强；Wi为第i类污染源类型的权重。

对地下水污染源荷载综合指数进行等间距分级，一般划分成5级，按地下水污染源荷载由强到弱依次分为强、较强、中等、较弱、弱，在地理信息系统(GIS)平台下编辑得出地下水污染源荷载综合分区图。

2.2 地下水脆弱性

地下水脆弱性评价建议采用DRASTIC模型。DRASTIC模型由地下水位埋深、净补给量、含水层厚度、土壤带介质、地形、包气带介质类型和含水层渗透系数等7个水文地质参数组成。模型中每个指标都分成几个区段，每个区段赋予评分。然后，根据每个指标对地下水脆弱性影响大小，计算相应权重，最后通过加权求和，得到地下水脆弱性指数(D)。

2.3 地下水功能价值

在明确地下水使用功能的基础上，地下水功能价值的计算综合考虑两个方面因素：地下水水质和地下水富水性。不同的使用功能其地下水水质和地下水富水性的评分标准也不同。计算公式如下：

V=VQ×VW

(3)

式中：V为地下水功能价值综合指数；VQ、VW分别为地下水水质、地下水富水性所对应等级的赋值，具体见文献[9]。

2.4 地下水污染现状

地下水污染现状评估是指在不同的地下水使用功能区内评估人类活动产生的有毒有害物质的程度。主要采用“三氮”、重金属和有机污染物等有毒有害污染指标，在扣除背景值的前提下进行评估，直观反映人为影响的污染状况，根据评估指标超过标准的程度进行分区。基于GIS平台，编制地下水污染现状分区图，主要反映地下水中“三氮”、重金属和有机污染物在评估区的分布情况。

2.5 地下水污染防控值的计算

根据地下水污染源荷载、地下水脆弱性和地下水功能价值的评分结果，采用式(4)计算得出不同区域的地下水污染防控值(R)。地下水污染防控值一般采用等间距法划分为高、中、低3个等级，在GIS平台下编辑成图。

R=P×D×V

(4)

3 华北平原典型地区地下水污染防治区划

对研究区开展地下水污染防治区划，基于GIS平台，将该区划分为保护区、治理区和防控区，并在一级防治区划的基础上进行二级防治区划。

3.1 地下水污染防治区划原则

3.1.1 保护区

(1) 对于明确地下水饮用水水源、特殊使用功能区域，且地下水污染现状评估结果是未超标区，则评定为相关使用功能的保护区。

(2) 在已确定的地下水饮用水水源保护区范围内，二级防治区划的划分需按照《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T 338—2007)确定的一级保护区、二级保护区及准保护区进行分区和分级。

(3) 在已确定的地下水特殊使用功能(一般指饮用矿泉水、地热水和盐卤水等)区域，二级防治区划需叠加地下水污染防控值的计算结果。根据地下水污染防控值确定优先等级，一般划为二级保护区(防控值高区)和准保护区(防控值中或低区)。

3.1.2 治理区、防控区

(1) 对于明确地下水饮用水水源、特殊使用功能区域，且地下水污染现状评估结果为超标区，并确定为人为污染，则评定为相关使用功能的治理区。

(2) 对于地下水饮用水水源和特殊使用功能的治理区范围，一般划分为两级，即优先治理区(已发生人为污染超标的地下水饮用水水源功能区)、重点治理区(已发生人为污染超标的特殊使用功能区)。

(3) 对于农业用水、工业以及其他不明确地下水使用功能区域，若地下水污染现状评估结果为未超标区，则一般认定为防控区；若地下水污染现状评估结果为超标区，且确定为人为污染，则开展地下水健康风险评估，如健康风险评估结果未超过可接受健康风险水平，则一般认定为防控区，如健康风险评估结果超过可接受健康风险水平，则认定为治理区。

(4) 在步骤(3)中划分的防控区范围内，二级防治区划需根据使用功能叠加地下水污染防控值的计算结果划分。若为农业用水区，其划分为优先防控区(防控值高区)和重点防控区(防控值中或低区)；若为工业及其他不明确使用功能区域，则划分为重点防控区(防控值高区)和一般防控区(防控值中或低区)。

3.2 地下水污染防治区划结果

采用地下水污染防治区划方法，在地下水污染风险评价与污染现状评估的基础上，进行研究区浅层地下水污染一级和二级防治区划，结果见图1和表1。在区划时，考虑了地下水的特殊功能价值分区，即结合地下水源地一级保护区、二级保护区和准保护区进行区划。保护区、防控区、治理区面积分别为577.4、1 459.2、10.5 km2。

注：A～E为治理区编号。

表1 研究区浅层地下水污染二级防治区划

从与污染分布关系来看，治理区主要分布在有机污染严重带，说明有机污染物是主要治理目标，主要的有机污染物是三氯甲烷。优先防控区则主要分布在研究区的北部及西南角，这与重金属的污染空间分布相类似，说明重金属是防控区内主要防控目标，主要的重金属指标是铅。

治理区A：为某水源地保护区的中污染区，二级防治区划为优先治理区。主要污染指标为重金属铅，最大值为0.003 1 mg/L。

治理区B：为该市滹沱河水源地保护区的中污染和较重污染区，二级防治区划为优先治理区。该治理区北部主要污染为重金属铅，最大值为0.005 7 mg/L；南部主要污染为四氯化碳和铅，其最大值分别为229.10、0.013 0 mg/L。根据调查到的污染源分布情况，推测北部受到纺织印染厂、电镀厂及垃圾填埋场影响所致，南部则可能受包括该市制药厂在内的化工园区影响所致。

治理区C：东部为某水源地区保护区的中污染区，西部为该水源地保护区中的较重污染区，其相应的二级防治区划为优先治理区。该治理区主要污染为三氯甲烷，最大值为0.73 mg/L。根据污染源分布情况，推测受某化肥厂影响所致。

治理区D：为某水源地区保护区的中污染区，其二级防治区划为优先治理区。主要污染为三氯甲烷，其最大值为16.70 mg/L。根据污染源分布情况，推测受生物制药厂或垃圾填埋场影响所致。

治理区E：为洨河西南岸极重污染区，其二级防治区划为优先治理区。该治理区主要污染为三氯甲烷，其次为铅，其最大值分别为18.60、0.003 7 mg/L。根据污染源分布情况，推测受附近的多个化工厂影响所致。

4 结 论

(1) 研究区内的主要地下水污染问题为“三氮”污染、重金属污染和有机污染。区域内“三氮”超标率达58%；重金属污染主要为铅和六价铬；有机污染主要分布在该市城区及其下游的栾城境内沿洨河一线，检出指标包括三氯甲烷、四氯乙烯、四氯化碳等20余种。

(2) 基于GIS平台，综合地下水污染源荷载、地下水脆弱性和地下水功能价值的指标体系评价，结合地下水污染现状，完成地下水污染防治区的划分。将地下水污染防治区划分为保护区、治理区和防控区。

(3) 对研究区浅层地下水污染进行一级和二级防治区划。保护区、防控区、治理区面积分别为577.4、1 459.2、10.5 km2。其中，一级保护区、二级保护区、准保护区面积分别为263.4、248.4、65.5 km2；优先、重点、一般防控区面积分别为0.2、1 386.4、72.6 km2；治理区均为优先治理区。

[1] 王明玉.中国地下水污染有效防控探析[J].水资源管理，2012，27(4)：462-468.

[2] 王焰新.地下水污染与防治[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 孟素花.华北平原地下水脆弱性及污染防治区划研究[D].石家庄：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，2011.

[4] 黄振芳，刘昌明.基于博弈论综合权重模糊优选模型在地下水环境风险评价中的应用[J].水文，2010，30(4)：13-17，35.

[5] 金爱芳，李广贺，张旭.地下水污染风险源识别与分级方法[J].地球科学(中国地质大学学报)，2012，37(2)：247-252.

[6] 申利娜，李广贺.地下水污染风险区划方法研究[J].环境科学，2010，31(4)：918-923.

[7] 吴顺泽，孙宁，卢然，等.重金属污染综合防治实施进展与经验分析[J].中国环境管理，2015(1)：21-28.

[8] 杨磊，黄敬军，陆徐荣.地下水污染防治区划研究[J].地质学刊，2014，38(2)：298-301.

[9] 环境保护部.地下水污染防治区划分工作指南(试行)[R].北京：环境保护部，2014.