鹰手营子矿区地下水水质的农业影响分析

郭巾巾，武智勇，马志军

（1.河北民族师范学院资源与环境科学系，河北 承德 067000；2.河北省地矿局第四地质大队，河北 承德 067000）

随着社会经济的发展，地下水的开发利用规模日益增大，地下水环境质量的优劣直接关系到城市建设、人民生活和环境保护等一系列问题［1，2］。矿区水环境问题一直是困扰矿区可持续发展的突出问题，也是限制矿区城市发展的重要因素。矿区地下水作为重要的水体，对地表水及矿井水均有不同程度的影响。矿区城市地下水作为区域居民生活和生产用水时，应特别关注因矿产资源开采对水量和水质产生的影响［3］。诸多学者对矿区地下水的研究多集中于水化学特征［4-7］、重金属［8，9］及水环境质量评价［10-12］。如，许光泉等［7］选取安徽省淮北平原浅层地下水为研究对象，分析了影响地下水水质的主要因素；张传奇等［9］分析了地下水中重金属特征、常规离子特征及其来源；王勇等［12］以淮北某矿区为例，对矿区地下水水环境质量进行了评价分析。本研究对鹰手营子矿区的地下水进行布点采样，利用监测数据，采用内梅罗指数法进行评价，为该地区地下水环境的防治保护工作提供理论参考。

1 数据来源与方法

1.1 研究区概况

鹰手营子矿区位于河北省承德市西南部，地处兴隆县北部山区，除东北部分边界与承德县接壤外，其余均与兴隆县境相接。区内包括鹰手营子镇、汪家庄镇、马圈子镇和寿王坟镇4 个镇，面积146.5 km2，是承德市的传统矿区。该区地处冀北资源富集地区，矿产资源丰富，有煤、铁、铜、钼、石灰岩、耐火黏土等矿种，矿产资源开发历史较长，对环境造成严重破坏，产生的矿山地质环境问题又对生态环境、工农业生产和人民群众生活带来严重影响，采矿产生的大量废石和选矿过程中产生的大量尾矿不仅占用了大量的土地和农田，同时还破坏了植被和生态景观，污染了地表水和地下水资源。

由于绝大部分矿区矿层（体）位于当地侵蚀基准面以下，矿山开采过程中长期大量抽排地下水，导致区域地下水位大幅度下降，破坏了地下水系统的平衡，造成天然流场改变，引起水资源短缺、泉水干枯、地面塌陷以及地面沙化、土壤干化，植被生长受到影响。据统计，河北省矿山多年平均年疏干排水量约6 亿m3，破坏区域水平衡面积达150 万hm2以上。该矿区现有尾矿库7 座，固体废弃物累计积存量约6 000 万t。根据承德市矿山地质环境影响评估结果，全区分为9 个重点治理区，目前已基本恢复治理的仅有2 个区，其他主要为煤、铁、有色金属矿山中的采矿相对集中区。对承德市地下水的动态研究结果表明，该区地下水资源大都遭受工业及生活污染，水化学类型不稳定，地下水的矿化度为全市最高，其常规离子含量比一般地区高出1 倍至数倍，特殊地段范围加大，常规离子含量有所上升。

1.2 数据来源与处理

通过实地调查发现，鹰手营子矿区目前已经废弃的饮用水源地有4 个，水源地类型全部为地下水，分别为城建水源地、董庄水源地、马圈水源地及老厂子水源地。由于水源地的多年使用，其水源井的水位严重下降、供水不足，已不能满足当地供水需求，2012 年9 月该区政府启用了小跳沟和金扇子2 个新水源地。

目前，全区集中供水部分全部由上述2 处水源地供水，取水量约1.5 万m3/d，水源地的具体信息如表1 所示。通过对鹰手营子矿区目前在用的2 个水源地进行采样测定，并将金扇子水源地1 号井和小跳沟水源地1 号、2 号、3 号井所采水样依次编号为1#~4#，系统分析研究区地下水水质状况，并对水质污染状况进行评价。

表1 鹰手营子矿区饮用水水源地信息

1.3 研究方法

根据《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）规定，利用内梅罗指数法进行计算，水质类型参照表2。公式如下：

式中，F为内梅罗指数，其中F<0.80 为优良、0.80~2.50 为良好、2.50~4.25 为较好、4.25~7.20 为较差，>7.20 为极差为各单项组分分值的平均值；为单项组分评价分值中的最大值；n为项数。

2 结果与分析

2.1 调查结果

此次采样严格按照环境保护标准《地下水环境监测技术规范》（HJT 164—2004）的要求执行，检验标准按《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）与《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）Ⅲ类执行，具体检验结果见表2。由表2 可以看出，水样的硝酸盐超 过 了 GB 5749—2006 和 GB/T 14848—93 限 值/标准值。

根据《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）对其中的参评项进行计算，其中各水样的参评指标均为27 项，各单项组分评价分值Fi参照标准规定，即Fi优于或等于Ⅰ类标准分值为0、介于Ⅱ类标准范围内分值为1，介于Ⅲ类标准范围内分值为3，介于Ⅳ类标准范围内分值为6，介于Ⅴ类标准范围内分值为10。通过标准给出的综合评价法，利用公式（1）求得研究区域的各参数，结果见表3。

由表3 可知，4 个水井达到Ⅲ类水质的指标不相同，金扇子水源地水井为总硬度、挥发酚类和汞；小跳沟水源地1 号水井为铜、挥发酚类和汞，2 号水井为铜、挥发酚类和硝酸盐，3 号水井为铜、挥发酚类和硝酸盐；其他指标大都属于Ⅱ类以上水质，结合内梅罗指数法的评价结果，鹰手营子矿区地下水源水质良好。

表2 鹰手营子矿区地下水水质检测结果

表3 鹰手营子矿区地下水质量评价结果

2.2 结果分析

2.2.1 土地利用现状 金扇子水源地一级保护区面积共计0.01 km2，保护区范围内无工业企业，主要以居民及耕地为主，有金扇子村4 户居民，居住人口约15 人，农田0.13 hm2，主要种植作物。该水源地目前的土地利用情况如图1 所示。

小跳沟水源地一级保护区面积为0.25 km2，二级保护区面积1.64 km2，保护区范围内无工业企业，主要以居民及耕地为主，小跳沟水源地一级保护区内无居民，二级保护区内有小跳沟村居民44户、北营房镇居民24 户，居住人口合计约240 人；小跳沟水源地一级保护区内无农田，二级保护区内有农田约72 hm2，主要种植作物为玉米。土地利用情况详见图2。

2.2.2 生活污水排放及污染物排放量 按照《河北省行业用水定额》，并结合当地实际，确定农村生活用水定额为60 L/（人·d），按此计算各水源地保护区生活污水排放量。

生活综合排水量可根据城市周边河流分布、管网分布与污水处理厂分布等情况估算排放系数和排水量，公式如下。

污水排放系数依据《室外排水规范》（GBJ 14—1987）确定污水排水量为用水量的80%。生活污水平均浓度根据实际调查资料、农村生活污染源源强系数并结合相关资料进行分析，参考农村人口数确定人均污染物浓度，其中化学需氧量（COD）为200 mg/L、氨氮为40 mg/L。由此可以得到各水源地保护区生活废水排放及污染物排放量如表4。经分析可知，2个水源地周围居民每年所产生的生活废水总量差别明显，其中金扇子水源地所排放的生活废水总量较小，废水中化学需氧量与氨氮排放量很小，因此对该水源地地下水所能产生的影响极小，几乎可以忽略不计；而小跳沟水源地由于周围居民多，每年所排放的生活废水总量可达11 520 t，且化学需氧量与氨氮排放量较高，是金扇子水源地的15 倍左右，因此可能污染了该水源地的地下水，使得水源地的F高于金扇子水源地。在调查中发现，小跳沟水源地周围村庄里没有设置集中式污水收集处理系统，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，仅部分农户在自家屋外建有简易的下水井用于储存污水，这种生活废水排放方式使得每年化学需氧量与氨氮的排放量很高，并且污水直排的形式也使得含氮污染物随生活污水下渗到土壤中，从而对地下水水质和环境质量构成一定的威胁。该水源地水质评价结果也显示有2 处水井硝酸盐含量超标，间接证明该保护区需要加强生活污水的处理与管控，避免含氮污染物的排放，才能防止该水源地水质的恶化。

表4 各水源地保护区生活废水排放及污染物排放量（单位：t/年）

2.2.3 农田径流污染物排放量 按照《全国饮用水水源地环境保护规划技术大纲》给出的标准农田源强系数为COD 154 kg/（hm2·年）、氨氮31 kg/（hm2·年）。根据当地实际保护区内农作物种植面积，确定各级保护区的农田径流污染物流失量。由计算结果（表5）看出，小跳沟水源地保护区内农田径流所排放的化学需氧量高达10.80 t/年，是金扇子水源地的540倍；氨氮排放量为2.160 t/年，是金扇子水源地的540倍；因此农田径流所排放的污染物也是造成2 个水源地水质评价结果差异的一个重要原因。小跳沟水源地尤其需要重视该保护区内农田径流所排放的化学需氧量和氨氮的排放量对水质的影响。结合2 个水源地土地利用情况可知，小跳沟水源地由于二级保护区内农田面积大，且通过访问调查发现，保护区内农田主要种植玉米，为了保障玉米产量，农户多使用尿素等肥料，由于施用水平有限，所施加的肥料多以降雨淋溶的形式随雨水渗入地下。据当地相关部门的统计资料，发现降雨淋溶损失的氮占化肥氮施入量的25%。因此，想要控制该水源地含氮污染物的排放，需要加强对该地区尿素等化肥施用的管理。

表5 保护区内农田径流污染物排放量 （单位：t/年）

3 小结

1）调查结果显示，小跳沟水源地保护区内及周边分布有大量居民，均无集中式污水收集处理系统，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，然后下渗到土壤中。部分农户在自家屋外建有简易的下水井来储存污水，但最终还是会下渗到土壤中，对地下水构成一定的威胁。

2）水源地周围分布有大量农田，种植作物多为玉米，使用肥料主要为尿素，通过降雨淋溶损失的氮占化肥氮施入量的25%，该部分损失的氮肥随降雨渗入地下，对地下水环境造成潜在的威胁。

3）氨氮和化学需氧量排放量的统计结果显示，小跳沟水源地无论是生活废水排放量还是农田径流方面都远高于金扇子水源地，应加强对该处水源地的水质监测，使该处的水质供应得到有效保障。