基于ArcGIS的韶关市浅层地下水污染源荷载评估

胡建中，韦俊宏，郭 超，谭 发

(广东省有色矿山地质灾害防治中心，广东 广州 510000)

地下水是水资源的重要组成部分，具有重要的资源属性和生态功能[1]，在城市供水、农田灌溉、工业生产等方面发挥着十分重要的作用。人类工程活动对地下水的影响日趋严重[2-3]，城镇生活污水和工业废水排放、农业面源污染导致地下水污染问题不容忽视。地下水具有复杂性和隐蔽性的特点，一旦受到污染，其修复和治理非常缓慢且困难[4]。随着《地下水管理条例》的发布，为地下水污染防治提供了法治保障，并开创地下水管理保护新局面。

地下水污染防治重点在于“防”[5]，管控地下水污染源是进行污染防控的关键。地下水污染源荷载评估是量化污染源对地下水影响的一种方法，同时也是开展地下水污染防治的重要技术依据。王潇等[6]、朱飞等[7]、Huang等[8]对地下水污染风险评价时均进行了地下水污染源荷载的评估，并量化了各种污染源对地下水的影响。

韶关市地处珠江三角洲重要饮用水水源北江的上游，其地下水资源安全事关广东长远发展和国家战略。本研究根据韶关市地下水污染调查项目的有关成果，基于ArcGIS采用评分指数法对韶关市地下水污染源荷载进行评估，为韶关市地下水污染防治提供了科学依据，同时为其他地区的地下水环境保护提供重要的借鉴和参考。

1 地下水污染源分析

1.1 韶关市人类工程活动

1.1.1 工业聚集区(工业园)

根据《2019年韶关市水资源公报》，2019年度韶关市用水户废污水排放量达3.22亿 t，其中城镇生活废污水占26.3%，第二产业废污水占64.7%，第三产业废污水占9.0%。工业废水等有毒有害废水处理不达标或直接排放水体，渗入地下水中，造成地下水水质污染；工业废气如二氧化硫、氮氧化物等随降雨落到地面，通过地表径流下渗对地下水造成污染；工业废渣由于露天堆放或者地下填埋防渗防漏措施不合理，雨水淋滤，其中的有毒有害物质随雨水渗入地下水，或随地表径流迁移过程中下渗入地下水，引起地下水污染。

1.1.2 矿山开采区

据《韶关市矿产资源总体规划(2016-2020年)》共筛选出191个涉及污染地下水的矿山开采区，矿山种类包含有铅锌矿、钨矿、铜硫矿等。陈志良等[9]指出大宝山尾矿库及周边区域地下水环境风险主要来源于重金属镉(Cd)。重金属污染的非生物可降解性及其在土壤、水体及生物体中的累积特性，已成为全球性的污染问题。

1.1.3 城镇区

城镇区中各种加油站地下管线及储罐渗漏产生的污染也是不容忽视的。据统计，韶关市现有在运营加油站244座。生活污染主要是废水、垃圾、粪便，主要分布于韶关市区城区、各乡镇等人口较集中区域。

1.1.4 农业区

农业污染源主要涉及水稻田区及规模化畜禽养殖场(小区)。农药及化肥的施用是农业生产过程中产生的主要污染源，均属面污染源。抗生素药物是规模化畜禽养殖场主要污染源，污染地下水和地表水。

1.2 韶关市地下水污染源

参考《地下水污染防治分区划分工作指南》[10](以下简称《指南》)中地下水污染源的分类，结合韶关市污染调查结果，选定工业污染源、矿山开采区、垃圾填埋场、农业污染源、高尔夫球场、加油站及危险废物处置场7类重点污染源。

韶关市各区县污染源个数统计见表1，总共收集到韶关市评估区内898个污染源点。从地理位置上看，污染源点主要分布在曲江区(13.59%)、南雄市(13.47%)和翁源县(13.25%)。韶关市地下水污染源主要以工业污染源、加油站和矿山开采区为主，分别占污染源总数的34.52%、27.17%、21.27%，且污染源荷载权重较高，分别为5、5、3，对韶关市地下水造成严重的威胁。

2 污染源荷载评估体系及方法

2.1 单个污染源荷载风险评估指标体系

地下水污染源荷载评分指数法根据《指南》，单个污染源荷载风险指数计算公式如下：

Pi=Ti×Li×Qi

(1)

式中：Pi表示污染源i的污染源荷载风险指数，Ti表示污染源i的污染物毒性，Li表示污染源i的污染源释放可能性，Qi表示污染源i可能释放污染物的量。

2.1.1 工业污染源

通过收集2017至2019年《韶关市重点排污单位名录》重点排污单位及韶关市土壤污染状况调查和详查报告，共统计出310个工业污染源。本次调查无法收集到废水排放量的污染企业，其企业的废水排放量按5000～10 000 t/a来统计，污染物可能释放的量(Q)依据《指南》要求按4赋值。

2.1.2 矿山开采区

包含有色金属矿采选业、非金属矿采选业、黑色金属矿采选业及煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业(含大、中、小、超大规模)，煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业5个，黑色金属矿采选业13个，有色金属矿采选业52个，非金属矿采选业46个；矿区(床)规模超大型2个：大型5个：中型26个，小型83个。污染物毒性指标(T)、污染源释放可能性(L)、可能污染物释放的量(Q)依据《指南》要求进行赋值。

2.1.3 垃圾填埋场

韶关市县级生活垃圾卫生填埋场的污染防渗措施都经无害化处理，且等级较高。可能污染物释放的量(Q)与填埋量有密切关系，按照体积为103m3的填埋量进行评分。

2.1.4 农业污染源

本次项目农业种植按水田进行处理，根据《韶关市2020年统计年鉴》公布的各个区县耕地面积及化肥年使用量(折纯)数据，对韶关10个区县面状污染源分别评分。105个点状农业污染源，均属于规模化养殖场，主要污染物为COD和总氮。收集不到的规模化养殖情况其COD排放量(t/a)统一按2进行赋值。

2.1.5 高尔夫球场

韶关市共有高尔夫球场污染源2处，球洞个数分别为18洞和9洞，占地面积分别为400 hm2和66.67 hm2，根据要求对T、L、Q分别评分。

2.1.6 加油站

加油站的污染物主要为总石油烃、多环芳烃类。根据前文所论述的污染源毒性、污染源释放可能性及可能释放污染物的量取值标准，加油站可能释放污染物的量(Q)与油罐的数量有密切关系，按照容量为30 m2的油罐的数量进行评分。

2.1.7 危险废物处置场

韶关市危险废物处置场的污染物以工业危废、危险化学品为主，均有正规防护，可能释放污染物的量(Q)与堆放量或填埋量有密切关系，按照体积为103m3的填埋量进行评分。

2.2 综合污染源荷载评估方法

根据区域上各类污染源分布和污染特性，评价综合污染源荷载等级，并依据各类污染源计算结果迭加形成污染源荷载等级图。荷载综合指数计算公式：

PI = ∑Wi×Pi

(2)

式中：PI表示污染源荷载综合指数；Wi表示第i类污染源类型的权重；Pi表示第i类污染源的荷载。PI值越大，表明污染源荷载越大。

3 污染荷载评估结果

3.1 各类污染源权重

依据《指南》中荷载指标权重Wi推荐值，本项目污染源的综合荷载评价权重见表2。

3.2 单类污染源荷载等级评价

依据《指南》中单个污染源荷载等级划分要求，将韶关市7个污染源荷载指数(Pi)按公式(1)进行计算，计算结果Pi值由大到小排列平均分为5个区间，将污染源荷载分为高、较高、中等、较低、低5个等级，详见表3。利用ArcGIS空间分析功能，并依据《指南》中各污染源的缓冲区半径推荐值，构建污染物可能迁移扩散的范围，对运用ArcGIS运算构造出污染源荷载缓冲区与污染调查结果相冲突的地方，结合相应的地表环境状况进行修正，最后分别得出7个污染源荷载等级分级图。

表3 单个污染源荷载等级划分值

3.3 综合污染源荷载等级评价

运用ArcGIS栅格空间叠加分析，将上述7个污染源荷载等级分级图层，按照前述的综合PI值计算公式进行叠加，计算出得到综合荷载PI值最大为179.4，对地下水污染源荷载计算结果与污染调查结果相冲突的地方，结合相应的地表环境状况进行修正，最终得到韶关市地下水污染源荷载评估分级图(见图1)。

图1 韶关市地下水污染源荷载评估分级图

将综合PI值由大到小排列，按表4将污染源荷载由强到弱依次划为高、较高、中等、较低、低5个等级，分别占韶关市总面积的0.68%、0.27%、0.62%、1.88%、96.55%。

表4 地下水污染源荷载评价标准

表5 韶关市地下水污染源荷载等级面积统计表

4 地下水污染风险分析及保护建议

韶关市主要污染荷载因素为矿山开采区和工业聚集区的工业污染源，对地下水污染源荷载的贡献最大。矿山开采区呈串珠状广泛分布在远离城镇的山区，普遍远离水系河流周边的地下水受到污染的风险大，周边是地下水防治的重点区域，应定期开展环境监测；工业聚集区(工业园)大部分呈串珠状分布在靠近城镇的水系附近，周边的地下水受到污染的风险较大，可重点进行防控。

5 结语

本次研究根据地下水污染源调查数据，运用ArcGIS对韶关市地下水污染源荷载进行评估，结论如下：

(1)韶关市地下水污染源主要分布在曲江区、南雄市和翁源县，以工业污染源、加油站和矿山开采区为主，分别占污染源总数的34.52%、27.17%、21.27%。

(2)韶关市地下水污染源荷载划为高、较高、中等、较低、低5个等级，分别占韶关市总面积的0.68%、0.27%、0.62%、1.88%、96.55%。

(3)矿山开采区和工业污染源对地下水污染源荷载等级的贡献最大。