昆山市地下水水质现状评价及污染分析

姚 亮，张剑刚，黄玉龙，丰林花，吴 顺，蔡 聪

(1.昆山市水资源管理中心，江苏 昆山 215300；2.昆山市水务局，江苏 昆山 215300；3.昆山市节约用水管理办公室，江苏 昆山 215300)

地下水是地球水资源的重要组成部分，具有资源、环境、生态、能源、信息等多重属性，是支撑和维持自然生态环境可持续发展的重要要素。地下水资源的生态价值不仅取决于地下水水量大小，更取决于水质好坏。随着经济社会的快速发展，人类生产生活范围和强度不断扩大，地下水质不断遭到破坏，严重威胁自然生态系统和人类生命健康。故分析昆山市地下水水质状况，研究其污染程度和污染来源，对昆山市地下水污染防治、水生态系统和谐稳定、水资源水环境保护以及经济社会高质量发展有着极其重要的现实意义[1-2]。

2009—2012年昆山连续四年完成19眼地下水监测井的建设任务，其中16眼为新凿井，3眼为改造修复旧井。根据昆山区域水文地质条件，地下水监测对象主要为松散岩类孔隙水，站点布设侧重主监测层，即第Ⅱ承压水13个，第Ⅰ承压水4个、第Ⅲ承压水2个，站点分布如图1所示。监测井井深94～184m，平均井深151.16m。大部分井口严格密封，配备永久性建筑物、护栏或防雨遮阳篷，避免监测井长期暴露在外被自然或人为破坏，并设有醒目标牌。2013年开始昆山列专项经费，用于每年地下水水质监测和动态分析。

图1 昆山市19眼地下水监测井分布图(2021年度)

1 地下水水质评价

1.1 评价对象的数据来源

2021年昆山市19眼地下水监测井的水质检测报告、昆山市地下水保护规划(2017—2025年)以及江苏省地质调查研究院出具的2021年昆山市地下水水情季度报告和年度报告。

1.2 评价参数的确定

根据各评价参数对地下水质和生态环境的影响，结合昆山地下水实际情况选取检测指标，确定19项常规指标作为本次评价的主要参数[3]，分别为感官性状及一般化学指标11项：色、浑浊度、pH、总硬度(以CaCO3计)、溶解性总固体、硫酸盐、耗氧量、铁、锰、挥发性酚类(以苯酚计)、氨氮，微生物指标2项：总大肠菌群、菌落总数，毒理学指标6项：硝酸盐(以N计)、铬(六价)、汞、铅、氟化物、氰化物[4]。

1.3 水质评价标准

以2017年国土资源部组织修订的GB/T 14848—2017《地下水质量标准》作为本次水质评价的标准，这是现行适用于地下水质评价和污染调查评价的通用国家标准。根据标准内容，将地下水水质类别划分成5类，从优到劣依次为：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类[4]。

1.4 水质评价方法

严格地下水采样、保存、送检和检测，全流程规范操作，确保样品和数据准确可靠。按照质量标准，选用单指标和综合质量评价法[4]，划分水质类别，明确主要超标参数。

1.4.1 单指标评价法

按指标值所在限值范围确定地下水各单指标类别，指标限值相同时，从优不从劣，并指出最差类别指标[4-5]，作为该地下水的最终水质类别。此法有利于快速掌握水质状况，但过于聚焦最差类别，不利于地下水质量的全方位反映。

1.4.2 综合质量评价法

对单指标评价，按标准中的分类指标所属质量类别，确定单项指标评价分值Fi[6]。

按式(1)、(2)、(3)计算综合评价分值F：

(1)

(2)

Fmax=max{F1，F2，…，Fn}

(3)

根据综合评价分值，确定地下水质量类别。此法考虑到单指标的平均值和最大值，是对水质的多指标综合评价，规避了单指标的突出影响，降低了水质整体评价误差，其评价结果可能更接近水质真实值。

1.5 水质评价结果

1.5.1 实测结果

按照质量标准规定的检测分析方法，得到19眼地下水监测井的直观结论：无色、无味、无臭、浑浊度较低，pH值为6.4～7.4，总硬度(以CaCO3计)为108～1230mg/L，溶解性总固体为511～3950mg/L，硫酸盐检出值全部<250mg/L，氯化物检出值有5个样>250mg/L，耗氧量检出值全部<3mg/L、铁检出值有2个样>0.3mg/L、锰检出值有7个样>0.1mg/L、挥发性酚类(以苯酚计)检出值均<0.002mg/L、氨氮检出值均>0.5mg/L。微生物指标中总大肠菌群检出值有6个样>3.0mg/L，菌落总数检出值有7个样>100mL。毒理学指标均未超标。

1.5.2 单指标评价结果

按水质类别Ⅰ～Ⅴ类对应的标准限值，得出各监测井地下水的质量类别及各水质类别占监测井总数的百分比。结果：水质类别Ⅰ类、Ⅱ类的监测井均是0眼，水质类别Ⅲ类的监测井2眼，水质类别Ⅳ类的监测井7眼，水质类别Ⅴ类的监测井10眼。百分比结果如图2所示。另超Ⅲ类水的监测井数量占监测井总数的比例为89.47%。

图2 单指标评价法各水质类别占监测井总数的百分比

1.5.3 综合质量评价结果

以单指标评价结果为基础，计算综合质量评价分值，确定地下水质量类别。结果：评价为优良的监测井0眼，评价为良好的监测井2眼，评价为较好的监测井0眼，评价为较差的监测井11眼，评价为极差的监测井6眼。百分比结果如图3所示。另评价为较差和极差的监测井数量占监测井总数的比例为89.47%。

图3 综合质量评价法各质量类别占监测井总数的百分比

1.5.4 评价结果综合分析

两种评价结果基本一致，单指标评价为Ⅰ～Ⅲ类的，综合质量评价为良好水；单指标评价为Ⅳ或Ⅴ类的，综合评价为较差或极差水。可见，文章采用的评价方法可靠，结果可信。昆山市地下水水质总体情况较差，评价为Ⅳ或Ⅴ类水和较差或极差水的监测井达到89.47%，污染严重。19眼监测井中单指标评价超Ⅲ类水标准的共8个参数，分别为氨氮、溶解性总固体、菌落总数、总大肠菌群、锰、氯化物、总硬度和铁，各评价参数超Ⅲ类水标准对应的监测井个数如图4所示，氨氮、溶解性总固体、菌落总数、总大肠菌群、锰为主要超标参数。

图4 各评价参数超Ⅲ类水质标准对应的监测井个数

2 地下水污染评价与分析

2.1 污染评价因子的确定

综合昆山市地下水水质现状、地下水使用功能，叠加生态红线要求以及对自然环境和人体生命健康的危害影响，选定总硬度、溶解性总固体、铁、锰、挥发性酚类、氨氮、硝酸盐氮7项检测指标作为地下水污染评价因子。

2.2 污染评价方法

目前，水污染评价有污染贡献法、代数叠加法、算术平均法、加权平均法、综合加权法、模糊数学法、灰色聚类法、物元可拓集法、人工神经网络法等多种评价方法。文章基于内梅罗法数学运算简捷、概念清晰明了、结果简明易用的特点，选用传统和改进内梅罗综合污染指数法进行地下水水质污染评价。

2.2.1 传统内梅罗综合污染指数法

根据评价因子的实测值和标准值，分别计算内梅罗污染指数和标准指数，与相应等级标准指数对照，得到水质污染评价等级。该法最早由美国叙拉古大学内梅罗教授于1974年在其所著的《河流污染科学分析》一书中提出[7]，在地下水质量评价中运用广泛。其评价公式为：

无论采用哪一种仿真策略，都可以从以下3方面设计仿真模型：（1）设计总控程序；（2）设计基本模型单元的处理程序；（3）编写公共子程序。

Fi=Ci/Sij

(4)

i=1，2，3，…，n

j=1，2，3，…，m

(5)

2.2.2 改进内梅罗综合污染指数法

根据各监测项目的单项污染指数计算综合污染指数，特点是突出最大污染因子对水质评价的影响，兼顾单项污染指数的平均值和最高值[8]。该法考虑了各污染因子在水质评价中的权重因素，能客观全面反映水体水质状况，较传统指数法更科学合理，是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用方法之一。其评价公式为：

(6)

式中，F0—权重最大的污染因子对应的F值；Fmax—Fi的最大值；P改进—改进内梅罗综合污染指数。第i种污染因子的权重为：

(7)

ri=Smax/Si

(8)

式中，ri—第i种污染因子的相关性比值：Si—各污染因子的标准值；Smax—第i种污染因子的最大标准值；m—评价污染因子的个数。

2.3 污染结果分析

根据综合污染指数结果，对照内梅罗综合污染指数等级划分标准[7](见表1)，各监测井综合污染指数值分析结果见表2。

表1 内梅罗综合污染指数等级划分标准

表2 昆山市各监测井综合污染指数值分析结果

结果：清洁井2眼，占监测井总数的10.53%；轻污染井9眼，占监测井总数的47.37%；污染井3眼，占监测井总数的15.79%；重污染井5眼，占监测井总数的26.32%；严重污染井0眼，占监测井总数的0%。19眼监测井中，有18眼受到不同程度的污染，占监测井总数的94.7%，其中污染最严重的为高新区金星监测井。

2.3.2 改进内梅罗指数法评价结果

综合污染因子权重见表3，按照地下水Ⅲ类标准和权重测算，在Ⅲ类水体中，权重最大的污染因子是锰。根据权重最大的因子和改进内梅罗指数法测算各监测井综合污染指数，结果：清洁井1眼，占监测井总数的5.26%；轻污染井11眼，占监测井总数的57.89%；污染井2眼，占监测井总数的10.53%；重污染井5眼，占监测井总数的26.32%；严重污染井0眼，占监测井总数的0%。19眼监测井中，有18眼受到不同程度的污染，占监测井总数的94.7%，其中污染最严重的为高新区金星监测井。

表3 各污染评价因子的权重

3 结论及对策

通过传统和改进内梅罗法分析污染指数，得到的结果大体相同，均有18眼地下水监测井受到不同程度的污染。考虑权重较大的评价因子锰，发现某些监测井的水质类别评价存在一定差异(如陆家监测井和周庄监测井)。但两种方法均显示高新区金星监测井地下水水质最差，可能是由于高新区为工业发展的集中区域，综合水质整体较差。结合昆山市地下水资源开发利用及保护规划、生态红线等相关政策，提出地下水资源保护和可持续利用的对策。

3.1 完善政策上层建筑，加强联合执法

严格执行《地下水管理条例》等有关地下水资源开发利用、节约保护的法律法规，落实最严格水资源管理制度，制定、完善和细化地下水资源开发利用和保护的配套政策和措施。结合产业布局、生态红线、地质灾害等，确立地下水资源保护分区，完善地下水保护规划。建立联合执法机制，加强部门联动，组织水利水务、环保、建设、农村农业、综合执法等部门开展执法检查，定期不定期抽查，加大对无证取水、超量取水、非法排污等影响水量、水质的违法案件查处和督办力度。持续强化地下水“双控”管理，严格地下水取水许可审批，强化事中事后监管，坚决做到有法必依、执法必严、违法必究。

3.2 强化重点行业监管，严控水质污染

结合昆山产业布局实际情况，在重点保护高新技术板块和高端制造板块的同时，明确污水处理厂严格执行排放标准，避免污水管网渗漏，督促企业做好废水集中预处理和厂区地面硬化防渗工作。严格控制和限制农业面源污染，推广测土配方施肥技术和生物物理防治技术，提高生物农药使用比例，实施土壤培肥地力工程，控制化肥农药用量，改善土壤团粒结构。采取农田氮磷流失生态拦截工程，改进农业灌溉方式，合理控制水污染物产生总量，提高防渗防漏能力，减少地下水污染风险。清除垃圾堆放场、加油站、违规建筑拆除垃圾材料等各类污染源，对污染源附近排污口和渗坑、渗井等提出治理措施，及时整改。

3.3 数字赋能高效管理，强化科技攻关

建设覆盖全市的地下水资源管理信息系统，利用现代信息技术，对地下水资源开发利用、水量、水位、水质等进行动态系统监测，及时准确掌握地下水水体情况，强化治理效果评估、监督复核与反馈。重视遥感大数据、监测网络小数据与智慧云平台深度融合，创建包含未来气候变化、极端事件、区域社会经济发展等情景在内的地下水循环演化数据孪生模式，预测不同情景约束下区域地下水系统的演变趋势。加强环境友好型农业生产技术、节水、环境污染治理，尤其是地下水污染治理等方面的科技攻关，开展生态文明示范区、生活污水控制与水环境治理等科技工程示范，对经实践验证具有较好效果的成熟技术模式，进行大范围推广与应用。

3.4 发挥河湖长制作用，加强水文监测

科学认识地下水与地表水相互转化关系，充分发挥河湖长制作用，深入开展河湖“清四乱”整治行动，动态清零生态补水河湖内的垃圾和障碍物。巩固地下水禁采成效，有效控制地面沉降，持续涵养地下水资源。进一步优化监测站点，整合提升水文监测能力，加强水环境监测预警体系建设，动态跟踪生态补水进展、捕捉水头演进，为社会公众提供全面优质的水文信息服务。重点关注地下水质时空演化规律与健康效应的调查与研究，加强替代水源建设、地下水资源监测设施建设、节水技术推广与应用等工作，提高非常规水资源利用率。积极开展水治理重大关键技术研究和国家自然科学基金项目，为地下水治理与保护提供全方位的科学化、信息化支撑。

3.5 夯实监督管理基础，发挥考核作用

在组织完成昆山市地下水取水工程登记造册和信息入库工作的基础上，开展区域水质普查评价，全面掌握昆山市地下水水质情况，尤其是工业、农业和生活垃圾密集的潜在污染源地区，普查评价内容包括水质类别、水质超标项目及其超标率、污染区面积、污染项目及其监测值、污染指数等。采取多种措施，扩大筹资渠道，加大对地下水资源节约与保护的资金投入，建立以政府为主导的多元化经费投入机制。同时，发挥好考核指挥棒的作用，突出地下水管理在最严格水资源制度考核和高质量发展考核中的重要地位。强化宣传教育，鼓励公众参与，要把政府行为与社会自觉行动有机结合起来，形成保护资源、珍惜环境的良好社会氛围。

4 结语

文章通过对昆山市地下水质现状及污染程度的评价分析，发现地下水质存在劣化、污染较严重等问题[9]。结合自身经验，作者从完善政策上层建筑，加强联合执法；强化重点行业监管，严控水质污染；数字赋能高效管理，强化科技攻关；发挥河湖长制作用，加强水文监测；夯实监督管理基础，发挥考核作用五个方面提出了应对措施。为深入践行习近平总书记生态文明思想和“十六字”治水思路，贯彻落实《地下水管理条例》，推进地下水污染防治，实现地下水有效保护和可持续利用提供参考。