保定市地下饮用水水源地水质安全评价及趋势分析

2014-09-18张彦

地下水 2014年4期

张彦

(河北省保定水文水资源勘测局，河北保定071003)

饮水安全问题是我国全面建设小康社会过程当中一个重大的问题，它既涉及到人民群众的生命健康，又涉及经济社会的可持续发展，成为全面建设小康社会的重要支撑条件［1］。随着经济社会的发展、人口增长和城市化进程的加快，保障城市饮用水水质、水量的安全，变得越来越重要。

保定市城市饮用水水源地包括地表水西大洋水库水源地和地下水一亩泉水源地。保定市属于资源性缺水地区，受气候影响西大洋水源地的水量存在着难以保障的困难，而地下水相对于地表水来说，在水量和水质方面具有更好的稳定性和优越性。但由于地下水的污染具有污染物流动缓慢，污染源难以查找以及污染不易清除等特点，如果不进行专门监测，很难及时采取措施。笔者根据2007～2012年的监测资料，通过对保定市地下饮用水水源地水质安全现状以及变化趋势进行分析，以期掌握保定市地下饮用水水源地水质安全现状以及为合理调配和利用地下水资源提供依据。

1 一亩泉水源地概况

一亩泉水源地位于保定市西北部的低山丘陵区，满城县与保定市交界处(图1)，基岩裂隙水发育，含水岩组以白云岩为主。主要补给来源为大气降水入渗、地下水侧向径流补给，其次是灌溉回渗水和污水渠的渗漏补给等［2］。一亩泉水源地建于1960年，当时有生产井21眼，日开采量为3.92万m3，主要为保定市的供水水源，但由于地下水的过度开采，一亩泉已经枯竭，在水源地周边形成大面积的漏斗群。据资料统计［3］，2009年该漏斗群内埋深大于30 m的区域面积为877.1 km2，最大埋深达 42.56 m，一亩泉水源地中心埋深31.32 m。地下水的下降导致了诸多的地质灾害和水质变差，威胁着保定市的供水安全。

为减少对地下水资源的超采，保定市已封闭了大批市区自备井，并严禁自来水管网覆盖区新打自备井，逐步增加地表水供水量，自2000年西大洋水库引水入市以后，一亩泉水源地的超采问题得到极大缓解，每年可减少大约2 400万 m3的开采量。同时制定了一亩泉水源区污染防治管理办法，划定了三级保护区，关停了周边大部分的造纸、化工等高污染企业，减少了因污水下渗造成的地下水污染，水源地水质得到明显改善。

2 数据来源、评价项目及检测方法的选取

保定市地下饮用水水源地水质安全评价现状年选用2012年，水质监测井共有4眼(见图1)。各采样点样品的采集和检测方法均按照《水环境监测规范》［4］的要求由河北省水环境监测中心保定分中心完成。

评价项目包括一般化学指标、污染项目和毒性项目［5］，有pH值、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、挥发酚、总硬度、氯化物、六价铬、氟化物等。

3 安全评价方法及标准

城市饮用水水源地水质安全评价采用水质指数法［6－7］。首先计算水源地的水质指数，然后对水源地进行分级，判定水质是否安全。

3.1 水质指数的计算

水质指数的计算分三个步骤，分别计算单项指数(Ii)、分类指数(IL)和水质指数(WQI)。

3.1.1 单项指数(Ii)的计算

每个评价项目的单项指数按式(1)计算:

当Ciok＜Ci＜Ciok+1时，

式中:Ci为i项评价项目的实测浓度，mg/L;Ciok为i项评价项目的k级标准浓度，mg/L;Ciok+1为i项评价项目的k+1级标准浓度，mg/L;Iiok为i项评价项目的k级指数值。

3.1.2 分类指数(IL)的计算

在单项指数的基础上计算分类指数IL。

(1)对第一类项目(污染项目)，分类指数I1按式(2)计算:

(2)对第二、三类项目(一般化学指标、毒性项目)，分类指数 I2、I3按式(3)计算:

3.1.3 水质指数(WQI)的计算

水质指数取三类分类指数的最高者，按式(4)计算:

3.2 特殊情况的处理

3.2.1 pH 值的指数(IpH)计算

pH值是一个以氢离子浓度的负对数为计量单位的参数，当pH值处于6.5～8.5范围时，认为水体处于正常的缓冲范围内，其指数按10计算;当pH值超出上述范围时，需考虑实测值对当地天然背景值的偏离度，偏离度﹤±1时，IpH按20计;偏离度处于 ±1～±1.5时，IpH按20～60计;偏离度处于 ±1.5～ ±2时，IpH按60～80计;当偏离度≥ ±2时，IpH按100计。

3.2.2 两级或多级标准值相等的处理

当标准中两分级值或多分级值相同时，单项指数按式(6)计算:

式中，n为相同标准值个数。

3.2.3 Ci﹥ Cio5时的处理

当Ci﹥Cio5时，为劣于5级水体，其单项指数一律计为Ii＞100。

3.3 评价标准及分级指数

3.3.1 水质评价标准及分级指数

水源地水质评价标准共分5级，每级都有相应的分级指数，各单项指数即按此标准计算(表1)。

表1 水源地水质评价标准及分级指数

3.3.2 水质指数(WQI)的含义

水质指数的含义为:0＜WQI≤20，水资源质量为1级，是水质优良的供水水源地;20＜WQI≤40，水资源质量为2级，是水质良好的供水水源地;40＜WQI≤60，水资源质量为3级，是水质尚好的供水水源地;上述三类均为水质合格即安全的水源地。60＜WQI≤80，水资源质量为4级，水源已受到污染，深度处理后才能用于饮用目的;80＜WQI≤100，水资源质量为5级，属严重污染水源地;WQI＞100，水资源质量为劣于5级，属极严重污染的水源地。水资源质量为4级以上的，均属受污染的水源地，为不安全的水源地。

4 评价结果

4.1 水质指数评价

一亩泉水源地共设4眼监测井，分别是要庄村、北马村、北奇村和石家庄村。2012年，要庄村监测井水质指数在36.2～52.8之间，平均值为39.5，水资源质量全年多数为2级，少数为3级;北马村监测井水质指数在41.6～49.1之间，平均值为45.4，水资源质量均为3级;北奇村监测井水质指数在34.0～37.5之间，平均值为36.2，水资源质量均为 2级;石家庄村监测井水质指数在36.4～40.1之间，平均值为38.1，水资源质量全年多数为2级，少数为3级(见表2)。

在一亩泉水源地的4眼监测井中，位于水源地西部边缘的北马村在满城县城附近，北部边缘的要庄村在漕河岸边，两者受人为因素的影响较大，故而水质略差;而位于水源地中心地带的北奇村和南部边缘的石家庄村水质较好。

综上所述，一亩泉水源地要庄村、北奇村和石家庄村监测井水资源质量为2级，水质为良好，北马村监测井水资源质量为3级，水质为尚好，均为安全的水源地。

表2 一亩泉水源地水质指数评价表

4.2 单项指标评价

2012年，一亩泉水源地的4眼监测井中，第一类污染项目高锰酸盐指数在0.33～0.93 mg/L之间，各眼监测井的平均值在0.50～0.53 mg/L之间，水质级别均为1级;第二类项目一般化学指标中总硬度在234～396 mg/L之间，平均值在258～341 mg/L之间，为2级或3级水质;第三类有毒项目氟化物在 0.10 ～0.46 mg/L，平均值在 0.18 ～0.29 mg/L 之间，水质级别均为1级(见表3)。

在各项水质指标中，总硬度对水质指数的影响较大，也是最接近安全线的指标。4眼监测井总硬度均在2级以上，北马村全部为3级，要庄村11.1%为3级。

5 单项指标的浓度趋势分析

5.1 分析方法的选定及水质参数的选择

趋势分析采用国际上流行的季节性肯德尔检验方法，季节性肯德尔检验用于测试数据不完整，数据随季节规律变化的多年资料进行分析，较适用于水质监测数据趋势分析。选用一亩泉水源地4眼监测井的2007～2012年的水质以及埋深监测序列，水质参数选择氨氮、高锰酸盐指数、pH值、总硬度、氯化物、硝酸盐氮等6项主要参数，运用 PWQTrend2010(Professional water trend)水质趋势分析软件进行水质浓度趋势分析，结果如表4。

表3 一亩泉水源地单项指标评价表

5.2 结果分析

由表4可以看出，在浓度趋势分析中，一亩泉水源地4眼监测井的埋深呈高度显著下降趋势，说明这期间地下水的外界补给比较充足，地下水位得到非常显著的上升。pH值都呈现出显著和高度显著下降趋势。pH值是地下水中酸碱度的反映，若地下水处于弱酸性的条件下，将导致地下水永久硬度增高，应加以注意。4眼监测井的硝酸盐氮浓度均呈现出高度显著升高趋势，这与大量的无机和有机氮肥的施用有关，虽然目前一亩泉地下水源地的硝酸盐氮的绝对浓度并不是很高，但如果对此不加以控制，随时间增长，硝酸盐氮将成为主要污染物;另外，北马村由于临近满城县城，其硝酸盐氮的绝对浓度要远大于其他3眼监测井的浓度，这应与城市污水的污染有直接的关系，应加大满城县城城市控制排污的处理力度。总硬度除了北马村显著下降外，其他地区无明显升降趋势，这应与地下水位上升所起到的稀释作用有关，但由于总硬度是各项水质指标中对水质指数的影响最大的，也是最接近安全线的指标，因此，应格外关注当地下水位下降时总硬度的变化趋势。

注:“↑”表中表示显著上升趋势;“↑↑”表示高度显著上升趋势;“↓”表示显著下降趋势;“↓↓”表示高度显著下降趋势;“－”表示无明显升降趋势