卢氏县集中式饮用水水源保护区划分研究

张 长，于鲁冀，刘春晓

(1.郑州大学环境技术咨询工程公司，郑州 450002;2.郑州大学水利与环境学院，郑州 450002)

1 引言

随着经济的不断发展，饮用水安全问题逐步凸显，因水源地污染而引发的社会事件屡见不鲜，人民群众的饮水安全存在重大隐患［1，2］，因此，加强饮用水水源地管理，制定科学合理的保护区划分方法，正确划定饮用水水源保护区的工作已经迫在眉睫［3］。2010年4月国家发改委、环境保护部及水利部等5部门联合印发了我国第一部饮用水水源环境保护规划《全国城市饮用水水源地环境保护规划》(2008年～2020年)，明确了我国饮用水水源地环境保护近远期的水质保护目标和重点任务，提出了“必须充分重视和发挥科技进步对饮用水水源地生态环境改善的支撑作用，在科技创新的基础之上，强化科学、高效的管理”的要求。为确保卢氏县居民饮用水安全，必须对饮用水水源地进行合理区划，划分出保护区，并加强管理确保水源地水质满足水质标准，保障卢氏县居民的供、用水安全，促进卢氏县社会经济可持续发展。

2 水源地基本概况

卢氏县隶属于三门峡市管辖，位于河南省西部边陲，居北纬 33°32′～ 34°23′，东经 110°35′～111°22′之间。卢氏县城集中式饮用水由卢氏县城自来水厂集中供给，取洛河北岸卢氏县城区地下水井群为水源，共有8眼水井，2011年总供水量为362.9万吨。由于受城市建设、居民生活的影响，卢氏县城区部分水井出水量不断减少，水质不断下降，为保证居民的饮用水安全，卢氏县拟新建以地表水为水源的第二水厂，水源为卢氏县水峪河、卢氏县沙河、卢氏县双庙水库。研究区域地表水系图见图1。

图1 研究区域地表水系Fig.1 Water system of studied area

2.1 卢氏县城区地下水井群水源地

卢氏县城第一自来水厂取洛河北岸城区地下水为水源，共有8眼水井，2011年总供水量为362.9万吨。卢氏县城区地下水井群基本情况详见表1。

表1 卢氏县城区地下水井群基本情况Tab.1 The basic information of groundwater well in the urban area of Lushi county

根据河南省城市供水水质监测网三门峡监测站监测结果，所监测的pH、总硬度、氯化物、氟化物、硝酸盐、总大肠菌群共7项因子，均能满足《地下水质量标准》(GB/14848-93)Ⅲ类水质的要求，达标率为100%。

2.2 卢氏县水峪河水源地

水峪河为洛河一级支流，发源于卢氏县文峪乡香子坪村的抱犊寨下西板长沟，西北流经通河、煤沟口、大石河、磨上、文峪、望家村、麻家湾，至涧西村东注入洛河，河长26km，流域面积124km2。河道比降 1∶24，偏旱年平均流量0.36m3/s，丰水年平均流量 0.647 m3/s。根据《卢氏县城第二水厂供水工程水资源论证报告》，水峪河水质良好，无污染。水峪河电站站址处地表水资源量2221.17万m3/a，第二水厂供水工程实际引水量89.42万m3/a，占区域水资源量比例4%。

根据河南省城市供水水质监测网三门峡检测站对水峪河河水检测结果，所监测的pH、溶解氧、高锰酸盐指数、石油类、挥发酚、汞、铅、COD、BOD5、总氮、总磷、铜、锌、氨氮、硒、砷、镉、六价铬、氰化物、阴离子表面活性剂、硫化物、硫酸盐、氯化物、铁、锰、氟化物、粪大肠菌群、硝酸盐等28项因子中，除了汞以外均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水标准。汞的监测结果为小于0.0001mg/L，超过了地表水Ⅱ类标准0.00005mg/L，超标1倍。但汞的浓度已经达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)Ⅱ级标准 (0.5mg/L)。因此水峪河河水现状水质较好，可以作为饮用水源地。

2.3 卢氏县沙河水源地

沙河为洛河一级支流，发源于卢氏县潘河乡的冠云山主峰南凹，东南流经两岔口入沙河乡的三角、寨子沟，抵城郊乡的涧北村注入洛河，河长27km，流域面积178km2，河道比降1∶23，河床均宽100m，上游高程1118m，下游高程503m，落差615m。根据《卢氏县城第二水厂供水工程水资源论证报告》，沙河水质良好，无污染。沙河涧北水电站渠首坝处地表水水资源量3218.63万 m3/a，第二水厂供水工程预计引水量578.46万m3/a，占区域水资源量比例18%。

根据河南省城市供水水质监测网三门峡检测站对沙河河水检测结果，所监测的28项监测因子中，除了汞和铁以外均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水标准。但汞、铁因子的监测浓度已经达到了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的Ⅱ级标准。因此沙河河水现状水质较好，可以作为饮用水源地。

2.4 卢氏县双庙水库水源地

双庙水库位于卢氏县文峪乡，位于洛河一级支流泉水峪河上，距文峪乡8km。水库坝址以上控制流域面积18.65km2，水库大坝始建于1976年8月，水库总库容197万m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水综合效益的小型水库。双庙水库所处泉水峪河流域面积29.54km2，取水口接灌溉输水洞，灌溉输水洞位于大坝右岸，进口底高程769.725m，最大输水流量1.5m3/s。在沙河、水峪河枯水期来水量不能满足县城用水需求情况下，由双庙水库补充。最大日引水量可达1.42万m3，年引水量98.62万m3。根据卢氏县城第二水厂供水工程水资源论证报告，双庙水库地表水资源量428.95万m3/a，第二水厂供水工程预计引水量98.62万m3/a，占区域水资源量比例23%。

根据河南省城市供水水质监测网三门峡检测站对双庙水库水质检测结果，所监测的28项监测因子中，除了汞以外均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水标准。但汞因子的监测浓度已经达到了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的Ⅱ级标准。同时根据卢氏县环境监测站对双庙水库富营养化指标监测结果显示，双庙水库叶绿素、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数等5个富营养化指标均处于贫营养状态，说明双庙水库水质状况较好，不存在富营养化问题。因此双庙水库现状水质较好，可以作为饮用水源地。

3 划分原则

3.1 实事求是的原则［4］。基础情况调查过程中，求真务实。区划方案制定应实事求是，坚持从实际情况出发。

3.2 保护优先原则。水资源是经济社会发展和人民生活最宝贵的资源，优先保护饮用水水源地水质，确保饮用水水源地水质达标，保障群众供水安全［5］。

3.3 预防为主、防治结合的原则［6］。切实体现以防为主的思想，预防和治理相结合。

3.4 科学性、前瞻性、可操作性相结合的原则。在坚持科学性的基础上，划分方案应体现在前瞻性、可操作性，以保证划分方案的全面落实。

3.5 水质达标原则。地下饮用水必须达到《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)三类水标准，地表饮用水源一级保护区必须达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)二级标准。

4 划分方法

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)水源地类型划分，卢氏县饮用水水源地可分3种类型:地下水、河流型、湖库型。

4.1 地下饮用水水源保护区划分技术方法

卢氏县城区地下水源地多为中小型孔隙水潜水型，因此采用并依据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)公式计算水源地保护区的半径。

保护区半径计算公式［7］:

式中，R为保护区半径，米;α为安全系数，一般取150%，(为了安全起见，在理论计算的基础上加上一定量，以防未来用水量的增加以及干旱期影响造成半径的扩大);K为含水层渗透系数，米/天;I为水力坡度 (为漏斗范围内的水力平均坡度);T为污染物水平迁移时间，天;n为有效孔隙度。

4.2 河流型饮用水水源保护区划分技术方法

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，大型、边界条件复杂的水域采用数值解方法，对小型、边界条件简单的水域可采用解析解方法进行模拟计算。水峪河为洛河一级支流丰水年平均流量只有0.647 m3/s，规划取水口的渠首坝控制流域面积为82.44km2;沙河也为洛河一级支流，多年平均流量1.14 m3/s。两条小河水量稳定，水质状况较好，处于山区未受到污染，属于小型、边界条件简单的河流，因此采用解析解方法。解析解方法 (采用污染源在两个边界的中间时)公式如下［7］:

式中:

C(x，y)—横向衰减距离y，纵向衰减x后，污染物的浓度，mg/L;

M—污染源污染物的浓度，mg/L;

x—纵向衰减距离，m;

y—虚源横向衰减距离，m;

u—河流流速，m/s;

B—河流宽度，m;

n—边界的反射的影响随着距离的增加而衰减很快，一般n＞4后，计算结果基本趋于稳定，计算时取n=4～5;

K—污染物降解系数。

4.3 湖库型饮用水水源保护区划分技术方法

根据湖库型饮用水水源地分类标准，双庙水库库容远小于0.1亿m3，属于小型水库。根据《饮用水水源保护区划分技术规范》 (HJ/T338-2007)，小型水库和单一供水功能水库应将正常水位线以下的全部水域面积划为一级保护区。二级保护区边界至一级保护区的径向距离大于所选定的主要污染物或水中指标从GB3838-2002Ⅲ排类水质标准浓度水平衰减到GB3838-2002Ⅱ类水质标准浓度所需的距离，易采用数值计算的方法，公式如下［7］:

式中:C—污染物的浓度，mg/L;

x—纵向衰减距离，m;

y—横向衰减距离，m;

u—河流流速，m/s;

K—污染物降解系数。

5 划分结果

5.1 卢氏县城区地下水井群水源保护区划分结果

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，卢氏县城区地下水井群水源地一级保护区以开采井为中心，按照公式(1)计算的结果为半径的圆形区域，公式中T取100天;二级保护区以开采井为中心，按照公式(1)计算的结果为半径的圆形区域，公式中T取1000天。并采用现场调研和卫星遥感技术相结合的方法，结合饮用水水源保护区的地形、地标、地物的特点，最终确定各级保护区界线。卢氏县城区地下水井群水源保护区划分结果详见表2。

表2 卢氏县地下饮用水水源保护区划分结果Tab.2 The zoning result of underground drinking water source protection area

5.2 卢氏县水峪河水源保护区划分结果

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，卢氏县水峪河水源地一级保护区采用类比经验法确定;二级保护区上游边界到一级保护区上游边界的距离应大于污染物从GB3838-2002Ⅲ类水质标准浓度水平衰减到GB3838-2002Ⅱ类水质标准浓度所需要的距离，采用公式(2)二维水质模型解析解方法确定;准保护区为取水口上游的整个汇水区域并采用现场调研和卫星遥感技术相结合的方法，结合饮用水水源保护区的地形、地标、地物的特点，最终确定各级保护区界线。卢氏县水峪河水源保护区划分结果详见表3和图2。

表3 卢氏县水峪河水源保护区划分结果Tab.3 The zoning result of Shuiyu river drinking water source protection area

图2 卢氏县水峪河水源保护区划分结果Fig.2 The map of Shuiyu river drinking water source protection areas

5.3 卢氏县沙河水源保护区划分结果

沙河与水峪河同为河流型水源地，沙河一级保护区、二级保护区及准保护区划分方法及依据与水峪河划分一致。卢氏县沙河水源保护区划分结果详见表4和图3。

表4 卢氏县沙河水源保护区划分结果Tab.4 The zoning result of Sha river drinking water source protection area

图3 卢氏县沙河水源保护区划分结果Fig.3 The map of Sha river drinking water source protection areas

5.4 卢氏县双庙水库水源地

双庙水库为小型水库和单一供水功能水库，根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，一级保护区为正常水位线以下的全部水域面积;二级保护区边界至一级保护区的径向距离大于所选定的主要污染物或水中指标从GB3838-2002Ⅲ排类水质标准浓度水平衰减到GB3838-2002Ⅱ类水质标准浓度所需的距离，采用公式(3)数值计算的方法确定。

卢氏县双庙水库水源保护区划分结果详见表5和图4。

表5 卢氏县双庙水库水源保护区划分结果Tab.5 The zoning result of Shuangmiao reservoir drinking water source protection areas

图4 卢氏县双庙水库水源保护区划分结果Fig.4 The map of Shuangmiao reservoir drinking water source protection areas

6 建议

6.1 制定饮用水水源保护区管理办法。卢氏县人民政府应当在饮用水水源保护区的边界设立明确的地理界标和明显的警示标志。任何单位和个人不得损毁、涂改或者擅自移动地理界标和警示标志。在饮用水水源保护区范围内，任何单位和个人都必须遵守《中华人民共和国水污染防治法》和有关法律、法规的规定，禁止从事造成水体污染的活动。

6.2 建立水源地保护区监督管理机制。由县政府牵头组织，成立一个由县环保局、水利局、自来水公司、卫生局等具有政府行为能力或相关监测资质的部门参加的监督管理机构。

6.3 建立水源地水质监测网络系统。由县政府责成县水务局、自来水公司等相关部门在卢氏县城8个集中式地下水源地周围设立监测井，并由具有水质监测资质的单位负责对其实时监控水源地水质变化。在水峪河、沙河和双庙水库3个地表饮用水源地设立监测断面进行长期水质动态观测，防止地下水被污染。

6.4 加强饮用水水源保护宣传与教育。新闻宣传部门和有关单位要积极配合市供水部门，加强饮用水水源保护的宣传与教育，提高市民环境保护意识，尤其注重水峪河和沙河一级二级保护区内乡村居民的环境保护意识宣传工作，使水源地居民共同参与水源地保护工作，为经济社会发展和人民群众健康生活提供保障。

［1］ 李建新.我国生活饮用水水源保护区的问题研究［J］.环境保护科学，2000，26(100):21-22.

［2］ 李建新，唐登银.生活饮用水地下水源保护区的划定方法—英国的经验值法与实例［J］.地理科学进展，1999，(6):153-157.

［3］ 徐明峰，马振洲.长春市区地下水源地保护区划分研究［J］.东北水利水电，2006，(9):22-24.

［4］ 汪 林，朱京海，刘佳斌.饮用水水源保护区划分问题探讨［J］.环境保护科学，2005，(5):67-69.

［5］ 常德政，袁金华，王有乐.河流型水源保护区划分方法探讨［J］.环境科学与技术，2010，(2):181-183.

［6］ 陈兰丁.濮阳市城市地表水饮用水水源保护区划分研究［J］.安阳工学院学报，2012，(11):26-28.

［7］ HJ/T 338-2007，饮用水水源保护区划分技术规范［S］.