重庆市地下水污染风险评价研究*

文 一 李 璐 赵 丽 赵康平#

(1.环境保护部环境规划院，北京 100012；2.重庆市环境科学研究院，重庆 401147)

地下水作为重要的城乡供水水源，在维护经济社会健康发展等方面发挥着不可替代的作用。地下水污染风险评价是开展地下水污染防治的重要基础性工作，合理评价地下水污染风险，根据地下水污染风险制定合理的风险控制和治理措施，具有重要意义。

重庆市是我国碳酸盐岩分布最广、喀斯特发育最强烈的省区之一，地下水的防护能力较差，极易受到人为活动影响[1]。2012年，重庆市地下水水源占总水量的2.06%，约超过500万人饮用地下水，地下水供水的重要性不可小视[2]。近年来，随着重庆市经济、人口稳步增长，工农业生产布局、人类活动产生的污染物势必对地下水环境承载力造成进一步的威胁。为了及时制定地下水保护资源区划和污染防治规划，避免产生“先污染、后治理”的被动局面，非常有必要开展地下水污染风险评价研究，为重庆市地下水环境管理提供支撑。

1 研究区域概况

重庆市地处东经105°17′～110°11′、北纬28°10′～32°13′，位于青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，东西长470 km，南北宽450 km，辖区面积8.24万km2。重庆市地层以沉积岩为主，总体分为碳酸盐岩类、碎屑岩类、松散岩类3大类[3]。重庆地区碳酸盐沉积岩分布面积广、沉积厚度大，是影响地下水脆弱性的重要因素，其中碳酸盐岩出露面积(含碳酸盐岩夹碎屑岩)达3.0万km2多，占全市土地总面积的36.49%[4]。重庆市地下水类型主要为碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水，其中碳酸盐岩类岩溶水一般富水性较强，常作为岩溶地区居民生活水源。碳酸盐岩类岩溶水与碳酸盐沉积岩面积分布基本一致，主要分布在三叠系地层，其次分布在二叠系和奥陶系[5]。

2 数据来源

基础图件：1∶50 000地形图，区域水文地质图1∶50 000，土地利用资料现状图，地下河分布图。土壤厚度资料通过大量野外测量和钻孔资料获得。

污染源数据来自2014年重庆市污染源普查数据。

地下水水质数据来自2012—2015年重庆市地下水基础环境状况调查评价数据。

3 研究方法

开展地下水污染风险评价时，指标体系的选取很重要。早期主要以地下水的本质脆弱性为主要指标，并未考虑人类活动的影响。20世纪80—90年代，针对面源污染造成的地下水污染问题，研究者认识到地下水本质脆弱性、污染源荷载与污染风险之间的复杂关系[6]。因此，人类活动因素和污染物的特性被纳入地下水污染风险的研究体系中，含水层“本质脆弱性”评价发展为“特殊脆弱性”评价。目前，地下水污染风险评价常见的做法是将地下水脆弱性、地下水污染源荷载和地下水功能价值3个指数叠加，利用地理信息系统(GIS)软件获得评价区的污染风险指数及其分布图[7]1141。

本研究综合考虑地下水脆弱性、污染状况、水资源禀赋等因素，建立了基于地下水脆弱性、地下水污染源荷载、地下水功能价值的地下水污染风险评价体系，将其应用于重庆市地下水污染风险评价中。

3.1 地下水脆弱性评价

重庆市碳酸盐岩类岩溶水资源丰富，是地下水污染防治重要保护对象。本研究重点关注碳酸盐岩类岩溶水的脆弱性评价，将基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水概化成碳酸盐岩类岩溶水，按照碳酸盐岩类岩溶水的方法进行评价。本研究采用适合西南岩溶区的PLEIK地下水系统防污性能评价模型(P为保护性盖层厚度；L为土地利用类型；E为表层岩溶带发育强度；I为补给类型；K为岩溶网络系统发育程度)[8]。

为定量评价地下水脆弱性，需要对PLEIK属性进行数值计算(见式(1))，主要包括两个部分：权重赋值确定与指标等级划分。

D=w1×xP+w2×xL+w3×xE+w4×xI+w5×xK

(1)

式中：D为地下水脆弱性指数，取值1～10；w1、w2、w3、w4、w5分别为保护性盖层厚度、土地利用类型、表层岩溶带发育强度、补给类型、岩溶网络系统发育程度的权重；xP、xL、xE、xI、xK分别为保护性盖层厚度、土地利用类型、表层岩溶带发育强度、补给类型、岩溶网络系统发育程度的对应等级赋值，具体参考文献[8]。

根据地下水脆弱性指数进行地下水脆弱性分级，结果见表1。

3.2 地下水污染源荷载评价

选择典型的地下水污染源(包括工业、生活和农业)，通过计算地下水污染源的污染物毒性、释放可能性和可能释放污染物的量来确定地下水污染源荷载风险(见式(2))[9]。

Ai=T×B×Q

(2)

式中：Ai为第i类地下水污染源荷载指数；T、B、Q分别为污染物毒性、污染源释放可能性、可能释放污染物的量的对应等级赋值，具体参考文献[9]。

地下水污染源荷载综合指数计算公式见式(3)。

A=∑(Wi×Ai)

(3)

式中：A为地下水污染源荷载综合指数，取值0～200；Wi表示第i类地下水污染源类型的权重，具体参考文献[10]。

根据地下水污染源荷载综合指数进行地下水污染源荷载分级，结果见表2。

3.3 地下水功能价值评价

地下水功能价值综合指数的计算(见式(4))综合考虑两个方面因素：地下水水质和地下水富水性[7]1143。

V=VQ×VW

(4)

表1 地下水脆弱性分级

表2 地下水污染源荷载分级

表3 地下水功能价值分级

图1 重庆市地下水脆弱性评价分区

式中：V为地下水功能价值综合指数；VQ、VW分别为地下水水质、地下水富水性的对应等级赋值，具体参考文献[7]。

根据地下水功能价值综合指数进行地下水功能价值分级，结果见表3。

3.4 地下水污染风险评价

根据地下水脆弱性、污染源荷载和功能价值的评分结果，采用式(5)计算得出不同区域的污染风险[11]。

R=D×A×V

(5)

式中：R为地下水污染风险值，在arcGIS平台上，采用等间距法划分为高、较高、中、较低和低5个等级，数值越大，表明污染风险越大。

4 评价结果

4.1 地下水脆弱性

根据层次分析法，保护性盖层厚度、土地利用类型、表层岩溶带发育强度、补给类型、岩溶网络系统发育程度的权重分别为0.360、0.090、0.360、0.040、0.150。

根据地下水脆弱性计算结果，可将研究区的地下水脆弱性按各单元分成5个等级，结果见图1。地下水脆弱性高的地区占13.20%，地下水脆弱性较高的地区占13.24%，地下水脆弱性中的地区占13.25%，地下水脆弱性较低和低的地区各占25.77%和34.54%。地下水脆弱性较高的区域分布在渝东北和渝东南以及西部地区，主要分布在城口、巫溪和巫山的南部、万州、重庆市城区、彭水、黔江、酉阳和秀山等地市。

4.2 地下水污染源荷载

对重庆市的地下水重点污染源(主要包括矿山开采区、工业污染源、危险废物处置场、垃圾填埋场、加油站、规模化养殖场和种植区)的污染源荷载进行评价，结果见图2。矿山主要分布在渝西部的合川、北碚、重庆市城区、巴南、万盛和荣昌等地区；工业污染源在全市范围均有分布；危险废物处置场主要分布在重庆市城区；垃圾填埋场在全市均有分布；加油站数量较多，分布在全市范围内。地下水污染源荷载高和较高的区域分布在渝西部的北碚、合川、长寿、璧山、渝北等区县。

图2 重庆市地下水污染源荷载评价分区

4.3 地下水功能价值

地下水富水性较好的区域为渝东北和渝东南地区，这一区域因为主要是碳酸盐岩类岩溶水，地下水资源丰富；西部和中部是基岩裂隙水和松散岩类孔隙水，地下水资源贫乏。根据地下水水质监测数据分析结果，重庆辖区的大部分地区的地下水水质较好，包括碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水和渝东部中低山地貌的石灰岩层地区，而城市、厂矿分布较多的部分地区(如重庆市中区、江北区和沙坪坝区等)水质较差。利用式(4)，基于arcGIS平台对两者进行处理获得地下水功能价值综合指数并进行分级，结果见图3。地下水功能价值高的区域位于渝东南和渝东北地区，渝西部的北碚、荣昌县和铜梁县的地下水功能价值较低。

4.4 地下水污染风险

根据式(5)，在arcGIS平台上对图1至图3进行运算，结果见图4。

地下水污染高风险区位于渝西部的重庆市城区、北碚和璧山县等，以及渝东北部的城口和巫溪县，面积为0.054万km2，占研究区总面积的0.65%。重庆市城区、北碚和璧山等分布着碳酸盐岩溶，地下水脆弱性高，且该区污染源荷载强，地下水价值功能较高，污染物极易随着降水入渗到地下水中，地下水极易受到污染。

地下水污染较高风险区分布在渝东北和渝东南地区，面积约为1.05万km2，占研究区总面积的12.70%。包括城口、巫溪、武隆、彭水、黔江、酉阳等区县。虽然污染源荷载低，但上述区域为碳酸盐岩溶分布区，保护层厚度较薄，表层岩溶带发育强度较高，地下水功能价值较高，因此该区域为地下水污染较高风险区。

地下水污染中风险区分散在渝东北、渝东南和渝西南等地区，在渝东北和渝东南地区同地下水污染较高风险区相互交叉，在渝西部分散在重庆市城区西部、綦江和万盛区的大部分区域。地下水污染中风险区面积约为1.74万km2，占研究区总面积的21.10%。

地下水污染较低风险区分散在研究区的东北部和东南部，在地下水污染高和较高风险区中间隔分布，面积约为1.85万km2，占研究区总面积的22.30%。岩性多以红色黏土和砾岩形式存在，土地利用类型为耕地、林地，富水性不均，且距污染源较远。

图3 重庆市地下水功能价值评价分区

图4 重庆市地下水污染风险分区

地下水污染低风险区集中在研究区的中部和西部，面积为3.57万km2，占研究区总面积的43.25%。主要为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水，大多土地利用类型为林地，包气带过滤性强，且污染源较少。

5 对策建议

渝西部的重庆市城区、北碚和璧山县等，以及渝东北部的城口和巫溪县位于地下水污染高风险区，应加强地下水环境保护，防范地下水污染。

(1) 重庆市城区、北碚和璧山县等污染源分布密集，工业污染源、加油站、垃圾填埋场等典型地下水污染源污染源荷载较高，应加强对上述污染源的地下水环境监管，严格污水排放、防止有毒有害污染物跑冒滴漏，加强防渗措施；位于该区域的加油站应该及时更换双层罐或建立防渗池，并进行防渗漏自动监测。垃圾填埋场应完善防渗措施，建设雨污分流系统。

(2) 渝东北部的城口和巫溪县，农业、生活及工业污染源分布较少，由于土壤高度石漠化，保护性盖层厚度较薄，阻隔污染物的能力弱，是污染风险较高的重要原因，因此要加强植树造林和森林保护，促进石漠化地区植被恢复。重庆市将该地区规划为生态涵养发展区，引导转移人口130万，确保森林覆盖率，将能有效防范该地区地下水污染风险，建议加快实施功能区实施方案。

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