美国的地下水水质监测

莫未民

经过近30年的地下水监测，美国联邦政府最重要的科学机构“地球”已经收集到足够多的数据，以确定该国较大含水层的受到长期污染趋势。

经过监测研究，美国地质勘探局在地下水方面发现两个趋势，即氯化物和钠的浓度在全国范围内逐年攀升，而在加利福尼亚州和佐治亚州南部的农场地区，硝酸盐的含量有所增加。

美国国会于1991年命令科学机构“地球”追踪地下水水质的长期变化，这是有充分理由的。今天，该国约有1.55亿人使用地下水作为饮用水。超这个数字的四分之一，大约4200万人，使用的家族水井缺乏监管。

根据负责监测计划的布鲁斯·林赛的说法，美国没有可以进行比较的长期国家地下水质量评估结果，因此美国的地下水长期监测具有历史意义。但是该水质监测项目具有局限性。首先，它追踪研究的污染物种类只有25种，相对较少，包括杀虫剂、重金属、营养物质和挥发性有机物。新的化学品，例如有毒的PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质）化合物，已经发现存在于数百万美国人的饮用水中，这引起了国会的注意，这样重要的物质却不包括在监测的范围之内。其次，监测项目旨在泛泛了解该国比较大、比较重要的含水层污染情况，这些含水层多是大量用于灌溉和饮用水的含水层。美国的地下水质监测项目，就像一个使用了广角的相机，捕捉到了一个大的图景，但是具体的细节信息却没有捕捉到，其实，地下水的一些局部变化也非常重要。

其他研究人员正在收集更多证据，以证明一些别的站点可能会对地下水造成污染，例如垃圾堆、工厂、干洗店、地下储油罐、军事基地、机场等。由于这些站点的规模比较小，并没有纳入地下水监管体系，但这些站点可能对家庭水井、市政和农民使用的水井造成污染。

最近，一个非营利性组织发布的一份报告表明，该组织对265个煤灰坑进行了研究，超过90%的煤灰坑污染了附近的地下水，其中至少有一种化学品高于联邦饮用水标准。与此同时，美国国防部有401个军事基地，军方官员怀疑其PFAS化合物被释放到地下水中。

2013年，美国国家科学院对存在地下水污染的站点进行了更广泛的调查，发现全国有超过12.6万個站点的地下水需要清理。这些站点中大约10%的地下水污染范围广，地下水污染的治理在地质和技术上都具有挑战性，恢复时间可能需要一个世纪。报告的主笔人马歇尔·卡瓦认为，地下水污染的站点数量没有大幅减少。

评估地下水的三个问题

美国地质勘探局地下水评估中的25种污染物之所以被选中，是因为它们在国家或地区的水平具有吸引力：至少有1%数量的饮用水井的样本数据超过了联邦健康标准，其问题可能是在地下水中检测到的五种农药，或者是检测到有挥发性有机化合物。

评估地下水的三个问题是：国家地下水的质量如何？哪些因素会影响地下水水质？水质变得更好还是更差？

“我相信我们可以很好地回答第一个问题。”林赛说。第一个问题是个“状态”问题，即美国的国家地下水的水质到底是好还是坏，这是第一个问题的含义，即单个时间点的水污染测量。地方、州和联邦机构都有着自己的地下水网络。这些地方上的地下水网络与国家级网络相联，但是，地方地下水和国家级地下水网络的联通是一个缓慢的过程。

对于影响地下水水质的因素，哥伦比亚大学的研究人员可以回答这个问题，林赛补充道。例如，用于冬季城市道路除冰的盐会增加地下水中氯化物的含量，而硝酸盐污染主要是集约化耕作造成的。

林赛表示，从政策角度来看最重要的问题是第三个问题，“最难回答水质是变好了还是变差了。”

如何发现趋势

美国地质勘探局设立了国家水质评估项目来回答这个问题，但到目前为止，国家水质评估项目只能提供部分答案。林赛解释说，该项目提供了地下水水质的一个“快照”。这里有一瞥，十年之后同一个地方又有一瞥。两轮抽签取样已经完成，第三轮正在进行中。

回答趋势问题的能力，就是回答地下水水质到底是在变好还是在变坏，将会在下一轮抽签取样后大幅改善。

林赛提供的一个例子是波托马克河流域。第二次采样显示了地下水中溶解的矿物质和盐达到了峰值，但第三次采样的结果却显示地下水中溶解的矿物质和盐大幅下降。不同之处在于，第二次采样是在干旱期间采集的，这会增加地下水中盐的浓度。

“通过三次测量，我们才可以说某处的地下水质变化具有某种趋势，而不只是改变。”林赛解释道。

1988年至2001年期间，从5000多口井中抽取了第一批样本，以便建立状态问题的基线数据。从那时起，资金不足一直是维持该计划的障碍。采样的井和网络数量从第一个周期的5000多口井减少到第二个周期的仅1500口井。减少的原因还在于采用了更先进的统计方法，所需要井的数量减少了。

到目前为止，只有14个网络和355口井在这三个时期都被采样。

“我们希望每年对每个网络进行采样，但这将超出我们的承受能力。”林赛说。

到目前为止，林赛看到监测网络中地下水水质的变化很小。他说，这并不奇怪。网络中的许多井都足够深，地表的污染需要数年时间才能渗透到井水的深度。

“令人惊讶的是，我们只看到一个网络发生了很大变化。”他说，三个采样期唯一非常大的变化是加利福尼亚州中央谷的硝酸盐增加，中央谷是该州农业的中心，也是地下水硝酸盐污染长期受到关注的地区。