嫩江县水源地地下水环境状况分析及防治措施

崔 迪，侯圣琦，宋金萍，邓红娜，谷逊雪

(1.哈尔滨商业大学 药学院，哈尔滨 150076；2.哈尔滨商业大学 药物工程技术研究中心, 哈尔滨 150076)

从1984年我国第一部《水污染防治法》的颁布到2018年1月1日《水污染防治法》(第二次修正)的30多年时间，防治水污染，保障饮用水安全，促进经济社会可持续发展一直是环境保护领域的重点工作[1].其中，饮用水水源地的保护从水源地的划分、周边环境保护区禁止出现污染源、应急或者备用水源地的配备等多个方面都有明确的要求，饮用水水源地的环境保护内容在不断的完善和补充[2].

饮用水水源地根据供水区域的实际情况可以来自地下水、湖泊或者江河等多种方式[3].地下水资源量大、水质好、便于广泛地开发利用，是淡水资源当中最主要的组成部分，是人们在日常生活中用于饮用的最为优质的水源，是人们能够正常生产、生活，保证用水顺畅的根本[4-5].因此，饮用水的水质安全关系到公众的切身利益，影响社会的发展和稳定[6]，摸清排查饮用水水源地现状，观察水源地水质变化走向，分析主要污染物和污染源对饮用水水源地的生态风险影响，对实施水源地的生态安全保护，提供“干净”水给千家万户饮用具有重要的实际意义[7-8].本文依托“嫩江县饮用水水源地地下水污染调查”工程项目开展水源地的环境状况调查及环境保护工作，为该地区的合理建设、保护及发展提供依据.

1 水源地基本概况

1.1 自然地理概况

嫩江县隶属于黑龙江省黑河市，位于黑龙江省西北部，地跨东经124°44′30″～126°49′30″，北纬48°42′35″～51°00′05″.北依伊勒呼里山，与呼玛县交界；东接小兴安岭，与爱辉区、孙吴县、五大连池毗邻；西邻嫩江，与内蒙古自治区莫力达瓦达斡尔族自治旗、鄂伦春自治旗隔江相望；南连松嫩平原，与讷河市接壤(见图1).嫩江流域土地肥沃，林海浩瀚，水草丰盛，优越的地理位置和丰富的自然资源，为嫩江的经济发展提供了良好的条件，素有“北国粮仓”、“中国大豆之乡”之誉.

图1 嫩江县区域图

1.2 气象及降水条件

嫩江县属于寒温带半湿润大陆性气候，冬季长而寒冷，夏季短而多雨.多年平均气温2～4 ℃，历年最低气温-39.5 ℃，最高气温达40.1 ℃.区内多年平均有效降水量为524.5 mm，区内最大年降水量937.4 mm，最小年降水量152.5 mm.年降水量主要集中在6～9月份，约占全年降水量的82%，年平均总蒸发量为1 142.5 mm，年日照2 450～2 600 h，年平均风速2.5～3.0 m/s.活动积温1 600～1 800 ℃，无霜期80～100 d.年日照2 450～2 600 h.相对湿度的年内变化明显，夏、冬季相对湿度大，均大于70%；春、秋季相对湿度小，均小于70%[9].

嫩江县地表河流主要为嫩江.嫩江发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧，发源地海拔高程1 030 m，由融雪、涌泉网状溪流汇集成江.自河源由西北流向东南127.2 km处，与二根河汇合向南流，始称嫩江干流.自此，水流由北向南，流经鄂伦春自治旗、嫩江县15个市、县(旗)，在吉林省松原市三岔河附近与第二松花江汇流.从河源到三岔河口，全长1 370 km，干流长975 km，流域面积282 748 km2，多年平均径流深76.5 mm，天然年径流总量227.3×108m3[10].

1.3 研究工作区概况

工作区选定在嫩江县现有水源地及地下水补给区，即嫩江县北部嫩江左岸.位于兴安山地与松嫩平原过渡地带，西靠嫩江，地势南高北低、东高西低，海拔在219～275 m之间，平均高度247 m.工作区地下水总体运动规律是由东向西流.工作区北依伊勒呼里山，东接小兴安岭，西邻嫩江，这一特定的自然地理与地质环境决定了工作区具有山前高平原和河谷平原区域水文地质特征.大气降水和侧向径流是本区地下水的主要补给来源, 地下水赋存条件及含水层结构见图2.

图2 地下水赋存条件及含水层结构水文地质剖面图

2 水源地地下水水质概况

2.1 水源地地下水监测

自“十三五”规划开展以来，嫩江县环境监测站对城区水源地地下饮用水进行监测.监测频次为每年1月(枯水期)、5月(平水期)、7月(丰汛期)各监测一次.

2.2 水源地地下水污染调查

本次地下水污染状况调查采用钻探、成井等方法[11-13]，在工作区范围布设第四系取样孔15个(编号为ZK1-ZK15)，其中揭穿第四系的取样孔4个，孔深37～45 m；揭穿含水层的浅孔13个，孔深均为20 m，水文地质钻探工作总进尺384 m.见表1.

表1 钻孔详情

采取水样流程如下：

1)小径取芯

采用全孔连续取芯，取出的岩芯按顺序排放，并进行岩芯编录、取样、拍照.

2)变径成井

采用扩孔成井工艺，为了分层取得不同深度含水层的水质、水量及动态资料，或为阻止非开采层以外含水层中的劣质地下水或者松散地层的沙土等进入钻孔之中，常需对揭露的各个含水层或者个别松散地层采取分层保护的隔离措施.变径下管止水、止沙土则是最有效的隔离方法.有时，为减轻随钻进深度增加而加大的钻机荷载或为节省井壁管材，也需变径，直至设计孔深.

3)洗井抽水

采用潜水泵抽水洗井，简易抽水试验并采集地下水样，样品保存于专用样品瓶中用于后续分析.

2.3 水质监测指标

根据《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)要求[14]，地下水质量调查与监测指标以常规39项指标为主，补充钾、钙、镁、重碳酸根、碳酸根、游离二氧化碳指标，详情见表2.

表2 饮用水源地地下水常规指标

2.4 水源地地下水水质评价方法

通常水质评价标准有单指标评价法和综合评价法两种.单指标评价法按指标值所在的限值范围确定地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣.综合评价法是按单指标评价结果最差的类别确定，并指出最差类别的指标.两种评价方法都能够明确的给出该水域是否符合功能要求.在水环境质量评价中，取某一评价指标多次测量的平均值，与标准值相比较，若这一项指标的平均值超过标准值时，就表示该水体已经不符合评价标准，不能完全满足该功能的要求.本研究根据饮用水源地的水质质量状况，统一参照2017年出版的《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)[14]，采用单指标评价法和综合评价法对工作区地下水水质状况进行评价[15-16].

3 地下水水质综合评价结果及主要污染物分析

3.1 水质综合评价结果

2016～2017年，嫩江县饮用水水源地的水质类别为Ⅲ类水体，达标率为100%；2018年，嫩江县饮用水水源地的水质类别为Ⅳ类水体，未能达标.结果如表3所示.相比较2016年和2017年的饮用水水质状况，2018年水质下降，达标率发生变化.此外，人均取水量从2016年的1.420 29×107m3·a-1上升到1.839 03×107m3·a-1，人均用水量加大.

表3 2016～2018年度饮用水源地水质状况

3.2 地下水NH4+、NO2-和NO3-指标分析

根据《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)要求，Ⅲ类水体NH4+、NO2-和NO3-质量浓度分别不能超过0.5 mg/L、1 mg/L和20 mg/L，Ⅳ类水体NH4+、NO2-和NO3-质量浓度分别不能超过1.5 mg/L、4.8 mg/L和30 mg/L.在取样孔ZK-1取出的地下水水质检测结果显示NH4+质量浓度已达到Ⅲ类水体要求的上限阈值，ZK-3水质检测结果显示NH4+质量浓度已达到Ⅳ类水体标准，超过了饮用水标准，需要进行治理方可成为水源.结果如表4所示.

表4 2018年地下水NH4+、NO2-和NO3-质量浓度(mg/L)

注：ZK为水文地质钻探取样孔取水，孔深20 m.ZK-1为钻孔取样点1，ZK-3为钻孔取样点3.

3.2.1 NH4+分布特征

《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中做出了明确规定[14]，Ⅲ类水体NH4+质量浓度标准为≤0.5 mg/L，Ⅳ类水体NH4+质量浓度标准为≤1.5 mg/L.从地下水NH4+质量浓度分布(见图3)中可以看出，工作区北侧和东侧NH4+质量浓度低于0.15 mg/L，部分都可以达到Ⅱ类水标准，具体范围为鲁日村东北-胜利村-前胜利村以北；工作区中部NH4+质量浓度为0.10～0.50 mg/L，接近Ⅲ类水标准上限；NH4+质量浓度处在0.40-0.50 mg/L的Ⅲ类水体标准区域主要集中于工作区西南侧，具体为长江村以南，鲁日村以西；水源地东部地区采样点ZK3的NH4+质量浓度可达1.49 mg/L，此处已达到Ⅳ类水标准，具体位置为嵩山薯业以西至嫩江现有傍河水源地至嫩江岸北范围，包括饮用水水源地17号、18号和19号井，表明工作区范围内存在NH4+污染.同时，图3结果显示NH4+的污染已经有向水源地下游发生扩散的趋势，且污染范围也有所扩大，污染带来的风险对饮用水水源地的水质影响会逐渐加大.

图3 地下水NH4+质量浓度分布

3.2.2 NO3-分布特征

《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中做出了明确规定[14]，Ⅲ类水体NO3-质量浓度标准为≤20 mg/L，Ⅳ类水体NO3-质量浓度标准为≤30 mg/L.水源地地下水NO3-质量浓度分布如图4所示，工作区地下水中NO3-质量浓度超标Ⅲ类水体标准区域主要集中于工作区东北侧和现有水源地东部，具体范围为：鲁日村东北-胜利村-胜利村及其以东北.其中，ZK-3 取样孔NO3-质量浓度为22.4 mg/L.

4 地下水污染因素分析

嫩江县水源地是嫩江县唯一的饮用水供水水源地，采用傍河取水和地下水联合供水的方式为周边居民生产生活提供净水.目前，嫩江县水源地日供水量达2×104m3/d.该水源地周边区域存在实际的和潜在的污染源，水质恶化的情况将直接影响到居民的生产生活、农业作业和工业生产等方面.因此，对该县现有水源地被污染的风险和水环境质量恶化的风险因素进行着重分析[18-19].

4.1 工业污染因素

嫩江县附近含水层较厚，且泥质含量少，赋存丰富的孔隙水，故嫩江县地下水主要接受大气降水补给.在嫩江县水源地地下水的补给区内有一座10年前废弃的糖厂，糖厂氧化塘直径达数十米，现有荒地为回填土形成.氧化塘的作用是收集糖厂生产过程中排放的废水，初步沉淀去除泥沙、悬浮物等.制糖企业里流洗工段的废水为反复循环使用的洗甜菜废水以及生活污水.因此，废水的SS质量浓度较高，氨氮质量浓度也较高，通常可高达50 mg/L.由于废弃糖厂的水质水量不稳定、NH4+质量浓度发生变化以及富含泥砂等悬浮物质等因素，致使氧化塘对周边土壤及地下水容易受到污染[18-19].由图3可以看出，氧化塘含NH4+较高的水体沿着地下水流动方向缓慢向下游迁移.同时，NH4+的污染范围顺着地下水流方向发生了扩散，且污染范围逐渐扩大.嫩江水源地水井采集水样的水质检测结果显示，含NH4+较高的水体目前已迁移至下游的水源地并影响了下游土壤和地下水水质.如果不及时对废弃糖厂的污染进行控制和治理，将对嫩江县饮用水水源地造成更大的威胁，Ⅳ类水体会恶化成Ⅴ类水体，直接影响到嫩江县周边所有居民正常生活和工作，并对大众的身体健康造成极大威胁.

4.2 化肥农药的滥用

在嫩江县饮用水水源地周边区域有大片的农田进行生产劳作.随着社会经济的高速发展，农田灌溉过程需要施以大量甚至过量化肥与农药，以达到农作物增产的目的.导致残留于土壤中的农药和化肥随着大气降水直接渗入地下水中，而嫩江县水源地地下水主要依赖大气降水补给，这样农药和化肥中的含氮物质直接渗入地下水并随着水流方向流入饮用水水源地.农药等污染物难以有效控制，污染物可通过不同的途径进一步污染水质，造成水污染情况加剧.因此，过量施肥和喷洒农药也是水源地地下水污染的主要潜在因素.

4.3 生活垃圾及污水排放

嫩江县水源地紧邻村庄及居民区，各村庄的污水垃圾仍采用原始的就地倾倒，就地掩埋等方式，没有得到有效集中处理.其中，居民生活污水没有得到妥善的收集处理，使得生活污水中大量的有机物、氮及洗涤剂等污染物渗入地下，影响了地下水的水质情况，增加了地下水中氨氮及重金属含量.

此外，生活垃圾随意堆放，没有合理健全的防护与控制措施，垃圾中的微生物及有害物质堆积形成垃圾渗透液渗入地下水，也会对地下水水环境造成影响.因此，生活垃圾和污水的随意排放都是饮用水安全的潜在威胁因素.周围农村饮用水卫生不达标，村民的饮水安全得不到保障，也会使得村民安全饮水成为亟待解决的问题.同样，在县城城市化速度的加快发展过程中也难以避免水环境污染的发生.因此，生活垃圾妥善处置和污水处理的配套设施建设要配合城镇和农村的发展速度，以防潜在风险因素的发生对环境生态造成重大影响.

5 地下水污染防治的对策与建议

针对嫩江县饮用水水源地的现有主要污染源和水环境质量的变化趋势进行分析，剖析饮用水水源地的地下水部分存在的潜在污染风险及水环境质量变化的潜在风险因素，提出行之有效的规避风险方案，控制污染的发生，提出地下水水源地污染防治的一系列对策与建议.

5.1 严格控制企业和城镇污染源

废弃糖厂的氧化塘作为潜在污染风险因素所产生的污染已随着地下水缓慢向下游迁移，对下游土壤和地下水造成了影响，NH4+质量浓度超过Ⅲ类水体标准值，达到Ⅳ类标准，且面积逐渐加大.根据工作区地下水水质的特点及其成因，建议按照“防治结合”的原则，把预防与修复相结合，开展治理地下水污染等工作.“防”包括隔离氧化塘污染源；对水源地附近居民区污水垃圾进行水排放点及时开展清理防渗工作，防止污废水管网渗漏，使污染进一步进行集中统一无害化处理；对水源地附近农田的施肥用药情况进行监控；加强重点行业环境监管；引导农民合理施肥用药，控制化肥和农药的使用量.“治”包括对已有工农业及居民区的垃圾污，并对受污染的地下水进行修复防控等工作.

5.2 建立保护区与水质监测点

为了能够更好地对地下水水源地进行管理与保护，水源地保护区应进行调整、划定并展开建设.通过保护区的建立，开展多尺度地下水水源地的污染防治区划与治理工作.其中，地下水污染防治工作的规划方案应做到优先保护地下水饮用水源地、保护地下水的使用功能、保护地下水系统的完整性、地下水和地表水统筹兼顾.与此同时选择适宜地区建立地下水监测站或监测点，并以此为基础，对该地区水质动态进行长期观测.查明该区域地下水水质状况、污染情况、污染范围等，对已发生的污染采取治理措施，未发生污染的区域加强防范.

5.3 加强保护意识和法制监管体系

目前，我国对环境保护工作的关注逐渐提升，但是对水源地污染的严重性与危害性还存在认识不足，水源地污染对人类生活的影响没有得到重视.当务之急是转变观念，提高对水源地污染的认识与研究.积极开展保护水源环境活动，宣传饮水水质安全的重要性，提高由于水源污染带来的疾病、畸形等人类灾难的意识，将人为污染因素转变成人人环保行动上来，形成人与水源地共同体；建立健全法律法规体系.使水源地保护真正做到有章可循，有法可依；加强执法监督，制定防治污染紧急预案.一旦发生水源地污染事件，能够立即启动应急预案，实施制度控制措施和应急净化措施，将污染控制在最小范围，降低污染对人们生产生活的影响.

通过对水源地的合理规划、管控城镇污染源，建立长期监测点，加强水源地保护意识，从而形成水源地系统可持续发展，为安全饮水，健康身体和谐社会保驾护航.