饮用水水源地保护区划分原则分析

牟宗顺，郭 瑶，郭文波，丁明明

（1.日照市生态环境保护服务中心，山东 日照 276800；2.日照市生态环境局东港分局，山东 日照 276800）

饮用水水源是人类生存重要的供水资源，也是生态系统的重要组成部分。近年来，工业生产废水的排放以及各种化学制剂的使用等导致饮用水水源受到严重污染，影响饮用水的安全性。我国的饮用水水源主要来自于地下水，因此我们需要做好对地下水饮用水水源的合理保护与划分。

1 饮用水水源地保护划分原则

1.1 保护优先

水源污染的防治工作需要以预防为主，以综合治理为辅。近年来城市人口数量不断增多，污物、污水等排放量不断加大，大量垃圾的随意排放导致城市周围水源环境逐渐恶化，而水源治理需要花费大量的时间和精力，治理周期长，因此保护为先是最基础的原则。

1.2 防治结合

饮用水水源保护区的划分需要采用防治结合的原则。地下水水源保护区的划分要按照水源地的水文环境、地理位置、开采方法、供水要求以及周围污染源的位置等进行科学规划和分布，保证划分的合理性[1]。

1.3 水质达标

饮用水水源不同等级的保护区划分标准存在一定差别。饮用水源的一级保护区对水质的要求比较高，需要保证水源中各项水质的指标都达到《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）[2]（下文称为《标准》）中的Ⅱ类水质要求；二级保护区对水质的要求比一级保护区的要求低，只需达到《标准》中的Ⅲ类水质要求。

1.4 保证范围最小

为了保证饮用水水源水质不受污染，不仅要对水源周围环境进行保护，还要考虑水源周围土地的利用问题。在饮用水水源地保护区划分中，需要在保证安全的情况下尽可能缩小保护范围。

1.5 因地制宜

饮用水水源地保护区划分工作中，需要结合水源区的水文环境和地质环境划分水源保护区域，保证水源开采规划符合要求的水质标准。在水源保护区的范围划定中，需要考虑到人类活动的污染问题。水源地取水点、水源运输等区域周围的主要污染物必须要衰减到标准的浓度水平，在保证正常取水的情况下，水质可以达到预期的规定和标准。如果发现区域周围出现污染物，需要及时设置缓冲带，并立即采取有效的解决措施。

2 饮用水水源地保护区划分的程序

2.1 合理划分目标水源地和质量评价

饮用水水源保护区划分开始前，需要先做好对水质的评价。根据我国环保部门以及水文部门的水质检测要求，在水质的判断中需要结合《地表水环境质量标准》[3]《地下水质量标准》[2]以及《生活饮用水卫生标准》[4]等准则作为水质评价和衡量标准，并采用综合评价法、单因子法等对水源的水质情况进行评价。在天然水水源评价中，首先需要对水质进行化学评价，包括对水质的矿化度、pH值、高锰酸盐指数、非离子氨、CODcr、亚硝酸盐、六价铬、硫酸盐、铅、汞等含量的评价，以及大肠菌群、氨氮的水质生物学参数测定等，通过对这些因子的评价和分析，确定水源环境质量。

2.2 合理分析污染源

2.2.1 地表水的污染源分析

2.2.1.1 河流污染源

河流污染主要是由上游城市工业废水、生活垃圾的排放以及农业灌溉等导致的水源污染。

2.2.1.2 水库污染源

水库污染源来源于河流河水补给的污染，同时也包括入库段油气管道以及铁路、公路等交通泄露，生活污水、农业生产等污染物的排放造成的污染。

2.2.2 地下水的污染源分析

2.2.2.1 点污染源

点污染源是指在某集中地点对污染物进行集中固定堆积，比较常见的为固定垃圾场、生活废物排放口以及工业废物排放点等。

2.2.2.2 面污染源

面污染源包括废气排放、水土流失、农业生产等造成的污染。污染源的污染物会通过径流以及大量降水等向地下水以及地表水等渗透，造成水源污染。此外，城市屋顶、街面等位置都会堆积大量的灰尘、垃圾等污染物，一旦降雨会导致这些污染物被冲入水道中，形成大面积的污染。

2.3 排查水源地污染源

城乡地区存在点污染源和面污染源，随着农业和城市化的发展，面污染源的范围不断扩大，而且容易由于各种原因出现突发的污染事故，对水源地的水质造成更大的安全隐患。因此，在水源地保护区的规划过程中，相关人员需要对各种可能造成污染的情况进行综合分析，并针对不同问题和污染情况采取合理的预防和保障措施，保证水源保护地规划的科学性，以及水质的安全性，并结合水源地的分布环境和位置做好水污染隐患的排查。

2.4 合理做好保护区分级

为了使饮用水水源地的环保与经济协调发展，需要保证饮用水水源保护的合理性，有效控制饮用水防治成本。具体可以根据《饮用水水源保护区污染防治管理规定》[5]要求确定水源保护区类别，一般可以分为一级保护区、二级保护区以及准保护区。其中一级保护区需要保证内部的水质满足饮用水的饮用卫生标准；二级保护区则需要保证水质达到正常水质要求，一旦发现被污染的饮用水源，需要立即采取紧急治理措施，并设置缓冲带；准保护区需要保证水质安全，并保障地方经济，通过防护的方式和要求确定饮用水的水质安全。理论上来说，保护区的范围越大，水源地的保护效果越好，但是由于经济成本以及土地利用等因素的限制和制约，政府要求饮用水水源保护区划定要在保证水质安全的情况下尽可能缩小范围。因此，在一级保护区的范围划定中对最小限值进行了规范，保证水源取水的水质；在二级保护区以及准保护区的范围划分中，需要将地方经济成本作为重要的考虑因素。

3 饮用水水源地保护区的划分方法及分析

3.1 经验值法

饮用水水源地保护区划分方法中经验值法是比较常用的方法之一。经验值法主要应用在井水水质的保护中，大量研究发现，经验值法计算水质保护区半径比较准确。经验值法主要是以时间和距离为主要衡量标准，其中以时间为标准的划分方法是上世纪30年代由德国传入，结合饮用水中病菌在水层生存的时间是否超过50天进行划分，并提出了“50日流程等值线”理论，作为饮用水水源一级保护区的划定标准。

在以距离为衡量标准的饮用水水源保护区划定中，要求以3 km为半径划定圆形保护区，这种划分方式在早期应用比较广泛。我国饮用水水源保护区的划分主要是以发达国家的标准为参考，并结合我国的饮用水水源特点，参考《饮用水水源保护区划分技术规范》[6]对饮用水水源地保护区域范围测定提出相应的参考和建议。比如细沙区域的一级保护区半径为30～50米，二级保护区半径为300～500米；中沙区域的一级保护区半径为50～100米，二级保护区半径为500～1 000米；粗砂区域的一级保护区半径为100～200米，二级保护区半径为1 000～2 000米；砾石区域的一级保护区半径为200～500米，二级保护区半径为2 000～5 000米；卵石区域的一级保护区半径为500～1 000米，二级保护区半径为5 000～10 000米。该规范针对不同地区的水源保护区提出了更细化的划分标准，并结合水源地区的不同特点，以及不同地区的地质环境，比如地下水溢出、冲洪积扇水源地等做出调整。

经验值法具有操作简单、成本低等优势，而且不需要具有更多的技术经验，可以在比较短的时间内对大面积饮用水水源保护区进行划分。但是其应用的环境比较单一，主要应用在一些小型水源地以及初期的保护区划分中。水源检测技术以及水源划分精度的提升，使饮用水水源地保护区的划分更加复杂，而且可以核实划分结果，保证划分的科学性。

3.2 公式计算法

在饮用水水源地保护区的划分中，如果仅采用经验值的方式对保护区进行划定，容易造成饮用水水源地保护区划分的误差，影响水质安全或者造成土地浪费。因此需要结合不同区域的地质及水文条件等科学选择水文地质参数，并利用计算公式确定具体的保护区半径。公式计算法可以结合不同的水源地、含水层等确定保护区，并结合检测情况调整保护区的中心、形状以及具体的延伸范围等，合理确定饮用水水源保护范围。该饮用水水源保护区的划定方法主要应用在中小型的潜水型水源地，在具体的应用中以《饮用水水源保护区划分技术规范》中要求的标准公式确定保护区的半径。公式为R=αKIT/n，公式中R表示的是水源保护区的半径，α表示的是安全系数，常用的参数标准为150%，K表示的是含水层渗透系数，I表示的是地下水降落范围的平均水利梯度，T表示的是污染物的移动时间，n表示的主要是含水层的有效孔隙度[7]。

相对于圆形半径计算方法来说，二者具有一定的相似性，但是也存在一定的差异。计算无越流发生的承压水源保护区安全保护半径比较常用的方式为CFR计算方法，这种计算方法应用原理为：先对圆柱形保护区域进行假设，并结合水量守恒，对抽水井滤管长度进行分析。设定一定的时间，对水源保护区流入的水流补给量与抽出量进行相等量设定，然后确定保护区的半径。计算公式为，公式中rt表示的是t时间保护区的半径，Q表示的是抽水的速度，t表示的是保护区运移时间，n表示的是含水层孔隙度，b表示的则是抽水井的滤管长度[8]。公式计算法的应用方式比较便捷，容易操作，而且不需要大量的数据。但是在饮用水水源地保护区的划定中，公式计算法的应用过于主观，在地质条件设定中不够客观，而且对污染物的运移影响因素考虑不全面，精度差。应用公式计算法会使水源地保护区的划定准确度不统一，无法有效解决一些比较复杂的水源地保护区划分问题。

3.3 解析模型法

某些地区水文、地质条件比较复杂，应用解析模型法需要先对条件进行简化，主要的条件包括含水层边界、抽水井分布以及承压含水层等形态条件，不需要经过复杂的数学求解。简化含水系统条件需要构建理想的含水层模型，先假设含水层均值等厚、同性，水源地保护区在渗流区的划定中一般以矩形、圆形为主，边界条件设置比较单一。以这些条件为假设，通过连续变量的方式构建水流方程，然后通过方程解析获得相应的位置量，可以获得水源地保护区内各地点以及时间等数值的求取，然后结合技术标准对保护区的范围进行确定，并根据水文地质情况合理划分保护区。上世纪90年代，解析模型法是水源地保护区划定最常用的方法，解析模型中构建了GWPATH以及DREAM等解析和半解析模型。随着科研技术的发展，国内外解析模型法形成了大量的研究论证实例，对边界渗流模型进行解析和研究，但是尚未应用到大面积的水源保护区划分中，主要以小面积的井流保护区为主。

3.4 数值模拟法

饮用水水源渗流区在数值模拟法的应用中形成多个不同的小单元，并假设各单元内水质都处于均质的状态；结合水源渗流区的地质条件合理确定地质参数，并以这些参数为基础形成水文地质概念模型；通过离散变量的方式构建方程，采用数值法的方式对各单元的流动方程进行求解，并对研究区域内的水流状态进行模拟；最后，根据质点的运动情况和时间等设定水源安全保护区。数值模拟法在水源地保护区划分的应用中需要利用计算机软件进行计算，比较常用的软件包括MODFLOW、FEFLOW等模型，这些模型已经被应用到岩溶地下水流、岩溶裂隙含水层等区域的划定中。结合不同的时间标准对饮用水水源地保护区设定一级和二级保护区，通过数值模拟法对水源保护区范围进行计算，可以实现对水文地质条件以及含水层结构的客观分析，并能够对水源的孔隙度、渗透系数、含水层形态等因素进行分析。该水源地保护区划分方法可以应用到水文地质比较复杂区域的水源保护区划分中，特别是一些大型的水源地保护区域的划分，研究方法更可靠。由于该数值模型的构建需要大量的参数对模型进行刻画，而且存在一定的不确定性，因此需要在模型分析中加入一些不确定性分析因素，对水文地质参数在水源保护区划定中的影响进行确定，以保证最终结果的准确性。

4 饮用水水源地保护区控制措施

4.1 一级防护区的控制

饮用水水源地的核心防护区是水源防护中最重要的区域，该区域中不得存在任何污染物，禁止倾倒和排放任何污水、废渣以及各种有毒有害废弃物；同时该区域内部禁止存在任何超标的排放渠道，包括坑塘的工业废水、自然冲沟等；区域内的灌溉禁止采用污水以及有毒有害的污泥、高残留度的农药等；针对区域内已经存在的污染源，需要通过污染防护系统对污染源进行清理，并加强对周边环境的优化，如营造涵养林等，加强区域内的水土保持。

4.2 二级防护区的控制

该防护区主要是水污染的缓冲区，在该区域内不得设置任何可能存在污染的企业和工厂，同时该区域的灌溉严禁使用未处理的污水，并做好固体废弃物填埋工作，防止废物渗漏影响水源；此外，做好对区内已有以及潜在污染源的评估，通过水源污染数值和模型的模拟，判断污染源对水源的影响；针对可能会影响水源的污染源，需要定期检测，并做好工程防护工作，需要根据污染源的差异性采取相应的防护管理措施和工程。比如，城市的污水可以通过建设污水处理厂、改善污水系统等方式解决；针对农业灌溉以及农药污染等，相关部门可以对农药、化肥的使用量和使用种类进行限制。

4.3 一般防护区的控制

一般防护区的设置要求相对来说比较低，可以在其中限制性地放置各种废弃物，但是所放置的废弃物需要满足国家相关标准和规定，并定期对水源进行检测，结合检测结果做好污染源分析，适当控制可能会造成水源污染的活动。

4.4 重点治理区的控制

结合污染源检测结果设置重点治理区，并做好对水污染的控制。首先，重点治理区域内不得排放再生水，需要通过管道引流的方式将再生水向其他区域引流；其次，再生水的水质管理标准需要达到地下水的标准，如果需要向重点治理区域继续排放再生水，需要先对水质进行检测，保证达到地下水的标准才可以排放。结合水文地质条件向河道中排放再生水，可以形成水文景观，同时也有利于实现对地下水的补给。对再生水的水质处理需要保证处理的深度，包括对钾、硝酸盐等物质的处理，不能仅以国家的再生水排放标准为排放要求，还要考虑其他的水质影响。最好的水源污染修复需要结合水源地区的水文和地质条件对水源进行评价，开发水源的自净能力。

5 结语

综上所述，饮用水水源地保护区的划分是保证水源安全的关键环节。饮用水水源地保护区的划分需要遵循一定的原则，以预防为主，防治结合，同时保证水质达标，并在保证水质的前提下缩小水质保护区范围，因地制宜划分保护区域；加强对水源地保护区划分方法和程序的优化，使水源保护区划分更科学、合理；结合不同的保护区范围选择合理的控制措施，保证水资源的保护效果和水源的安全性。