北京市南部地区典型地下水水源井水质数据分析

焦文婷 康 欣

（北京市自来水集团有限责任公司，北京 100031）

1.前言

北京市作为人口千万级别以上的超大城市，水资源整体状况匮乏，随着社会的发展进步，城市生活生产用水的需求日益增长，供需水矛盾日益突出。北京市南部某水厂供水水源井由于长期持续的过度开采，井水位持续下降，水质不断恶化，造成了一系列生态与环境地质问题。2014年南水北调中线正式通水，有效的解决了我国北方受水城市水资源严重短缺的问题，地下水超采情况才得以有所缓解。但地下水资源仍是保障城市供水安全的珍贵资源，地下水有水质澄清、变化幅度小，便于维护及运行管理方便等诸多优点，符合卫生要求的地下水，仍然宜优先作为生活饮用水的水源。对于矿化度和总硬度、硝酸盐氮高的地下水，为保证出厂水水质达标，往往需要与地表水进行混合供水，以达到生活饮用水卫生规范要求。

北京市南部某水厂供水水源为地下水，常年过度开采导致其典型地下水源井总硬度、硝酸盐氮指标值高，现通过地表-地下水联合调蓄进行调节，使出厂水可达到生活饮用水卫生规范要求。为掌握地下水水源井开采量对水质的影响，依托北京市南部地区地下水水源井典型水质指标，对相应水源井长期出水量和水质数据进行分析和总结，以求合理的控制水源井出水量，为区域地下水资源可持续利用提供理论依据。

2.基本概况

根据辖区内地下水水质特点，选择01＃至06＃水源井作为本次研究的水质监测点，同时选取2008年至2020年总硬度和硝酸盐氮两项具有代表性的指标进行数据整理和分析。

总硬度是水质的重要监测指标，高硬度的水有苦涩味，感官差且饮用后有影响胃肠功能、泌尿功能病变的可能性。由于硬水对人体健康的潜在危害，我国《生活饮用水卫生标准》要求生活饮用水的总硬度以CaCO3计不得超出450mg/L的限值。《地下水质量标准》中也对硬度进行了五类分级，因此水硬度的指标监测是不容忽视的。

相比较水中的总硬度，正常水平的硝酸盐通常不会对水质产生直接影响，由干硝酸盐易溶于水且无色无味，许多已被严重污染的井水未得到重视。我国饮用水硝酸盐项目标准限值为10mg/L，水中出现过量的硝酸盐，不仅影响到水中生物的生存条件，对于人体也有着非常大的危害。水中硝酸盐超标，能致使出现缺氧、头昏等症状，严重时还有致癌、致畸的风险。

图1 2008年-2020年01#-06#水源井静水位变化图

01＃至06＃井是供水厂重要的水源井，也是有代表性的典型井，且六个样点都有足够的数据支持研究。2008年至2013年，01#、02#、05#的静水位随着时间的变化都有降低的趋势，而03#、04#、06#的静水位虽保持平稳但在2013年也都有下降。2014年，南水北调顺利通水，各典型井的静水位都有所上升，尤其是01#和04#。然而这种情况并未得到好的维持，至今，随着不断开采，各典型井的静水位也在快速下降。其中04#的静水位降幅达到了5.5米，对各典型井的开采分析确有必要。

3.水质数据分析

整理编号为01#至06#的水源井1997年至2020年的监测数据，分连续供水、断点供水及南水北调后供水三种情况对水源井年总出水量、硝酸盐氮和总硬度进行分析。

图2 1997年-2020年01#-02#总出水量与总硬度动态曲线图

3.1 连续供水对硝酸盐氮、总硬度的影响

01#、02#近20年一直处于使用状态，无停用情况。01#出水量浮动值达到111.4%、总硬度和硝酸盐氮变化幅度分别为17.4%和43.2%；02#出水量浮动值达到164.2%，总硬度和硝酸盐氮变化幅度分别为40.2%和58.2%。分别建立水源井硝酸盐氮、总硬度指标与出水量的动态曲线图，两指标的变化与出水量确有一定相关性。

1997年至2020年间，01#-02#的出水量与总硬度的变化趋势一致。当水源井出水量增加时，总硬度随之出现明显升高；当出水量减少后，硬度下降明显。尤其是02#自2013年后，随着出水量的不断减少，硬度指标有明显下降趋势。

图3 1997年-2020年01#-02#总出水量与硝酸盐氮 动态曲线图

1997年至2020年间，01#的硝酸盐氮指标数值相对稳定，虽然年际间有所波动，但总体变化趋势不明显。02#的硝酸盐氮指标变化幅度与出水量有较明显相关性。2005年至2009年，当出水量不断减少时，硝酸盐氮也随之下降。2009年至2013年出水量增加，硝酸盐氮也大幅度上升，涨幅超过10mg/L。2013年至2020年，当出水量再次减少时，硝酸盐氮也再次出现了明显的下降趋势，对比2013年与2020年，出水量减少了约160万m3/年，硝酸盐氮降低了16mg/L。

3.2 断点供水对硝酸盐氮和总硬度影响

03#水源井于1999年至2003年停用，04#水源井于1999年至2003年以及2005年停用，停用前后总硬度和硝酸盐氮都有所浮动。

图4 1997年-2020年03#-04#总出水量与总硬度动态曲线图

2004年，03#水源井恢复使用后，硬度指标未有明显变化。但随着总出水量的不断减少，尤其是近10年内的压采，硬度指标下降幅度近200 mg/L，水质有逐渐好转的趋势。04#水源井恢复使用后，2006年其硬度指标有所好转，但随着出水量的增加，硬度也出现恶化的趋势。近年内，出水量的改变与硬度的变化也呈现高度的一致性。

图5 1997年-2020年03#-04#总出水量与硝酸盐氮动态曲线图

2004年，03#水源井重启后硝酸盐氮降低26.5%。恢复使用后，2005年硝酸盐氮上升47.8%，2006年以后随着出水量的减少，硝酸盐氮明显下降。

2006年，04#水源井重启后硝酸盐氮同比1998年降低22.3%。恢复使用后，2007年硝酸盐氮上升21.2%，2008年后硝酸盐氮随着出水量变化，趋势一致。对比2012年与2020年，出水量减少了约60万m3/年，硝酸盐氮降低了约6mg/L。

由03#-04#的动态曲线图看出，地下水源井的总出水量变化与水质硝酸盐氮指标的变化呈正相关。尤其是近几年当总出水量减少时，硝酸盐氮的数值也随之大幅降低。

数据表明超过5年的停井整修、维护对降低水源井总硬度、硝酸盐氮含量有明显效果。然而若考虑到完全或长期停用，可能导致水源井报废，所以停井维护的时间间隔非常重要，间隔时间需要保证既有效保护水源井设备，又能保障水质指标状况好转。

3.3 南水北调对硝酸盐氮、硬度影响

南水北调工程全线通水进京后，北京市每年增加约10亿立方米的水资源，市内利用南水替代部分地下水进行供水，南水进京前后相比，由于地表水厂供水量的补充，该地下水厂的出水量大幅度减小。

图6 .1997年-2020年05#-06#总出水量与总硬度动态曲线图

南水通水后，2015年05#水源井的总出水量减少43.1%，06#水源井减少30.3%。两典型井的水质指标有明显好转，总硬度维持较低水平。2015年，05#的总硬度降低了4.3%，06#降低了12.5%且06#的总硬度指标依然呈现降低的趋势。

图7 1997年-2020年05#-06#总出水量与硝酸盐氮动态曲线图

硝酸盐氮含量的变化更为明显，整体呈现下降趋势。2015年，05#水源井硝酸盐氮含量降低了13.5%，06#水源井降低了16.1%，并且两典型井的水质指标还在不断改善。整理数据表明，南水北调通水补充后，地下水开采量得以减少，对该辖区内地下水源的涵养和恢复起到了显著的作用。

4.结论

（1）水源井持续出水且出水量稳定时，水源井总硬度和硝酸盐氮无明显变化。

（2）辖区内地下水源总硬度、硝酸盐氮含量偏高，两项指标的变化与总出水量的变化有一定相关性。分析数据表明随着开采量的增加，水质逐渐变差，说明对地下水的过量开采是造成水质逐年恶化的主要原因，对地下水的开采应采取合理的、科学的方式。

（3）超过5年的停井整修、维护对降低该辖区内水源井总硬度、硝酸盐氮含量有明显效果。辖区内两典型井停井5年后进行检测，发现总硬度和硝酸盐氮指标数值均有所下降，尤其是硝酸盐氮，降幅分别达到了26.5%和22.3%。

（4）南水北调供水及压采后，对该辖区内区域水质改善具有一定的积极作用。利用南水替代部分地下水进行供水，使地下水开采量减少，水中总硬度和硝酸盐氮含量明显降低。南水通水后，辖区内两典型水源井的总出水量分别减少了43.1%和30.3%，水源井水质指标得到改善改善，总硬度分别降低了4.3%和12.5%，硝酸盐氮含量分别降低了13.5%和16.1%，并且保持继续下降的趋势。

但要求总硬度和硝酸盐氮含量低于《生活饮用水卫生标准》（GB/T 5749—2006）中规定的限值，还需要采取兑水等调整措施。考虑到南水北调通水时间较短，工程需要逐步发挥效益，压采工作亦应循序渐进，下一步会继续深入研究，通过水量与水质相关关系的建立，进一步分析南水北调供水对地下水改善的影响，探寻更加合理的地下水开采量，从供水效益和环境效益等方面优化南水与地下水联合调蓄的能力。