嫩江縣水源地地下水環境狀況分析及防治措施

崔 迪，侯圣琦，宋金萍，鄧紅娜，谷遜雪

(1.哈爾濱商業大學 藥學院，哈爾濱 150076；2.哈爾濱商業大學 藥物工程技術研究中心, 哈爾濱 150076)

從1984年我國第一部《水污染防治法》的頒布到2018年1月1日《水污染防治法》(第二次修正)的30多年時間，防治水污染，保障飲用水安全，促進經濟社會可持續發展一直是環境保護領域的重點工作[1].其中，飲用水水源地的保護從水源地的劃分、周邊環境保護區禁止出現污染源、應急或者備用水源地的配備等多個方面都有明確的要求，飲用水水源地的環境保護內容在不斷的完善和補充[2].

飲用水水源地根據供水區域的實際情況可以來自地下水、湖泊或者江河等多種方式[3].地下水資源量大、水質好、便于廣泛地開發利用，是淡水資源當中最主要的組成部分，是人們在日常生活中用于飲用的最為優質的水源，是人們能夠正常生產、生活，保證用水順暢的根本[4-5].因此，飲用水的水質安全關系到公眾的切身利益，影響社會的發展和穩定[6]，摸清排查飲用水水源地現狀，觀察水源地水質變化走向，分析主要污染物和污染源對飲用水水源地的生態風險影響，對實施水源地的生態安全保護，提供“干凈”水給千家萬戶飲用具有重要的實際意義[7-8].本文依托“嫩江縣飲用水水源地地下水污染調查”工程項目開展水源地的環境狀況調查及環境保護工作，為該地區的合理建設、保護及發展提供依據.

1 水源地基本概況

1.1 自然地理概況

嫩江縣隸屬于黑龍江省黑河市，位于黑龍江省西北部，地跨東經124°44′30″～126°49′30″，北緯48°42′35″～51°00′05″.北依伊勒呼里山，與呼瑪縣交界；東接小興安嶺，與愛輝區、孫吳縣、五大連池毗鄰；西鄰嫩江，與內蒙古自治區莫力達瓦達斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗隔江相望；南連松嫩平原，與訥河市接壤(見圖1).嫩江流域土地肥沃，林海浩瀚，水草豐盛，優越的地理位置和豐富的自然資源，為嫩江的經濟發展提供了良好的條件，素有“北國糧倉”、“中國大豆之鄉”之譽.

圖1 嫩江縣區域圖

1.2 氣象及降水條件

嫩江縣屬于寒溫帶半濕潤大陸性氣候，冬季長而寒冷，夏季短而多雨.多年平均氣溫2～4 ℃，歷年最低氣溫-39.5 ℃，最高氣溫達40.1 ℃.區內多年平均有效降水量為524.5 mm，區內最大年降水量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，約占全年降水量的82%，年平均總蒸發量為1 142.5 mm，年日照2 450～2 600 h，年平均風速2.5～3.0 m/s.活動積溫1 600～1 800 ℃，無霜期80～100 d.年日照2 450～2 600 h.相對濕度的年內變化明顯，夏、冬季相對濕度大，均大于70%；春、秋季相對濕度小，均小于70%[9].

嫩江縣地表河流主要為嫩江.嫩江發源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側，發源地海拔高程1 030 m，由融雪、涌泉網狀溪流匯集成江.自河源由西北流向東南127.2 km處，與二根河匯合向南流，始稱嫩江干流.自此，水流由北向南，流經鄂倫春自治旗、嫩江縣15個市、縣(旗)，在吉林省松原市三岔河附近與第二松花江匯流.從河源到三岔河口，全長1 370 km，干流長975 km，流域面積282 748 km2，多年平均徑流深76.5 mm，天然年徑流總量227.3×108m3[10].

1.3 研究工作區概況

工作區選定在嫩江縣現有水源地及地下水補給區，即嫩江縣北部嫩江左岸.位于興安山地與松嫩平原過渡地帶，西靠嫩江，地勢南高北低、東高西低，海拔在219～275 m之間，平均高度247 m.工作區地下水總體運動規律是由東向西流.工作區北依伊勒呼里山，東接小興安嶺，西鄰嫩江，這一特定的自然地理與地質環境決定了工作區具有山前高平原和河谷平原區域水文地質特征.大氣降水和側向徑流是本區地下水的主要補給來源, 地下水賦存條件及含水層結構見圖2.

圖2 地下水賦存條件及含水層結構水文地質剖面圖

2 水源地地下水水質概況

2.1 水源地地下水監測

自“十三五”規劃開展以來，嫩江縣環境監測站對城區水源地地下飲用水進行監測.監測頻次為每年1月(枯水期)、5月(平水期)、7月(豐汛期)各監測一次.

2.2 水源地地下水污染調查

本次地下水污染狀況調查采用鉆探、成井等方法[11-13]，在工作區范圍布設第四系取樣孔15個(編號為ZK1-ZK15)，其中揭穿第四系的取樣孔4個，孔深37～45 m；揭穿含水層的淺孔13個，孔深均為20 m，水文地質鉆探工作總進尺384 m.見表1.

表1 鉆孔詳情

采取水樣流程如下：

1)小徑取芯

采用全孔連續取芯，取出的巖芯按順序排放，并進行巖芯編錄、取樣、拍照.

2)變徑成井

采用擴孔成井工藝，為了分層取得不同深度含水層的水質、水量及動態資料，或為阻止非開采層以外含水層中的劣質地下水或者松散地層的沙土等進入鉆孔之中，常需對揭露的各個含水層或者個別松散地層采取分層保護的隔離措施.變徑下管止水、止沙土則是最有效的隔離方法.有時，為減輕隨鉆進深度增加而加大的鉆機荷載或為節省井壁管材，也需變徑，直至設計孔深.

3)洗井抽水

采用潛水泵抽水洗井，簡易抽水試驗并采集地下水樣，樣品保存于專用樣品瓶中用于后續分析.

2.3 水質監測指標

根據《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)要求[14]，地下水質量調查與監測指標以常規39項指標為主，補充鉀、鈣、鎂、重碳酸根、碳酸根、游離二氧化碳指標，詳情見表2.

表2 飲用水源地地下水常規指標

2.4 水源地地下水水質評價方法

通常水質評價標準有單指標評價法和綜合評價法兩種.單指標評價法按指標值所在的限值范圍確定地下水質量類別，指標限值相同時，從優不從劣.綜合評價法是按單指標評價結果最差的類別確定，并指出最差類別的指標.兩種評價方法都能夠明確的給出該水域是否符合功能要求.在水環境質量評價中，取某一評價指標多次測量的平均值，與標準值相比較，若這一項指標的平均值超過標準值時，就表示該水體已經不符合評價標準，不能完全滿足該功能的要求.本研究根據飲用水源地的水質質量狀況，統一參照2017年出版的《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)[14]，采用單指標評價法和綜合評價法對工作區地下水水質狀況進行評價[15-16].

3 地下水水質綜合評價結果及主要污染物分析

3.1 水質綜合評價結果

2016～2017年，嫩江縣飲用水水源地的水質類別為Ⅲ類水體，達標率為100%；2018年，嫩江縣飲用水水源地的水質類別為Ⅳ類水體，未能達標.結果如表3所示.相比較2016年和2017年的飲用水水質狀況，2018年水質下降，達標率發生變化.此外，人均取水量從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年度飲用水源地水質狀況

3.2 地下水NH4+、NO2-和NO3-指標分析

根據《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)要求，Ⅲ類水體NH4+、NO2-和NO3-質量濃度分別不能超過0.5 mg/L、1 mg/L和20 mg/L，Ⅳ類水體NH4+、NO2-和NO3-質量濃度分別不能超過1.5 mg/L、4.8 mg/L和30 mg/L.在取樣孔ZK-1取出的地下水水質檢測結果顯示NH4+質量濃度已達到Ⅲ類水體要求的上限閾值，ZK-3水質檢測結果顯示NH4+質量濃度已達到Ⅳ類水體標準，超過了飲用水標準，需要進行治理方可成為水源.結果如表4所示.

表4 2018年地下水NH4+、NO2-和NO3-質量濃度(mg/L)

注：ZK為水文地質鉆探取樣孔取水，孔深20 m.ZK-1為鉆孔取樣點1，ZK-3為鉆孔取樣點3.

3.2.1 NH4+分布特征

《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)中做出了明確規定[14]，Ⅲ類水體NH4+質量濃度標準為≤0.5 mg/L，Ⅳ類水體NH4+質量濃度標準為≤1.5 mg/L.從地下水NH4+質量濃度分布(見圖3)中可以看出，工作區北側和東側NH4+質量濃度低于0.15 mg/L，部分都可以達到Ⅱ類水標準，具體范圍為魯日村東北-勝利村-前勝利村以北；工作區中部NH4+質量濃度為0.10～0.50 mg/L，接近Ⅲ類水標準上限；NH4+質量濃度處在0.40-0.50 mg/L的Ⅲ類水體標準區域主要集中于工作區西南側，具體為長江村以南，魯日村以西；水源地東部地區采樣點ZK3的NH4+質量濃度可達1.49 mg/L，此處已達到Ⅳ類水標準，具體位置為嵩山薯業以西至嫩江現有傍河水源地至嫩江岸北范圍，包括飲用水水源地17號、18號和19號井，表明工作區范圍內存在NH4+污染.同時，圖3結果顯示NH4+的污染已經有向水源地下游發生擴散的趨勢，且污染范圍也有所擴大，污染帶來的風險對飲用水水源地的水質影響會逐漸加大.

圖3 地下水NH4+質量濃度分布

3.2.2 NO3-分布特征

《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)中做出了明確規定[14]，Ⅲ類水體NO3-質量濃度標準為≤20 mg/L，Ⅳ類水體NO3-質量濃度標準為≤30 mg/L.水源地地下水NO3-質量濃度分布如圖4所示，工作區地下水中NO3-質量濃度超標Ⅲ類水體標準區域主要集中于工作區東北側和現有水源地東部，具體范圍為：魯日村東北-勝利村-勝利村及其以東北.其中，ZK-3 取樣孔NO3-質量濃度為22.4 mg/L.

4 地下水污染因素分析

嫩江縣水源地是嫩江縣唯一的飲用水供水水源地，采用傍河取水和地下水聯合供水的方式為周邊居民生產生活提供凈水.目前，嫩江縣水源地日供水量達2×104m3/d.該水源地周邊區域存在實際的和潛在的污染源，水質惡化的情況將直接影響到居民的生產生活、農業作業和工業生產等方面.因此，對該縣現有水源地被污染的風險和水環境質量惡化的風險因素進行著重分析[18-19].

4.1 工業污染因素

嫩江縣附近含水層較厚，且泥質含量少，賦存豐富的孔隙水，故嫩江縣地下水主要接受大氣降水補給.在嫩江縣水源地地下水的補給區內有一座10年前廢棄的糖廠，糖廠氧化塘直徑達數十米，現有荒地為回填土形成.氧化塘的作用是收集糖廠生產過程中排放的廢水，初步沉淀去除泥沙、懸浮物等.制糖企業里流洗工段的廢水為反復循環使用的洗甜菜廢水以及生活污水.因此，廢水的SS質量濃度較高，氨氮質量濃度也較高，通?？筛哌_50 mg/L.由于廢棄糖廠的水質水量不穩定、NH4+質量濃度發生變化以及富含泥砂等懸浮物質等因素，致使氧化塘對周邊土壤及地下水容易受到污染[18-19].由圖3可以看出，氧化塘含NH4+較高的水體沿著地下水流動方向緩慢向下游遷移.同時，NH4+的污染范圍順著地下水流方向發生了擴散，且污染范圍逐漸擴大.嫩江水源地水井采集水樣的水質檢測結果顯示，含NH4+較高的水體目前已遷移至下游的水源地并影響了下游土壤和地下水水質.如果不及時對廢棄糖廠的污染進行控制和治理，將對嫩江縣飲用水水源地造成更大的威脅，Ⅳ類水體會惡化成Ⅴ類水體，直接影響到嫩江縣周邊所有居民正常生活和工作，并對大眾的身體健康造成極大威脅.

4.2 化肥農藥的濫用

在嫩江縣飲用水水源地周邊區域有大片的農田進行生產勞作.隨著社會經濟的高速發展，農田灌溉過程需要施以大量甚至過量化肥與農藥，以達到農作物增產的目的.導致殘留于土壤中的農藥和化肥隨著大氣降水直接滲入地下水中，而嫩江縣水源地地下水主要依賴大氣降水補給，這樣農藥和化肥中的含氮物質直接滲入地下水并隨著水流方向流入飲用水水源地.農藥等污染物難以有效控制，污染物可通過不同的途徑進一步污染水質，造成水污染情況加劇.因此，過量施肥和噴灑農藥也是水源地地下水污染的主要潛在因素.

4.3 生活垃圾及污水排放

嫩江縣水源地緊鄰村莊及居民區，各村莊的污水垃圾仍采用原始的就地傾倒，就地掩埋等方式，沒有得到有效集中處理.其中，居民生活污水沒有得到妥善的收集處理，使得生活污水中大量的有機物、氮及洗滌劑等污染物滲入地下，影響了地下水的水質情況，增加了地下水中氨氮及重金屬含量.

此外，生活垃圾隨意堆放，沒有合理健全的防護與控制措施，垃圾中的微生物及有害物質堆積形成垃圾滲透液滲入地下水，也會對地下水水環境造成影響.因此，生活垃圾和污水的隨意排放都是飲用水安全的潛在威脅因素.周圍農村飲用水衛生不達標，村民的飲水安全得不到保障，也會使得村民安全飲水成為亟待解決的問題.同樣，在縣城城市化速度的加快發展過程中也難以避免水環境污染的發生.因此，生活垃圾妥善處置和污水處理的配套設施建設要配合城鎮和農村的發展速度，以防潛在風險因素的發生對環境生態造成重大影響.

5 地下水污染防治的對策與建議

針對嫩江縣飲用水水源地的現有主要污染源和水環境質量的變化趨勢進行分析，剖析飲用水水源地的地下水部分存在的潛在污染風險及水環境質量變化的潛在風險因素，提出行之有效的規避風險方案，控制污染的發生，提出地下水水源地污染防治的一系列對策與建議.

5.1 嚴格控制企業和城鎮污染源

廢棄糖廠的氧化塘作為潛在污染風險因素所產生的污染已隨著地下水緩慢向下游遷移，對下游土壤和地下水造成了影響，NH4+質量濃度超過Ⅲ類水體標準值，達到Ⅳ類標準，且面積逐漸加大.根據工作區地下水水質的特點及其成因，建議按照“防治結合”的原則，把預防與修復相結合，開展治理地下水污染等工作.“防”包括隔離氧化塘污染源；對水源地附近居民區污水垃圾進行水排放點及時開展清理防滲工作，防止污廢水管網滲漏，使污染進一步進行集中統一無害化處理；對水源地附近農田的施肥用藥情況進行監控；加強重點行業環境監管；引導農民合理施肥用藥，控制化肥和農藥的使用量.“治”包括對已有工農業及居民區的垃圾污，并對受污染的地下水進行修復防控等工作.

5.2 建立保護區與水質監測點

為了能夠更好地對地下水水源地進行管理與保護，水源地保護區應進行調整、劃定并展開建設.通過保護區的建立，開展多尺度地下水水源地的污染防治區劃與治理工作.其中，地下水污染防治工作的規劃方案應做到優先保護地下水飲用水源地、保護地下水的使用功能、保護地下水系統的完整性、地下水和地表水統籌兼顧.與此同時選擇適宜地區建立地下水監測站或監測點，并以此為基礎，對該地區水質動態進行長期觀測.查明該區域地下水水質狀況、污染情況、污染范圍等，對已發生的污染采取治理措施，未發生污染的區域加強防范.

5.3 加強保護意識和法制監管體系

目前，我國對環境保護工作的關注逐漸提升，但是對水源地污染的嚴重性與危害性還存在認識不足，水源地污染對人類生活的影響沒有得到重視.當務之急是轉變觀念，提高對水源地污染的認識與研究.積極開展保護水源環境活動，宣傳飲水水質安全的重要性，提高由于水源污染帶來的疾病、畸形等人類災難的意識，將人為污染因素轉變成人人環保行動上來，形成人與水源地共同體；建立健全法律法規體系.使水源地保護真正做到有章可循，有法可依；加強執法監督，制定防治污染緊急預案.一旦發生水源地污染事件，能夠立即啟動應急預案，實施制度控制措施和應急凈化措施，將污染控制在最小范圍，降低污染對人們生產生活的影響.

通過對水源地的合理規劃、管控城鎮污染源，建立長期監測點，加強水源地保護意識，從而形成水源地系統可持續發展，為安全飲水，健康身體和諧社會保駕護航.