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浅议我国地下水现状及地下水的污染防治

2010年第1期(总第134期)
于 奭1,严毅萍2,康彩霞1(1.桂林理工大学环境科学与工程学院,广西 桂林541004;2.广西师范大学生命科学学院,广西 桂林541004)
 
  【摘 要】 描述了我国地下水的现状以及污染程度,并且说明了我国的地下水污染主要是以防为主的方针。
  【关键词】 地下水;地下水污染及防治
 
1 我国地下水资源现状
1.1  地下水资源现状
  地下水是地表水经由含水层的补给源进入地层并储存于其中形成的。地下水是人类生存空间的重要组成部分,为人类提供了优质的淡水资源。但是当非地下水原有的物质渗入地下水后就有可能造成地下水的污染。地下水一旦受到污染,清除、治理及修复十分困难,不但经济投入大,技术上也有难度,而且时间周期长。同时地下水是我国经济社会可持续发展不可缺少的物质基础。全国水资源量27940亿m3,其中地表水水资源量为19100亿m3,占总水资源的2/3,地下水水资源量为8840亿m3,占总水资源量的1/3。在我国当前的用水结构中,地下水雄踞一端,占据了全国总供水量的20%,饮用水供水量的70%,农田灌溉水量的40%,工业用水量的38% ,这种用水结构短期内不会改变。
  根据国土资源部对全国158个城市地下水水质进行监测的结果,与2004年相比,2005年全国污染趋势加重的城市有21个,水质或污染程度基本稳定的城市有123个。2006年4月14日公布的《2005 年中国国土资源公报》同时显示,对全国160个城市的地下水水位监测表明,与2004年相比,水位总体呈上升趋势的城市有38个,水位保持基本稳定的城市有96个,水位总体呈下降趋势的城市有26个。大多数城市地下水预报组分呈增长趋势。主要增长的组分有:矿化度、总硬度、硝酸根、亚硝酸根、硫酸要、铁、锰、COD 和氨氮等。
  地下水污染物中除了无机污染物以外,还存在有机污染,而且局部地区还很严重,其中不少是致癌、致畸和致突变的物质( 如氯代烃、苯并芘和一些持久性有机污染物)。
  从监测资料分析表明,目前全国地下水已普遍受到污染(超过97%),部分地区水质超标严重,且污染还在继续加重。依据2000年的水质监测资料,大多数城市地下水预报组分(或指标)呈增长趋势,地下水水质在向恶化趋势发展。主要增长的组分有:矿化度、总硬度、硝酸根、亚硝酸根、硫酸盐、铁、锰、COD和氨氮等。尤其是北方城市污染更加严重,污染元素多,且超标率高。主要超标项目有矿化度、总硬度、三氮、硫酸盐、氯化物、氟化物、铬、酚、砷、汞、氰、氟、细菌和大肠菌群等。三氮污染在全国各地区均较突出,矿化度和总硬度超标主要分布在东北、华北、西北和西南等地区,铁和锰超标主要在东北和南方地区。华北地区地下水污染最为突出,仅海河流域水质劣于国家地下水质量Ⅲ类标准的水体面积多达7 万平方公里左右。
1.2  地下水污染成因
  常见的地下水污染分为可溶性和非混合性两大类,这两类污染物理化学性质不同,在含水层中与地下水共存情况也不同,对环境和人体健康有不同的影响。可溶性污染物一般为无机物。污染源主要有两种类型。一类是点源污染,工业废水和生活污水通过河道渗入地下水;城市化粪池、污水管及垃圾填埋场通过雨水淋溶渗入地下水。另一类是面源污染,农耕区过多使用化肥、农药,随雨水或灌溉水渗入地下污染了地下水。
  可溶性污染物一旦渗入含水层接触到地下水,会在地下水中形成污染群。污染群的范围及污染物浓度与地下水的水文地质状况、污染物的物理化学性质以及污染物的排放情况有关。一般污染群会随地下水流动到含水层的各个角落,特别是在地下水的下游处。若污染物持续排放,则污染群的范围不断扩大,且浓度也不断增高;若污染物终止排放,污染群的范围虽然会随地下水的流动继续扩大,但在扩大过程中会被未受污染的地下水稀释,污染群的浓度会逐渐降低。
  非混合性污染物是以液态存在的,称为非水相液体( NAPL)。NAPL多为微溶于水的有机碳氢化合物。NAPL污染一般由于石油的大规模勘探、开采,石油化工业的发展及其产品的广泛应用而引起,常见的为汽油、煤油、柴油等油类和三氯乙烯、四氯乙烯等含氯有机溶剂,通常发生在石油炼制、加油站、储油槽、电子工厂、化学工厂、焦化厂等地及其周围。当NAPL侵入地下后,首先穿过通气层土壤,NAPL一部分挥发,一部分微溶于水,其余在重力作用下继续下沉,碰到地下水面后,当NAPL 的密度大于水的密度时,污染物会穿透地下水到达隔水底板,潜没在地下水中并沿隔水底板横向扩散;当NAPL的密度小于水的密度时,污染物的垂向运动在地下水面受阻,聚集在地下水面上沿水面横向广泛扩散。当污染源停止排放NAPL时,未挥发、未溶于水的NAPL在移动过程中逐渐分离形成无数独立、不连续的小液滴,可被孔隙介质长期束缚,其可溶性成分还会逐渐扩散至地下水中,从而成为一种持久性的污染源。
1.3  地下水的主要污染源
  地下水的主要污染源是城市垃圾填埋场、加油站以及一些工农业废水、被污染的地表水。一些地区癌症高发,与包围城市的大量垃圾填埋场的渗漏和储油罐管的渗漏有关。
1.3.1  城市垃圾填埋场的污染
  目前,城市垃圾填埋场是地下水的严重隐患。我国历年累计产生垃圾已达720亿吨,占地约5.4亿平方米,并在以每年占地约3000万平方米的速度发展。全国已有200多个城市陷入垃圾重围之中。据2002年对全国47个环境保护重点城市的调查表明,我国垃圾填埋场普遍发生渗漏。尤其是早期建设的城市垃圾填埋场大多比较简陋,渗漏是很难避免的。目前我国的垃圾填埋,往往把大量有毒物质及危险废物与生活垃圾一起混合填埋,垃圾中含有多种有害成分,一些难降解的毒性污染物,不断积累,形成危害。经过对北京的几个大型垃圾填埋场的渗漏检测证实,均已发生了明显的渗漏。某些垃圾填埋场地下渗漏污染已造成周围十几平方公里范围内的地下水不能饮用。统计结果显示,散布在北京城郊的面积在50平方米以上的垃圾填埋场共有4000余座。各种新旧垃圾填埋场密布在京郊各区县,许多道路、园林、建筑设施及居民小区等就建在了这些垃圾堆上。
1.3.2  加油站的污染
  加油站的泄漏,已成为国内外地下水污染的最大污染源之一。20世纪50年代开始广泛建设汽车加油站,使世界各地加油站林立,地下储油罐、输油管比比皆是。我国大量建设加油站虽然较晚,但地下储油罐、输油管已经密布在城镇路网之间。90年代以来加油站建设速度加快。目前全国已有加油站十余万座。仅北市现有加油站就达1060多个,上海有地下油罐近6000个。80年代的管罐已多有泄漏,随着地下油罐和输油管线服役年龄的增加,泄漏将会愈加严重。有的加油站施工时偷工减料,只用4毫米铁板制作地下罐,有的防腐处理不达标或只刷防锈漆,有的使用无证民工做电焊,未做焊缝测试,留下不少隐患。故石油泄漏事故时有发生。如北京安家楼加油站和六里屯加油站近年来均发生过严重漏油事故;对天津部分加油站调查显示,大部分地下水样品中总石油烃被检出,检出率为85%,超标样品占地下水样品总数的40%。在全部样品中均检出总石油烃,强致癌物——多环芳烃的检出率为79%,部分样品中检出挥发性有机物苯、甲苯、二甲苯。这种地下泄漏一般是难以发现的。安家楼住总三加油站的泄漏,是在北京市重点工程的坑道施工中才发现的。泄漏的石油类物质的长期积累,必然会造成地下水严重污染。
 
2 地下水的污染预防
  根据发达国家的经验,地下水一旦遭受污染,它的治理和恢复是非常困难的,治理费用巨大,所需的时间很长。这是因为污染物不仅会污染地下水体,还会被含水介质(砂、黏土) 吸附。如美国的超级基金(Superf und)项目是世界上规模最大、投资最多的环境污染修复计划,在20世纪的最后近20年里,美国在土壤和含水层污染治理方面的费用达到7500亿美元,仅清理油渗漏造成的土壤和2004年,一位日本专家估计,全日本污染重点场地达40万处之多,如果全部进行处理,需要10兆日元以上,从经济角度考虑,这样做的可能性基本没有。因此,防止地下水污染是釜底抽薪之计。
2.1  地下水污染的防治规划
  地下水污染防治规划方案包括优先保护地下水饮用水源地、保护地下水现状使用功能、地下水系统保护完整性、地下水和地表水统筹兼顾;评价地下水现实和潜在(或规划用途)利用价值,各种利用功能地下水空间分布;制定国家地下水污染防治区划方案,确定重点流域、重点地区开展地下水污染防治区划。地下水污染防治规划涉及的内容有:规划区位置与范围、自然地理与经济社会概况、土地利用状况、水文地质条件、地下水资源的开发利用、地下水环境问题分析等。具体内容包括:(1)确定地下水遭受污染的脆弱性(目前国际上普遍利用DRASTIC模型);(2)确定污染荷载的风险性,需要考虑土地利用和污染源类型、分布等;(3)确定污染的危害性(根据地下水的不同使用功能)。综合上述因素,确定地下水污染防治的分带,确定不同分带的污染防治等级。划分地下水污染防治的敏感带、缓冲带和一般带,并根据不同带提出相应的污染预防和控制措施。
2.2  地下水污染的预警系统
  由于不合理的开发利用,特别是废物排放,导致了地下水的污染,而且有越来越严重的趋势。此外,我国北方有很多地区天然状态下地下水的水质状态不断恶化,如高矿化、高氟、高铁、高锰等。基于防患于未然的原则,预测地下水水质的变化趋势,进而提出防止水质进一步恶化和改善地下水环境质量的技术对策是非常重要的。因此,很有必要对地下水资源的状态进行分析和预警,为水资源的科学管理提供依据。
  长期以来,国土资源部门对我国地下水的水质进行了系统的监测,水利部门也开始了监测和分析,具有大量的系列监测资料,但对这些资料的充分开发利用还很不够,缺少对地下水质量发展变化趋势实时预报和预警方面的工作。虽然地下水数值模型的发展很快,可以对水量、水质进行三维模拟预报,但数值模型要求有足够的地层岩性、水文地质条件等方面的资料,要有较高的研究程度,建立数值模型的费用很大,所以,在条件具备的地区才能够使用数值模型。
  实际上,利用长系列的地下水动态资料对地下水质量进行分析研究也是一种切实可行的方法。可根据预警理论,利用随机、非确定性模型对地下水水质进行预警,建立计算机软件系统,为合理利用和管理地下水资源提供依据。通过开发地下水的预警系统软件,使地下水监测资料的分析具有实时性、动态性,同时,也加强了地下水监测为国民经济的服务。此外,还可以利用这一系统进行反馈分析,为地下水资源的保护和开发利用提供决策支持。
  地下水动态监测网络的建立与优化是实现动态预警的关键。发达国家的地下水监测网络比较完善,研究者可以共享其动态监测资料,甚至实现了网络化,使国家的监测资料得到了充分的利用。我国尚需要在现有的基础上,完善和优化全国地下水监测网络,并实现资料的共享。
2.3  我国地下水污染防止的方针
  (1)开展地下水环境脆弱性评价,为决策、管理人员和规划设计人员提供有关地区的地下水环境条件,指导工程的选址、选线,合理布局工农业生产,合理调整产业布局,进行环境功能分区,划分重点水源保护区。
  (2)改进工业生产工艺,采取无污染或少污染的新工艺,减少污染物的排放量。在重点水源保护区,严禁新上排放污水的项目,对已有的工业,能搬迁的要搬迁,不能搬迁的要严格限制其排放,加强治理,做到达标排放。
  (3)严禁采用渗井、渗坑排放污水。在水源保护地不得兴建永久性的固体废物堆放场,临时堆放场也要采取必要的防渗措施,防止污染物渗入地下水。
  (4)合理适当使用氮肥,使所使用的氮肥既满足作物生长的需要又不要过量,提高作物对氮的利用率,实施节水灌溉,减少氮的流失。
  (5)严禁垃圾乱堆乱放,建设城市垃圾卫生填埋场。有毒有害的工业废物,要在人烟稀少、地层不漏水的地区进行封闭堆存。处理废水废渣的场所放在城市和水源地下游的不易渗透区域,并要远离地表水体。
  (6)加强水资源保护,严格执法和管理,增强环保意识,自觉保护水资源。
 
3 结语
  目前全国地下水已普遍受到污染,部分地区水质超标严重,且污染还在继续加重,然而地下水的治理花费巨大,对于我国来说,应该实施以防为主,以治为辅的方针。
 
参考文献
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于奭(1983-),男,广西人,硕士研究生,研究方向:环境地质。
基金项目:国家自然科学基金“岩溶峰丛洼地地区的坡面流研究”(40802063)
   
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