膠州市前韓水源地地下水回灌修復(fù)水質(zhì)探討

蘇 挺，李 偉，張文波

（膠州市水利局，山東 膠州 266300）

膠州市前韓水源地位于膠州市膠萊鎮(zhèn)東部、青島市大沽河水源地中下游河谷沖積段，南北長(zhǎng)約16.5km，寬約0.3～4.5km，總面積約46.85km2。該區(qū)地下水可開(kāi)采面積32km2，含水層平均厚4.39m左右，巖性為中粗砂，富水性中等，單井日出水量500m3左右，地下水資源儲(chǔ)存量為2107萬(wàn)m3，是膠州市城市供水的重要水源地之一。但是由于前韓水源地含水層埋深比較淺，加之該區(qū)是高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，隨著近幾年蔬菜大量種植，使用農(nóng)藥、化肥也越來(lái)越多，含氮化肥在水的作用下滲到含水層中，長(zhǎng)期積累，致使該區(qū)地下水質(zhì)受到不同程度的污染，其中硝酸鹽和亞硝酸鹽廣泛存在于土壤水域及植物中。因此，探討水質(zhì)修復(fù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 前韓水源地地下水質(zhì)硝酸鹽污染狀況

根據(jù)青島市水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)結(jié)果，前韓水源地監(jiān)測(cè)井中硝酸鹽氮含量普遍超過(guò)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-85）要求的20mg/L，超標(biāo)面積大約32km2，且呈逐年增加的趨勢(shì)。該區(qū)地下水硝酸鹽氮監(jiān)測(cè)結(jié)果、變化趨勢(shì)分別見(jiàn)圖1所示。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)圖可以看出：在空間分布上，硝酸鹽氮含量多年平均值呈現(xiàn)北高南低趨勢(shì)，即北端的大王疃67.7mg/L，南端的大店16.8mg/L；在時(shí)間上，硝酸鹽氮含量汛前高于汛后，且逐年上升，大王疃由2000年4月的52.9mg/L增到2006年4月的168mg/L，超標(biāo)7.4倍。大店由2000年4月的4.06mg/L增到2006年4月的22.3mg/L。2006年4-9月，青島市水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)該水源地地下水質(zhì)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示，該區(qū)硝酸鹽氮平均含量為43.0mg/L。

圖1 前韓水源地硝酸鹽氮含量變化趨勢(shì)圖（單位：mg/L）

2 地下水回灌修復(fù)方案

根據(jù)前韓水源地地下水的污染狀況，選擇使用地表水入滲補(bǔ)給法和井內(nèi)灌注補(bǔ)給法相結(jié)合，即汛期將大沽河和南膠萊河地表水?dāng)r截，提水或引水補(bǔ)充到該水源地地下，以稀釋地下水中硝酸鹽氮的含量，同時(shí)恢復(fù)和保持地下水位，擴(kuò)大地下水資源儲(chǔ)存量。

2.1 回灌水源的水量與水質(zhì)狀況

該水源地附近水源主要是大沽河和南膠萊河徑流水。大沽河入境來(lái)水面積4389.4km2，多年平均年入境客水4.22億m3。南膠萊河入境來(lái)水面積877km2，多年平均年入境客水0.79億m3。大沽河引黃濟(jì)青攔河閘的蓄水量為250萬(wàn)m3，大沽河賈疃橡膠壩的蓄水量為370萬(wàn)m3，南膠萊河雙回?cái)r河閘蓄水量為80萬(wàn)m3，可以提供補(bǔ)給水源700萬(wàn)m3，水量比較充足。若在南膠萊河的雙回橋攔河閘斷面和大沽河的大王疃及大回東斷面分別建設(shè)引水和提水口，能夠滿(mǎn)足該水源地修復(fù)回灌水的水量要求。

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，大沽河、南膠萊河水質(zhì)級(jí)別優(yōu)良。近幾年，河道汛期徑流水平均硝酸鹽氮含量為3.0mg/L，pH值在6.5～7.5之間，不含有腐蝕性氣體、離子及微生物等有害成分，懸浮物含量均在15mg/L以下。

補(bǔ)給水源的攔蓄，是在汛期每次洪峰過(guò)后，利用大沽河引黃濟(jì)青攔河閘、賈疃橡膠壩及南膠萊河雙回?cái)r河閘攔蓄徑流尾水，待懸浮物沉淀、水質(zhì)監(jiān)測(cè)達(dá)到相關(guān)要求時(shí)，再引水或提水至暗管或補(bǔ)源井進(jìn)行回灌補(bǔ)源。

2.2 回灌方式與可行性分析方法

前韓水源地為平原區(qū)，含水層分布面積較大，巖性為中粗砂，透水性較好，有利于補(bǔ)給水入滲。該區(qū)地勢(shì)總體為西高東低、北高南低，南膠萊河的河水可通過(guò)渠道自流，大沽河水通過(guò)提水至DN1200輸水暗管，借助地表水和地下水之間的天然水頭差，進(jìn)行入滲補(bǔ)給。

假設(shè)每年大沽河和南膠萊河均有3次洪水，每次降雨過(guò)后，充分利用新建泵站、王疃一級(jí)提水站、干渠及19眼大口井等工程，提取大沽河和南膠萊河攔河閘的蓄水400萬(wàn)m3進(jìn)行補(bǔ)源。

假設(shè)回灌水源與污染的地下水充分混合，混合后水質(zhì)符合簡(jiǎn)單的線(xiàn)性規(guī)律，那么通過(guò)第一年3次回灌補(bǔ)源后，該水源地硝酸鹽氮含量降至26.75mg/L，降低了38%。第二年初，硝酸鹽氮含量為26.75mg/L，三次回灌補(bǔ)源后，該水源地硝酸鹽氮含量降至17.01mg/L，符合生活飲用水硝酸鹽氮的含量標(biāo)準(zhǔn)。

由此可以看出，經(jīng)過(guò)兩年、每年3次地下水人工回灌補(bǔ)源后，如回灌水量不足，可延長(zhǎng)回灌年限，前韓水源地地下水硝酸鹽氮含量降至17.01mg/L，達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求的硝酸鹽氮含量在20mg/L以下的指標(biāo)。

3 效益分析

3.1 工程效益

根據(jù)項(xiàng)目投資估算，項(xiàng)目研究階段投資298.98萬(wàn)元，6次回灌補(bǔ)源運(yùn)行管理費(fèi)465.22萬(wàn)元，總計(jì)投資764.2萬(wàn)元。該項(xiàng)目完成后，可以改善前韓水源地地下水水質(zhì)，使地下水硝酸鹽氮平均含量低于生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)20mg/L，提供地下水資源量2107萬(wàn)m3，能確保前韓水源地年城市供水量1100萬(wàn)m3，同時(shí)預(yù)留1000萬(wàn)m3滿(mǎn)足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和生活用水。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

前韓水源地地下水水質(zhì)修復(fù)項(xiàng)目，既能補(bǔ)充地下水儲(chǔ)存總量，又改善了地下水中硝酸鹽氮污染狀況，保證城鄉(xiāng)生活飲用水安全，確保人民的身心健康。該項(xiàng)目若不及時(shí)實(shí)施，勢(shì)必造成該水源地的報(bào)廢，若再開(kāi)發(fā)一個(gè)日供水能力3萬(wàn)m3的水源地，估算投資需4500萬(wàn)元，而前韓水源地地下水質(zhì)修復(fù)總投資760.2萬(wàn)元，相比之下水質(zhì)修復(fù)項(xiàng)目投資要少得多，且工期短，見(jiàn)效快。可見(jiàn)，該項(xiàng)目的實(shí)施在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

3.3 社會(huì)效益分析

膠州市是一座嚴(yán)重缺水的城市，現(xiàn)在城區(qū)供水總量的1/3來(lái)自前韓水源地。根據(jù)青島市水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，2006年4-9月前韓水源地地下水水質(zhì)加密監(jiān)測(cè)結(jié)果，該區(qū)2006年硝酸鹽氮平均含量43.0mg/L，超過(guò)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)（20mg/L）。為保證膠州市的城市供水，必須盡快對(duì)前韓水源地的地下水進(jìn)行修復(fù)。如果不盡快對(duì)該水源地的地下水水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)，硝酸鹽氮的含量將不斷增加，該水源地將存在報(bào)廢的危險(xiǎn)。前韓水源地地下水水質(zhì)修復(fù)項(xiàng)目，可保證供水質(zhì)量，為膠州市的工業(yè)生產(chǎn)和居民生活提供放心的水源1100萬(wàn)m3，對(duì)于穩(wěn)定民心、維護(hù)社會(huì)秩序具有積極的作用，社會(huì)效益明顯。采用地表水回灌地下水后，可以適當(dāng)抬高地下水位，有利于作物生長(zhǎng)，間接提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

4 結(jié)論

綜上，采用地下水人工補(bǔ)給法治理前韓地下水源地硝酸鹽氮污染的方案，符合前韓水源地狀況，是完全可行的。但是必須注意的是，在進(jìn)行回灌補(bǔ)給時(shí)，必須對(duì)補(bǔ)源水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)，保證水質(zhì)符合要求，避免引起地下水的二次污染。

在該項(xiàng)目得以實(shí)施的過(guò)程中，必須面對(duì)其工期長(zhǎng)和回灌水量大的特點(diǎn)，可能造成局部地下水位過(guò)高、土壤含水量增大而產(chǎn)生的土地鹽漬化、沼澤化等負(fù)面影響。但是，可以通過(guò)控制地下水位和回灌水流量、在大沽河右岸堤防120m處增加地下水排水等措施，減少土地鹽漬化、沼澤化等負(fù)面影響。

另外，政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)宣傳措施，大力發(fā)展高效農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)，通過(guò)一系列措施控制化肥施用，提高農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值，同時(shí)緩解地下水水質(zhì)污染狀況。