地下水水質惡化與治理措施

李 英

（遼寧省化工地質勘查院 遼寧 錦州 121000）

1 地下水水質惡化的主要表現

引起地下水質量惡化的原因很多，諸如：在強烈超采地下水的情況下，地下水位明顯下降，致使地區水質差的地下水（咸水、污染等）補給，使得開采層水質發生明顯惡化。在自然條件下某些天然過程，如火山噴發、地震等 導致地下水水體中某些化學成分和物理性質發生變化；或由于人為開采地下水或進行地下工程，導致含水層的串通，改變原有地下水水質以致不能飲用，地下水水質明顯惡化；或由于土壤層受到污染，使淺層地下水水質惡化等。地下水水質惡化現象是全球性日趨嚴重的環境污染問題的一個組成部分。

地下水水質惡化問題主要是指地下水在開發過程中，因環境污染、水動力、水化學條件改變，而使水中的某些化學、微生物成分含量不斷增加、以致超出規定使用標準的水質變化的過程。

地下水水質惡化現象，主要表現在以下幾個方面：

1.1 許多地下水天然化學成分中不存在的有機化合物（如各種合成染料、去污劑、洗滌劑、溶劑、油類以及有機農藥等）出現在地下水中。

1.2 在天然地下水中含量甚微的毒性金屬元素 （如汞、鉻、鎘、砷、鉛以及某些放射性元素等）大量進入地下水中。

1.3 各種細菌、病毒在地下水中大量繁殖，遠遠超過飲用水水質標準（生物污染標志是水中的氨、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫化氫、磷酸鹽及生物需氧量和化學需氧量劇增）。

1.4 地下水的硬度、礦化度、酸度和某些單項的常規離子含量不斷上升，以致超過使用標準。

2 地下水水質惡化的危害

根據1999年有關部門統計，我國年廢水的排放量已達310億t，其中工業廢水為240億t，絕大部分（約83%）未經處理便排放，這是當前造成水源污染的主要污染源。

地下水水質惡化不僅破壞了地下水化學成分的天然平衡，而且嚴重損壞了地下水資源的使用價值，給人類社會帶來了嚴重后果：

2.1 損害人體健康，以致造成殘疾或死亡。

2.2 損害工業產品質量，使農作物減產和土地鹽漬化。

2.3 減少地下水可采資源的數量，以致使整個水源地廢棄。

2.4 需要處理地下水水質，增加了水資源開發的單位成本。

由于生產的迅速發展和生活水平的提高，世界上許多地區的水資源本來就難以滿足日益增長的需水要求，地下水源污染面積的不斷擴大、可采資源的不斷縮減就更加劇了水源短缺的困難局面。

我國地下水質的污染問題也很嚴峻。主要城市中有1/2以地下水作為供水水源，全國有1/3的人口飲用地下水。根據國家環保局發布的中國環境狀況公報，1981年對全國50個城市的調查中，地下水遭受污染的有45個，其中北京、沈陽、太原、西安、包頭、南昌等10個城市的地下水污染尤為嚴重。如沈陽市全市水井有87%不符合飲用水標準；南昌市地下水重度污染和嚴重污染的面積約占市區面積的35%；北方許多城市地下水因硬度過高，每年花在水質軟化處理上的費用高達10億元以上。我國海濱地區由于過量開采地下淡水，使許多沿海城市的水源地遭受海水入侵，地下水礦化度過高而不得不暫時廢棄。目前已出現海水入侵的城市和地區有大連、秦皇島、煙臺、青島、福州、漳州、廣州以及遼東灣、萊州灣，其中以萊州灣海水入侵面積最大。

3 地下水水質惡化的防治

地下水作為地球水圈以及整個環境不可分割的一個重要組成部分，其水質惡化的防治也必須采取綜合的措施。同時地下水水質的惡化又常因其隱蔽和緩變而不易被人們所重視。但是由于地下水交替循環緩慢和處于相對封閉缺氧的環境，因此水質一旦受到污染，治理就相當困難。不僅措施復雜，費用高，而且水質的改善和恢復到天然狀態下常常需要很長的時間，有時甚至需要十幾年、幾十年。因此，對地下水水質的治理必須堅持做好“防治結合、以防為主”的方針。

綜合國內外防治地下水污染的經驗，主要措施有兩條，即：一靠管理，二靠技術。所謂管理措施，就是為了達到預定的地下水環境質量目標而制定的規劃、組織、協調和監督。所謂技術措施就是根據國家的經濟技術條件和水質污染的原因提出控制地下水污染和治理已污染水質的有效辦法。實踐證明，只有單純的技術治理措施，而無有效的管理辦法是不可能根治地下水污染的，甚至可能造成邊治理邊污染的局面。因此必須“管理”和“技術”措施并用，并且逐漸做到以“管”為主，這樣才能使地下水環境質量不斷向著良性循環發展，不斷提高水質的可用性。

3.1 防治地下水水質惡化的管理措施

防治地下水水質惡化的管理措施，實際上是整個地下水資源管理問題的一個部分。其主要內容是：

1）建立和健全有關水質保護和防止水質污染的法律、法令和條例并嚴格實施；

2）按環境容量對工礦企業的污水排放實行“總量控制”和“有害物質排放標準”的控制；

3）建立和健全統一的水資源管理和水質監測機構，并賦予它們法律上的權力；

4）實行地下水源地衛生防護帶制度，衛生防護帶范圍的確定主要取決于水源地的水文地質條件和環境條件。

3.2 防治地下水水質惡化的技術措施

防治地下水水質惡化的技術措施，必須建立在對當地水文地質條件、地下水污染的環境條件、污染物的種類以及對污染途徑、長度、范圍有深入了解的基礎上。防治地下水水質惡化的技術措施，按其功能可分為“預防”和“治理”兩大類。

1）預防性的技術措施

預防性的技術措施是指那些有助于防止地下水水質惡化現象產生的各種技術措施。其中最重要的就是對城市的發展和水源地的建設做出全面的規劃和合理的布局。即在制定城市發展規劃，特別是制定工業布局時，必須要有減少城市環境污染和保護地下水水質不受污染的考慮。對于那些容易造成地下水水質污染的工廠（如石油、化工、焦化、合金、電鍍等工廠）盡可能布置在水源地下游較遠的地方，或者采用管道排污；同樣，新建水源地時，也必須考慮地下水污染的環境條件（如把水源地選擇在城市上游或地下水的補給區，或從地層巖性結構上看防污染條件較好的地方）。總之，為保護地下水源，必須在城市建設的總體規劃中考慮環境保護的要求，必須要有防治污染和維持生態的指標，要把環保工作與經濟發展同步規劃、同步實施，做到經濟、社會和環境三效益統一協調發展。

在取水層位上、下或附近有劣質水層或水體分布時（特別是海濱水源地），嚴格控制水源的開采量和開采降深，對于防止劣質水體入侵含水層也是必要的措施。

在城市建筑工程的地下開挖工作中，注意不要破壞開采含水層上、下和周邊的隔水保護層，使地下水免受污染。

2）對已污染水源的治理措施

對已污染水源應該針對引起地下水水質污染的主要原因和污染途徑，及時采取有效的治理措施。

（1）治理污染源。

根據污染源的分布特征可以分為點源和面源兩種類型。點源是指工業“三廢”和城市生活污水、垃圾等所形成的污染源，他們是目前集中水源地水質污染的主要來源，其中以工業廢水的危害最大。因此，控制和治理地下水污染的重點應該是抓好工業廢水的綜合治理。

面源主要是指農業施肥、污灌、農藥以及城市暴雨徑流等所引起的污染。對面狀污染源的治理，主要應該做好以下工作：

①積極慎重地開展污水灌溉。其中最重要的是嚴格掌握污水灌溉的水質標準、控制灌水定額，并根據環境水文地質條件合理規劃污水灌溉區的位置，一般在表土層薄或滲透性大的潛水地段、地下水的補給區和水源地附近不易進行污水灌溉。

②控制化肥的投放量和農藥的使用。世界上許多國家和地區由于大量使用化肥，已導致潛水的礦化度以及氨、磷酸離子和對身體健康有害的硝酸鹽濃度顯著上升。甚至某些深層的自流水也受到硝酸鹽的嚴重污染。然而現代化農業生產又離不開化肥和農藥的使用，因此為了減少化肥、農藥對地下水污染，除研制易于被植物吸收、土壤分解的化肥和對人體毒性小的農藥外，目前惟一的辦法就是要嚴格掌握化肥、農藥的使用量，盡可能地減少它們在土壤層中的殘余濃度。

③對可能引起的地下水水質惡化的雨水和溶雪水（如酸雨、城市降雨形成的劣質徑流和溶雪水等）進行預處理。

（2）興建配套環境工程，大力開展污水的處理和利用，變污水、廢水為可利用的水資源。

（3）防治劣質水（或污水）入侵開采含水層的水力措施。當海水和其他劣質水體從側向侵入開采含水層時，可采用所謂的“水力”措施來阻止劣質水體的入侵。具體做法如下：

①“補給水丘”和“淡水屏障”法。即在海岸和內陸的開采地段之間布置注水井，通過注水使之形成高于天然地下水位的“補給水丘”（見圖1-a），以控制咸水面向內陸移動。美國和以色列都曾采用這種方法，成功地阻止了咸水的入侵。美國加利福尼亞州，在沿海岸線16km長度內布置了一系列的注水井，為形成補給水丘，每日的注水量為25萬m3。而注入水包括了下水道污水，但污水在注入前先用三級處理辦法（快速砂濾器、壓力砂濾器、硅藻土濾器）過濾。

圖1 補給水丘及抽水槽示意圖

②“抽水槽方法”。在海岸和內陸開采地段之間布置一條抽水線，通過抽水使之形成阻止咸水向內陸運移的“抽水槽谷”，而抽出的咸淡混合水，如不能使用則排入海中。這種方法較前一種方法的優越之處是不需要補給水源。這種防止海水入侵的辦法，在荷蘭沿海的淡水砂丘帶得到了廣泛的應用（見圖 1-b）。

③“注水和抽水相結合”的方法。該方法一般是將抽水槽布置在靠近海岸的地方，而注水井布置在靠近開采水源地的一側。

④修建“地下擋水墻”。這種方法主要用于咸水沿著狹窄透水通道入侵的地段。例如日本的長崎縣西比杵郡的樺島，曾在溝道的入海口附近含粘土的砂礫石層中建造了阻止海水入侵的灌漿帷幕，同時在其上游一側形成了人工的地下水庫，使地下水的開采量由原來的不到200t/d增加到288t/d以上（限制抽水量）。美國已成功地用咸水冷凝器生產出一種冷凍劑，將這種冷凍劑注入含水層可以形成很薄的一堵阻止海水入侵的“冷凍擋水墻”。

⑤其他方法。英國的英格蘭南部沿海地帶采用了所謂“調整抽水布局法”來防止海水入侵。即在地下水的補給季節（冬季），在南部沿海的水井中抽水（內陸水井停采）以攔截流向海洋的地下淡水，增加內陸地下水貯存量；而在非主要補給期（夏季），則大量抽取內陸貯存的地下水，減少沿海抽水量，以防止海水入侵。

此外，為防止濱海地帶單口井的水質惡化，英國的某些地區還采用了在水井中安裝所謂“清除泵”的辦法。即在井中安裝上、下兩臺抽水泵，高處泵抽取供使用的地下淡水，低處泵抽出咸水，以防治或減少咸水的錐形體上升。

（4）對環境進行綜合治理，提高環境質量。

地下水是整個環境的一個組成部分，因此環境組成的每一個部分——地表水、大氣成分、植被和城市綠化程度等都對地下水質有一定影響。例如森林具有調節氣候、凈化大氣、涵養水分、潔凈水質的作用；又如大量能源消耗導致大氣中的SO2和氮氧化物的劇增而引起的酸雨等，都必將嚴重惡化地下水質。因此，為防止地下水質惡化，提高地下水的可用性，就必須對大氣、地表水、地表植被、城市環境衛生等進行綜合治理，以提高整個環境的質量。

［1］中華人民共和國國家標準：GB/T 14848-93地下水質量標準[S].上海科學技術出版社，2005，10.

［2］金光炎.地下水文學初步與地下水資 [M].東南大學出版社，2009，6.

［3］麻效禎.地下水開發與利用[M].水利水電出版社，1999，10.