地下水源環境質量紅線劃定技術方法研究

井柳新　劉偉江　王　東

(環境保護部環境規劃院水環境規劃部，北京　100012)

地下水源環境質量紅線劃定技術方法研究

井柳新劉偉江王東

(環境保護部環境規劃院水環境規劃部，北京100012)

【摘要】地下水源環境質量紅線是“生態保護紅線”整體框架的重要組成部分，其劃定是“建立系統完整的生態文明制度體系，實行最嚴格的源頭保護制度”的充分體現。以地下水飲用水水源一級保護區邊界作為地下水源環境質量紅線，“紅線”內按照飲用水水源一級保護區管理要求實施相應措施。以滕州市某地下飲用水源地為例，利用MODFLOW建立研究區地下水流模型。選用某正常年份4個地下水位觀測井的實測數據對模型進行驗證。結果顯示，4個地下水位觀測井，最小誤差為0.14m，最大誤差為1.87m，模型計算水位與實際水位較為接近。利用MODPATH進行粒子反向追蹤，以粒子運移100d所圈定的區域邊界作為地下水源環境質量紅線。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

【關鍵詞】環境；地下水；紅線；生態；模擬

黨的十八屆三中全會把劃定生態保護紅線作為改革生態環境保護管理體制、推進生態文明制度建設最重要、最優先的任務[1]。第十二屆全國人民代表大會常務委員會第八次會議修訂通過的《中華人民共和國環境保護法》也明確提出“劃定生態保護紅線”要求。生態保護紅線具體可包括生態功能保障基線、環境質量安全底線和自然資源利用上線。界定并執行環境質量安全底線是保障人民群眾呼吸上新鮮的空氣、喝上干凈的水、吃上放心的糧食、維護人類的基本生存環境的重要舉措[2-3]。地下水是我國重要的供水水源，全國2/3的城市以地下水為主要飲用水源[4]。但根據《2013年中國環境狀況公報》顯示，全國309個地級及以上城市的835個集中式飲用水源地達標率為97.3%，也就是說還有2.7%的飲用水源地水質不能達到飲用要求，其中地下水水源地主要超標指標為鐵、錳和氨氮。在區域層面上，我國地下水環境質量也顯露出了不斷惡化趨勢，地下水污染已由點狀、條帶狀向面上擴散，由淺層向深層滲透，由城市向周邊蔓延[5]。因此，為保障飲水安全，為“讓人民群眾喝上干凈的水”，劃定地下水源環境質量紅線尤為重要。本文以滕州市某地下水源為例，研究探討地下水源環境質量紅線劃定技術方法。

1地下水源環境質量紅線內涵

地下水源環境質量紅線是環境質量安全底線的重要組成部分。它以地下飲用水源為保護對象，保障地下水源水質、確保地下水源飲水安全，與飲用水源保護區有異曲同工之效。地下水源環境質量紅線的劃定，是將飲用水源保護區納入到生態保護紅線整體布局的充分體現，是實現“建立系統完整的生態文明制度體系，實行最嚴格的源頭保護制度”的根本要求。

地下水源環境質量紅線內要求制定和執行嚴格的環境準入制度與管理措施。“紅線”本身要科學合理，配套的管理制度和政策應具有可操作性。因此，建議以地下水飲用水水源一級保護區邊界作為地下水源環境質量紅線，紅線內按照飲用水水源一級保護區管理要求實施相應措施。

2劃定技術方法

利用GMS中的MODFLOW模塊，采用概念模型法構建研究區地下水流模型。然后，利用GMS中的MODPATH模塊進行粒子反向追蹤，并以粒子運移100d所圈定的區域邊界作為地下水源環境質量紅線[6-7]。

2.1　模型計算原理

在模型中，地下水的滲流特征用如下偏微分方程的定界問題進行描述[8-9]：

(1)

2.2　紅線劃定步驟

第一步，開展調查，收集資料。對地下水水源地的開發利用現狀進行調查，包括供水井數量、位置和供水量等；收集相關水文氣象、水文地質、臨近地表水監測、地下水監測、生態與環境狀況調查、社會經濟等方面的基礎資料，收集與水源地相關的各類科研和試驗的成果。

第二步，建立研究區地下水流模型。在系統分析調查資料的基礎上，建立研究區水文地質概念模型，確定邊界條件、初始條件、參數分布和源匯項等，利用MODFLOW建立研究區地下水流模型。

第三步，開展模型驗證工作。根據前期收集的或后期補充調查的水源地監測井水位資料，利用MODFLOW的模型驗證功能對所建立的地下水流模型進行驗證。當誤差在許可范圍內時，證明所建立的模型能夠反映研究區的實際狀況，否則需要修正或重新構建模型。

第四步，劃定地下水源環境質量紅線。在已完成的地下水流模型中，利用MODPATH進行粒子反向追蹤，以粒子運移100d所圈定的區域邊界作為地下水源環境質量紅線。

3案例分析

3.1　研究區概況

滕州市位于山東省南部的棗莊市境內，東依山亭區，南接薛城區，西瀕微山湖，北鄰濟寧市。境內的河流屬淮河流域南四湖水系，主要河流有界河、北沙河、城河、郭河和新薛河。滕州市地處暖溫帶半濕潤地區，季風大陸性氣候明顯。多年平均氣溫13.6℃，多年平均降水量751.3mm，多年平均水面蒸發量1217.6mm。

研究區面積約89.92km2，所在區域屬于魯西臺隆山亭凸起區，由其西部的嶧山斷裂、北部的長龍斷裂、南部的桑村穹窿所控制。地層分布有太古界變質巖，古生界寒武系、奧陶系、石炭系，中生界侏羅系，新生界古近系、第四系。依據含水層巖性及賦水特征，研究區主要劃分為第四系松散巖類孔隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組，兩含水巖組水力聯系密切。巖溶含水層發育有溶蝕裂隙，連通性好，具有統一的地下水流場，是典型的北方巖溶裂隙含水層，其水力狀態可用達西定律描述。

水源地中心位于研究區的西南部排泄區俞寨村附近。目前，水源地取水總規模達到80000m3/d。

3.2　地下水流模型構建

利用GMS中的MODFLOW模塊建立研究區地下水流模型。

3.2.1　網格剖分及模型輸入

研究區采用100×100m2的網格剖分，剖分有效單元格為4198個。

研究區西南部邊界以嶧山斷裂為界，斷裂西側為不透水的侏羅系粉砂巖與砂質泥巖互層，為隔水邊界；北部邊界以長龍斷裂為界，為隔水邊界；東南部邊界為桑村穹窿周圍的變質巖、巖漿巖，只在淺部發育細密的風化裂隙，導水性和富水性均差，可視為阻水邊界；研究區內有一條河流發育，可視為定水頭邊界。

研究區內地下水主要補給來源為大氣降水入滲、地表水滲漏補給和東北部邊界側向徑流；主要排泄方式為人工開采和西南部邊界側向徑流；研究區水文地質參數參照該水源地水資源論證報告中資料選用。

3.2.2模型運算結果

研究區地下水的整體徑流方向為北東向南西，水力坡度沿徑流方向逐漸變小(見圖1)。

圖1　研究區地下水流場模擬結果

3.3　模型驗證

選用某正常年份4個地下水位觀測井的實測數據對模型進行驗證。結果顯示，4個地下水位觀測井，最小誤差為0.14m，最大誤差為1.87m，模型計算水位與實際水位較為接近(見圖2)，模型模擬效果較好，所建立的模型可以描述研究區內地下水流的實際情況。

圖2　觀測井實測值與計算值的比較

3.4　紅線劃定

利用MODPATH粒子反向追蹤法，在水源地中心位置釋放粒子，使粒子運移100d以圈定該地下水源環境質量紅線(見圖3)。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

圖3　研究區地下水源環境質量紅線劃定結果

4結論與討論

(1)地下水源環境質量紅線是“生態保護紅線” 整體框架的重要組成部分，其劃定是實現“最嚴格的源頭

保護制度”的根本要求。本文建議以地下水飲用水水源一級保護區邊界作為地下水源環境質量紅線，“紅線”內按照飲用水水源一級保護區管理要求實施相應措施。

(2)利用GMS中的MODFLOW和MODPATH模塊，構建研究區地下水流模型，同時以水源地中心位置為釋放點進行粒子反向追蹤，以粒子運移100d所圈定的區域邊界作為地下水源環境質量紅線。但MODFLOW僅適用于地下水水力條件可用達西定律描述的區域。

(3)以滕州市某地下飲用水源地為例，劃定該水源地地下水源環境質量紅線。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

參考文獻：

[1]王金南，遲妍妍，許開鵬.嚴守生態保護紅線創新戰略環評機制[J].環境影響評價，2014，04：15-17.

[2]高吉喜.國家生態保護紅線體系建設構想[J].環境保護，2014，Z1：18-21.

[3]楊邦杰，高吉喜，鄒長新.劃定生態保護紅線的戰略意義[J].中國發展，2014，01：1-4.

[4]王春華.我國地下水資源現狀與保護策略[J].水利天地，2014，09：11.

[5]方玉瑩.我國地下水污染現狀與地下水污染防治法的完善[D].青島：中國海洋大學，2011.

[6]陳學林，胡興林，王雙合，等.地下水飲用水水源地保護區劃分關鍵技術研究[J].水文，2013，06：68-71.

[7]肖杰，錢駿，趙紅梅，等.基于MODFLOW數值模擬法的地下水飲用水源保護區劃分[J].四川環境，2013，05：83-87.

[8]Jacob Z.Discontinuous Steady-State Analytical Solutions of the Boussinesq Equation and Their Numerical Representation by Modflow[J].GROUNDWATER，2013，51(6)：952-959.

[9]Jones N L，Lemon A M，Kennard M J.Efficient Storage of Large MODFLOW Models[J].GROUNDWATER，2014，52(3)：461-465.

項目資助：環保公益項目“華北平原典型地區地下水污染防控技術體系研究”(編號：201309004)

引用文獻格式：井柳新等.地下水源環境質量紅線劃定技術方法研究[J].環境與可持續發展，2015，40(1)：55-57.

Technical Methods of Delimiting Groundwater Sources Environmental Quality Red Line

JING Liu-xinLIU Wei-jiangWANG Dong

(Department of Water Environmental Planning，Chinese Academy For Environmental Planning，Beijing 100012，China)

Abstract：Groundwater sources environmental quality red line is the important part of the “ecological protection red line” overall framework. It fully embodies the spirit of the Third Plenary Session of the 18th CPC Central Committee. The ground drinking water source protection area boundary should be the red line. Drinking water source protection area management requires should be implemented in the “red line” area. As an example of the underground drinking water in Tengzhou，groundwater sources environmental quality red line was delineated. Four observation wells were selected to validate the model. The results showed that the groundwater flow model could describe the actual situation of the study area. The smallest error was 0.14m and the maximum error was 1.87m. The area boundary of backtracking particle running 100d was the groundwater sources environmental quality red line. The maximum distance from the central position of groundwater source to the red line was 260m，and the minimum distance was 150m.

Keywords：environment；groundwater；red line；ecology；simulate

中圖分類號：X323

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2015)01-0055-03

作者簡介：井柳新，碩士，工程師，主要研究方向為水環境生態與環境規劃管理