基于玫瑰花圖裂隙法對飲用天然礦泉水衛生防護區設定的探索
——以濟南某飲用天然礦泉水為例

劉傳娥，遲乃杰，高文鋒

(1.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014；2.山東省地質科學研究院，自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013；3.山東科技大學地球科學與工程學院，山東 青島 266590)

0 引言

隨著人們生活水平的提高，天然礦泉水作為含有鍶、偏硅酸等多種有益微量元素的飲用水，成為人們改變飲用水質量的首選對象[1-4]。根據市場調查，受訪者中喜歡礦泉水的人占49%。相關資料顯示，中國礦泉水消費量以近20%的速度增長[5-11]。但由于部分礦泉水井衛生防護區設置的不合理，礦泉水水源地沒有得到有效保護，使礦泉水水質受到不同程度的污染，加上當地燃煤量持續增長，礦泉水水質污染程度加劇[7]，水質變差成為影響人們健康生活的重要制約因素，解決礦泉水水質污染，科學合理劃定飲用天然礦泉水衛生防護區變得至關重要。

1 礦泉水井概況及其水文地質背景

濟南某飲用天然礦泉水井位于山東省濟南市歷城區西營鎮北3km處，丘陵地形的山坡下部與近SN向山間谷底的東部邊緣帶上。礦泉水井成井于1992年，井深150m，開孔口徑377mm，8～73m孔徑273mm，73m以下孔徑219mm，至終孔。上部為ф325mm螺旋鋼管護壁，水泥砂漿止水。

該礦泉水地下水類型屬碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙水，主要賦存于寒武紀長清群饅頭組灰巖及薄層狀灰巖破碎形成的裂隙中。礦區范圍內，主要出露寒武紀長清群饅頭組灰巖和第四紀砂礫層，第四系沿山間溝谷兩側分布，厚度較小，富水性中等。寒武紀石灰巖厚度較大，部分巖溶裂隙發育，富水性好，為礦泉水井的取水層位。礦泉水井西側為東塢斷裂與一小型NE向斷裂交會處(圖1、圖2)。

1—三山子組a段；2—三山子組c段；3—炒米店組；4—崮山組；5—張夏組上灰巖段；6—張夏組下灰巖段；7—饅頭組上頁巖段；8—饅頭組下頁巖段；9—饅頭組石店段；10—朱砂洞組丁家莊段；11—前寒武紀變質基底；12—斷層及推測斷層界線；13—地下水流向；14—剖面線；15—礦區范圍圖1 礦泉水井附近地質簡圖

1—三山子組a段；2—三山子組c段；3—炒米店組；4—崮山組；5—張夏組上灰巖段；6—張夏組下灰巖段；7—饅頭組上頁巖段；8—饅頭組下頁巖段；9—饅頭組石店段；10—地下水水位線；11—斷層圖2 水文地質剖面示意圖

該礦泉水井南部石灰巖出露地表，地下水直接接受大氣降水補給或地表河水入滲補給。主要排泄途徑是人工開采。

經水質分析，該礦泉水鍶含量0.39～0.502mg/L，偏硅酸含量15.5～17.22mg/L，屬于鍶達標的飲用天然礦泉水。該礦泉水一方面供村民生活用水，一方面進行商業開發，年均總開采量2萬m3左右。

2 礦泉水井原衛生防護區的設定及保護現狀

該礦泉水井設立礦權之初，按照相應規范要求，設立了一級、二級、三級保護區(圖3)。一級保護區，以礦泉水井為中心，30m范圍內的耕地，應禁止種植和使用；二級保護區，礦泉水井周圍150m的范圍內，為防止面狀污染，在種植田內，應禁止使用化肥、農藥；三級保護區，礦泉水井附近不準新建居民點，以保護好水井附近的地質環境。

1—一級保護區；2—二級保護區；3—三級保護區；4—礦泉水井；5—地下水流向；6—礦權范圍圖3 礦泉水井原衛生防護區設置示意圖

該礦泉水在多年開采過程中，對水井及其各防護區的保護措施落實良好，區內未建設與礦泉水引水無關的建筑物，水井外圍建有水井房，房屋配備有鑰匙，并有專人管理。取水泵房周邊主要種植有綠化樹木，其他無關的工作人員嚴禁隨意進出泵房所在的保護區內。

3 礦泉水井衛生防護區重新設定建議

濟南某飲用天然礦泉水井雖按原衛生防護區進行了相應防護，但礦泉水水質惡化，導致水化學類型發生了變化，這說明原衛生防護區設置存在局限和不足。

該礦泉水井原一二級防護區的設定于1993年，由于當時技術條件等的限制，單純參照相關規范以取水井為圓心，以30m,150m為半徑劃定同心圓。此劃定方法沒有考慮地層巖性、地質構造、地形地貌、地下水補徑排條件等。

該礦泉水產于寒武紀破碎石灰巖巖溶裂隙及構造裂隙中，具潛水—承壓水特征，從水源保護角度，該衛生防護區的設置除應依據規范方法設立保護區外，作為巖溶飲用水水源來說，還應該考慮裂隙介質的各項異性及其發育特征，優化保護區設置，以便精準保護。

為客觀反映濟南某礦泉水地下水賦存條件及其補給、徑流條件，對緊鄰礦泉水井的基巖露頭區(照片1、照片2)進行水文地質調繪，對典型區域巖石節理裂隙發育情況進行統計(表2)，并繪制節理裂隙發育走向玫瑰花圖(圖4)。

表1 濟南某飲用天然礦泉水多年水質對比

表2 濟南某飲用天然礦泉水井附近節理裂隙走向統計

照片1 節理裂隙走向1

照片2 節理裂隙走向2

區內節理裂隙發育走向以NW向為主，另有NE向與之共軛發育，二者比例平均約為2.1/1。二者共同主導了區內巖溶裂隙網絡型蓄水單元。

NNE向節理裂隙為區內主控導水構造，為區內主要巖溶裂隙水補給徑流通道，這一現象與區內地下水流向基本吻合。

參照環境保護部發布的《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ338—2018)巖溶裂隙網絡型巖溶水水源地保護區劃定方法，以該礦泉水井原一、二級保護區計算結果為半徑，劃定等效一級保護區范圍及邊界，再根據區內巖溶裂隙網絡發育特征，進行修正，最后以修正后范圍作為保護區范圍。

根據區域節理裂隙統計結果，按照長軸半徑/短軸半徑=2.1/1的比例，按規范要求的最短距離圈劃橢圓，其長軸方向為NW—SE向，依據地下水“向源”保護原則，沿此方向(水源上游方向)平移1/3長軸距，以此作為修正后的保護區范圍。

圖4 節理裂隙走向玫瑰花圖

4 礦泉水井衛生防護區重新設定的探索做法

4.1 一級保護區

按規范要求，一級保護區邊界依據水文地質條件和周邊環境，距離取水點最少為30～50m半徑。該文圈定保護區的方法，按照長軸半徑/短軸半徑=2.1/1的比例，圈劃距離井口最短距離不小于30m的橢圓，其長軸方向為NW—SE向，并沿此方向(水源上游方向)平移1/3長軸距，修正一級保護區(圖5)。

1—礦泉水井；2—等效一級保護區；3—修正一級保護區圖5 一級保護區修正范圍示意圖

4.2 二級保護區

按照相應規范，產于巖溶含水層的天然礦泉水水源，保護區邊界距離一級保護區邊界不小于100m。該文對二級保護區進行一定修正，修正過程同一級保護區。最后以經修正后的范圍確定為二級保護區，已便精準保護(圖6)。

1—礦泉水井；2—等效二級保護區；3—修正二級級保護區；4—修正一級保護區圖6 二級保護區修正范圍示意圖

4.3 三級保護區

三級保護區的劃定，以水源免受污染為基本原則，除將水源補給區和徑流區一并劃為三級保護區范圍外，該文還以水源地所處小區域相對獨立的水文地質小單元為三級保護區邊界：西側以東塢斷裂為界，南、北、東3個方向主要以地表分水嶺為界，劃定面積為2.24km2。

5 建議

(1)經現場勘查，擬定礦泉水井一、二級保護區內無點源污染源存在，擬定一級保護區的范圍內具備一級保護區封閉管理的條件。建議礦權企業在一級保護區內設置隔離防護措施的建設，確保一級保護區內無與供水設施和保護水源無關的建設項目和污染源，全力保障飲用水環境安全。

(2)擬定三級保護區附近有居民點，生活污水、生活垃圾等經雨水淋濾入滲有污染地下水環境風險，因此要注意生活垃圾等不得隨地堆放，集中收集后統一處理，同樣要做好排污管道防滲處置，加強滲漏巡檢。

(3)礦權企業加密礦泉水水源地標志牌的設置，通過水源地標志牌(界標、宣傳牌、交通警示牌等)設置，切實加強飲用水安全、水源保護等相關知識及工作的宣傳力度，增強居民水源保護意識。構建全民行動格局，切實提升飲水安全保障水平。