鷹手營子礦區地下水水質的農業影響分析

郭巾巾，武智勇，馬志軍

（1.河北民族師范學院資源與環境科學系，河北 承德 067000；2.河北省地礦局第四地質大隊，河北 承德 067000）

隨著社會經濟的發展，地下水的開發利用規模日益增大，地下水環境質量的優劣直接關系到城市建設、人民生活和環境保護等一系列問題［1，2］。礦區水環境問題一直是困擾礦區可持續發展的突出問題，也是限制礦區城市發展的重要因素。礦區地下水作為重要的水體，對地表水及礦井水均有不同程度的影響。礦區城市地下水作為區域居民生活和生產用水時，應特別關注因礦產資源開采對水量和水質產生的影響［3］。諸多學者對礦區地下水的研究多集中于水化學特征［4-7］、重金屬［8，9］及水環境質量評價［10-12］。如，許光泉等［7］選取安徽省淮北平原淺層地下水為研究對象，分析了影響地下水水質的主要因素；張傳奇等［9］分析了地下水中重金屬特征、常規離子特征及其來源；王勇等［12］以淮北某礦區為例，對礦區地下水水環境質量進行了評價分析。本研究對鷹手營子礦區的地下水進行布點采樣，利用監測數據，采用內梅羅指數法進行評價，為該地區地下水環境的防治保護工作提供理論參考。

1 數據來源與方法

1.1 研究區概況

鷹手營子礦區位于河北省承德市西南部，地處興隆縣北部山區，除東北部分邊界與承德縣接壤外，其余均與興隆縣境相接。區內包括鷹手營子鎮、汪家莊鎮、馬圈子鎮和壽王墳鎮4 個鎮，面積146.5 km2，是承德市的傳統礦區。該區地處冀北資源富集地區，礦產資源豐富，有煤、鐵、銅、鉬、石灰巖、耐火黏土等礦種，礦產資源開發歷史較長，對環境造成嚴重破壞，產生的礦山地質環境問題又對生態環境、工農業生產和人民群眾生活帶來嚴重影響，采礦產生的大量廢石和選礦過程中產生的大量尾礦不僅占用了大量的土地和農田，同時還破壞了植被和生態景觀，污染了地表水和地下水資源。

由于絕大部分礦區礦層（體）位于當地侵蝕基準面以下，礦山開采過程中長期大量抽排地下水，導致區域地下水位大幅度下降，破壞了地下水系統的平衡，造成天然流場改變，引起水資源短缺、泉水干枯、地面塌陷以及地面沙化、土壤干化，植被生長受到影響。據統計，河北省礦山多年平均年疏干排水量約6 億m3，破壞區域水平衡面積達150 萬hm2以上。該礦區現有尾礦庫7 座，固體廢棄物累計積存量約6 000 萬t。根據承德市礦山地質環境影響評估結果，全區分為9 個重點治理區，目前已基本恢復治理的僅有2 個區，其他主要為煤、鐵、有色金屬礦山中的采礦相對集中區。對承德市地下水的動態研究結果表明，該區地下水資源大都遭受工業及生活污染，水化學類型不穩定，地下水的礦化度為全市最高，其常規離子含量比一般地區高出1 倍至數倍，特殊地段范圍加大，常規離子含量有所上升。

1.2 數據來源與處理

通過實地調查發現，鷹手營子礦區目前已經廢棄的飲用水源地有4 個，水源地類型全部為地下水，分別為城建水源地、董莊水源地、馬圈水源地及老廠子水源地。由于水源地的多年使用，其水源井的水位嚴重下降、供水不足，已不能滿足當地供水需求，2012 年9 月該區政府啟用了小跳溝和金扇子2 個新水源地。

目前，全區集中供水部分全部由上述2 處水源地供水，取水量約1.5 萬m3/d，水源地的具體信息如表1 所示。通過對鷹手營子礦區目前在用的2 個水源地進行采樣測定，并將金扇子水源地1 號井和小跳溝水源地1 號、2 號、3 號井所采水樣依次編號為1#~4#，系統分析研究區地下水水質狀況，并對水質污染狀況進行評價。

表1 鷹手營子礦區飲用水水源地信息

1.3 研究方法

根據《地下水質量標準》（GB/T 14848—93）規定，利用內梅羅指數法進行計算，水質類型參照表2。公式如下：

式中，F為內梅羅指數，其中F<0.80 為優良、0.80~2.50 為良好、2.50~4.25 為較好、4.25~7.20 為較差，>7.20 為極差為各單項組分分值的平均值；為單項組分評價分值中的最大值；n為項數。

2 結果與分析

2.1 調查結果

此次采樣嚴格按照環境保護標準《地下水環境監測技術規范》（HJT 164—2004）的要求執行，檢驗標準按《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）與《地下水質量標準》（GB/T 14848—93）Ⅲ類執行，具體檢驗結果見表2。由表2 可以看出，水樣的硝酸鹽超 過 了 GB 5749—2006 和 GB/T 14848—93 限 值/標準值。

根據《地下水質量標準》（GB/T 14848—93）對其中的參評項進行計算，其中各水樣的參評指標均為27 項，各單項組分評價分值Fi參照標準規定，即Fi優于或等于Ⅰ類標準分值為0、介于Ⅱ類標準范圍內分值為1，介于Ⅲ類標準范圍內分值為3，介于Ⅳ類標準范圍內分值為6，介于Ⅴ類標準范圍內分值為10。通過標準給出的綜合評價法，利用公式（1）求得研究區域的各參數，結果見表3。

由表3 可知，4 個水井達到Ⅲ類水質的指標不相同，金扇子水源地水井為總硬度、揮發酚類和汞；小跳溝水源地1 號水井為銅、揮發酚類和汞，2 號水井為銅、揮發酚類和硝酸鹽，3 號水井為銅、揮發酚類和硝酸鹽；其他指標大都屬于Ⅱ類以上水質，結合內梅羅指數法的評價結果，鷹手營子礦區地下水源水質良好。

表2 鷹手營子礦區地下水水質檢測結果

表3 鷹手營子礦區地下水質量評價結果

2.2 結果分析

2.2.1 土地利用現狀 金扇子水源地一級保護區面積共計0.01 km2，保護區范圍內無工業企業，主要以居民及耕地為主，有金扇子村4 戶居民，居住人口約15 人，農田0.13 hm2，主要種植作物。該水源地目前的土地利用情況如圖1 所示。

小跳溝水源地一級保護區面積為0.25 km2，二級保護區面積1.64 km2，保護區范圍內無工業企業，主要以居民及耕地為主，小跳溝水源地一級保護區內無居民，二級保護區內有小跳溝村居民44戶、北營房鎮居民24 戶，居住人口合計約240 人；小跳溝水源地一級保護區內無農田，二級保護區內有農田約72 hm2，主要種植作物為玉米。土地利用情況詳見圖2。

2.2.2 生活污水排放及污染物排放量 按照《河北省行業用水定額》，并結合當地實際，確定農村生活用水定額為60 L/（人·d），按此計算各水源地保護區生活污水排放量。

生活綜合排水量可根據城市周邊河流分布、管網分布與污水處理廠分布等情況估算排放系數和排水量，公式如下。

污水排放系數依據《室外排水規范》（GBJ 14—1987）確定污水排水量為用水量的80%。生活污水平均濃度根據實際調查資料、農村生活污染源源強系數并結合相關資料進行分析，參考農村人口數確定人均污染物濃度，其中化學需氧量（COD）為200 mg/L、氨氮為40 mg/L。由此可以得到各水源地保護區生活廢水排放及污染物排放量如表4。經分析可知，2個水源地周圍居民每年所產生的生活廢水總量差別明顯，其中金扇子水源地所排放的生活廢水總量較小，廢水中化學需氧量與氨氮排放量很小，因此對該水源地地下水所能產生的影響極小，幾乎可以忽略不計；而小跳溝水源地由于周圍居民多，每年所排放的生活廢水總量可達11 520 t，且化學需氧量與氨氮排放量較高，是金扇子水源地的15 倍左右，因此可能污染了該水源地的地下水，使得水源地的F高于金扇子水源地。在調查中發現，小跳溝水源地周圍村莊里沒有設置集中式污水收集處理系統，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，僅部分農戶在自家屋外建有簡易的下水井用于儲存污水，這種生活廢水排放方式使得每年化學需氧量與氨氮的排放量很高，并且污水直排的形式也使得含氮污染物隨生活污水下滲到土壤中，從而對地下水水質和環境質量構成一定的威脅。該水源地水質評價結果也顯示有2 處水井硝酸鹽含量超標，間接證明該保護區需要加強生活污水的處理與管控，避免含氮污染物的排放，才能防止該水源地水質的惡化。

表4 各水源地保護區生活廢水排放及污染物排放量（單位：t/年）

2.2.3 農田徑流污染物排放量 按照《全國飲用水水源地環境保護規劃技術大綱》給出的標準農田源強系數為COD 154 kg/（hm2·年）、氨氮31 kg/（hm2·年）。根據當地實際保護區內農作物種植面積，確定各級保護區的農田徑流污染物流失量。由計算結果（表5）看出，小跳溝水源地保護區內農田徑流所排放的化學需氧量高達10.80 t/年，是金扇子水源地的540倍；氨氮排放量為2.160 t/年，是金扇子水源地的540倍；因此農田徑流所排放的污染物也是造成2 個水源地水質評價結果差異的一個重要原因。小跳溝水源地尤其需要重視該保護區內農田徑流所排放的化學需氧量和氨氮的排放量對水質的影響。結合2 個水源地土地利用情況可知，小跳溝水源地由于二級保護區內農田面積大，且通過訪問調查發現，保護區內農田主要種植玉米，為了保障玉米產量，農戶多使用尿素等肥料，由于施用水平有限，所施加的肥料多以降雨淋溶的形式隨雨水滲入地下。據當地相關部門的統計資料，發現降雨淋溶損失的氮占化肥氮施入量的25%。因此，想要控制該水源地含氮污染物的排放，需要加強對該地區尿素等化肥施用的管理。

表5 保護區內農田徑流污染物排放量 （單位：t/年）

3 小結

1）調查結果顯示，小跳溝水源地保護區內及周邊分布有大量居民，均無集中式污水收集處理系統，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，然后下滲到土壤中。部分農戶在自家屋外建有簡易的下水井來儲存污水，但最終還是會下滲到土壤中，對地下水構成一定的威脅。

2）水源地周圍分布有大量農田，種植作物多為玉米，使用肥料主要為尿素，通過降雨淋溶損失的氮占化肥氮施入量的25%，該部分損失的氮肥隨降雨滲入地下，對地下水環境造成潛在的威脅。

3）氨氮和化學需氧量排放量的統計結果顯示，小跳溝水源地無論是生活廢水排放量還是農田徑流方面都遠高于金扇子水源地，應加強對該處水源地的水質監測，使該處的水質供應得到有效保障。