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近日,國家四部委聯合出臺了《華北平原地下水污染防治工作方案》,揭示了華北地區地下水污染嚴峻的現狀,就連首都北京也成了重災區,讓我們這些生活在華北地區的人感受到地下水污染正在逼近,我們每天喝的、用的水似乎都不再安全。
地下水污染就在我們身邊
地下水就像地下形成的巨大水庫,如今,這個水庫出了點問題。根據日前國土資源部公布的《2012年中國國土資源公報》顯示,在全國4929個地下水水質監測點中,近六成地下水為“差”,其中16.8%的監測點水質為極差級。
以我們生活的華北地區來說,4月26日,環境保護部、國土資源部、住房和城鄉建設部及水利部聯合印發《華北平原地下水污染防治工作方案》。《方案》指出,華北平原局部地區地下水存在重金屬超標現象,主要污染指標為汞、鉻、鎘、鉛等,主要分布在天津市和河北省石家莊、唐山以及山東省德州等城市周邊及工礦企業 周圍;局部地區地下水有機物污染較嚴重,主要污染指標為苯、四氯化碳、三氯乙烯等,主要分布在北京市南部郊區,河北省石家莊、邢臺、邯鄲城市周邊,山東省濟南地區、德州東部,河南省豫北平原等地區。
如果說《方案》中的解釋還比較抽象, 那么近期在媒體上被熱議的“紅豆水”事件就更能體現華北地區地下水的狀況。今年4月,河北滄縣一處地下水呈現了紅色,當地的環保局長對此解釋說紅豆煮水也會出現這種狀況。我們在質疑“紅豆水”這一說法的同時,也不妨看看具體檢測數據:井水苯胺為每升7.33毫克,超出飲用水標準每升0.1毫克70多倍。這樣令人驚悚的數字在華北地區地下水檢測中并不罕見。
值得注意的是,這個《方案》是我國第一個針對區域地下水污染防治的工作方案。清華大學環境科學與工程系教授王占生告訴記者,由于華北地區地表水資源不夠豐富,相較其他地區更加依賴地下水。而本地區人口密度較大,更要密切關注與人們息息相關的地下水污染問題。
抓住地下水污染的源頭
地下水深藏地底,它的污染從何而來呢?《方案》分析了華北平原地下水污染的成因。其中,海河流域受污染地表水滲入補給是地下水污染的重要原因。2010 年,該流域廢水排放量高達49.73億噸,未達標的斷面比例為60.6%,污染嚴重的河流渠道、過量施用化肥和農藥以及不達標的再生水灌溉區等對地下水環境 影響顯著。
同時,重點污染源排放也是造成地下水污染的重要原因。華北平原石油化工行業(包括勘探開發、加工、儲運和銷售)、礦山開采及加工、生活垃圾填埋場、工業固體廢物堆存場和填埋場、高爾夫球場等重點污染源對地下水產生點狀、線狀污染,部分中小型企業產生的廢水未加處理通過滲井、滲坑違法向地下排放直接污染地下水。
在這些污染源頭中,中國地質科學院現代生態環境研究所林景星教授特別提到了污水灌溉的危害,“20多年前,有些人認為用地表污水灌溉可以節約水資源,污水中含有廢料,更能帶來大豐收。這種方法造成的結果就是污水滲入地下,使得地下水被污染?!?/p>
不過,地下水污染程度根據埋藏的深淺有很大不同。王占生表示,目前淺層地下水污染較嚴重,而深層水質量普遍尚可?!度A北平原地下水污染調查評價》也顯示,華北平原淺層地下水綜合質量整體較差,且污染較為嚴重,直接可以飲用的地下水僅占22.2%,未受污染的地下水僅占采樣點的55.87%。深層地下水綜合質 量略好于淺層地下水,污染較輕。
“但是,深層水也并非真的安全。今年初山東濰坊一些企業涉嫌通過高壓水井向地下排污的事情就會嚴重影響深層地下水,”王占生說,“而有時候深層水井沒有完全封好,使得淺層水滲入深層,也會給深層地下水帶來污染?!?/p>
地下水污染的危害不可不防
被污染了的地下水有什么危害呢?王占生介紹,不合格水對人體的危害,有看得見的,有看不見的。看得見的通常是微生物污染危害,可能致人突發急性疾病,好在國人習慣飲用開水,可以殺死微生物污染物,這個危害表現并不明顯。而看不見的危害,容易被忽視但更值得關注。飲用有機化合物超標的水,容易導致慢性疾病。一天兩天沒問題,但有機化合物會在人體中富積,最終對身體造成危害,嚴重時可能致癌、致畸、致突變。而“砷”等重金屬離子超標的水致癌危險則更大。
無法飲用,那么能不能用于灌溉呢?林景星表示,被污染地下水中的物質,尤其是汞、鉻、鎘等重金屬離子會在土壤中積累,對農作物有害,還是會間接作用在人體。很多地方用重金屬超標的地下水灌溉,使得當地大米重金屬超標嚴重,甚至出現了很多當地人都不吃當地產的大米的情況,而大米重金屬超標又不像蔬菜農殘超標那樣能快速檢測出來,會對人體產生長期危害。
值得注意的是,很多人覺得只要“管住嘴”就能避免地下水污染帶來的危害,以為家中只要裝了飲水機便能放心了。而國外大量研究發現,水中有害物質只有三分之一是通過飲用進入人體,另外三分之二是通過皮膚吸收和呼吸進入人體――在洗浴、洗滌、刷牙、洗臉時,仍然逃不脫水質污染的影響。
地下水污染治理是件“撓頭”的事
既然地下水污染有如此危害,如何才能使其重新變清呢?說起地下水污染治理,人們往往會想到地表水治理。其實兩者有很大不同。林景星表示,由于污染物進入含水層,以及在含水層中運動都比較緩慢,污染往往是逐漸發生的,若不進行專門監測,很難及時發覺。發現地下水污染后,確定污染源也不像地表水那么容易。
“更重要的是,在排除污染源之后,地表水可以在較短時期內達到凈化;而地下水,即便排除了污染源,已經進入含水層的污染物仍將長期產生不良影響??梢哉f,地下水污染治理是件‘撓頭’的事,世界各國都為此困擾。因此,地下水污染應該重在防范,而不是治理?!绷志靶钦f。
同時,林景星介紹,在地下水污染尚未解決的情況下,盡量避免使用淺層地下水、選擇深層地下水是個可行的方法,因為深層水污染情況要輕得多。不過,長期使用這一方法會使深層水抽取過多,造成地下水面下降等問題,因此只是治標而不治本?!暗叵滤廴菊嬲伪镜姆椒ㄟ€是要依賴于自然水循環,保證地表水干凈,這些地表水滲透進地層,與地下水進行交換,使得地下水污染狀況減輕直至水質達標。當然,這一過程非常緩慢,至少也需要幾十年?!?/p>
在治標與治本之間,目前比較有效的方法是對被污染的水進行深度處理。王占生介紹,深度處理可以通過活性炭等物質吸附水中的有機污染物,達到水質達標的要求。不過,深度處理方法目前還只是用于地表水凈化,尚未用到地下水,且費用高昂,不利于推廣。此外,對重金屬離子超標的地下水采用深度處理的方法也不管用,只能考慮離子交換、膜技術等,同樣存在著公益與費用的問題。
北京飲用水尚可放心
地下水污染治理并非一朝一夕,那么每天都要依靠地下水的北京市民該如何放心用水呢?根據《方案》,北京地下水情況也不容樂觀,南郊是有機物污染較嚴重的地區。不過,北京市區居民不必為了飲用水安全問題過分擔憂。
清華大學飲用水安全教研所張曉健教授告訴記者,在北京市政自來水系統內,都會保護水源井的深層水。一旦發現水源井重金屬或有機物超標,就會停止開采。如果發現某個水源井有微量無機物超標,也會采用調配方法,即把多個水源井的水混合,使得水質合乎標準。
張曉健介紹,上世紀50年代,北京人基本上都是喝地下水,隨著城市發展,用水需求上升,開始引入地表水。目前北京市政自來水管中的地下水和地表水比例約為1:2。這些地下水有的來自城區,比如紫竹院、馬連道等處的水井,但是所占份額較小,大部分地下水還是來自周邊區縣。
地下水治理費用是地表水的上千倍
地下水的治理難度非常大,清華大學土木水利學院楊大文教授表示,治理成本有時是治理地表水的上千倍。
地下水有不同深度,地表水可以直接采樣,但是地下水的采樣卻需要通過打井等方式,這項工作非常復雜。即便確定了某地深層地下水遭受污染,治理起來也費時費力。目前的污水凈化分為物理、化學和生物方法以及它們的組合方法。一般生物方法比較經濟,如活性污泥或生物膜法。
由于地下水污染的區域往往范圍較大,井口狹窄,這就使活性污泥法和生物膜法這些生物技術無法大規模的開展。“現有的方法主要是利用清水大量注入深井中進行稀釋,這必將造成更大的水資源的浪費?;蛘吖嘧⒋罅刻砑犹厥馑巹┑娜芤?,而購買這些藥劑無疑是筆巨大的開支,效果如何也很難保證。所以最好的治理方法就是預防?!睏畲笪恼f。
“深井灌注”難保安全
地下水污染仿佛是伴隨工業發展而生的“原罪”,沒有哪個國家能完全規避它。
雖然濰坊市許多工廠將污水通過高壓水井壓到地下1000多米的水層的事情并沒有查實。但在歐美,有些地方允許向地下排放污水,但必須通過專門的方式排放,且對地下排污的水質要求要高于地表排污?!坝捎诘叵滤h很慢,修復也更困難,所以對排污的水質標準要求非常高。”
目前,美國 89% 的工業廢水采用深井灌注的方式被深埋到地下。這種技術顧名思義,就是在地質結構符合條件的情況下,構筑一個千米深井,然后將工業廢液灌注進去,封存其中。在灌注過程中,廢液會穿越若干個地層,會有六層安全保護管道將廢液和周邊地層完全阻隔。隨著時間推移,酸性廢料和堿性土壤層中和,最終實現無害化。
但是,美國實施深井灌注有著嚴格的規范,它的前提是保證排放物與地下水完全隔絕。目前人們開采地下水的深度一般不超過 300 ~500 米,“深井灌注”的井深通常約 800 米到超過 3200 米不等。
然而,在美國歷史上,始于上世紀 50 年代的深井灌注技術還是遇到過兩次事故,一次是 1966 年在科羅拉多州,一家化工企業在利用深井灌注廢液過程中由于壓力過大引起了地震。另一次事故是某一個深井管道腐蝕,造成滲漏。
隨后,美國環保署連續頒布法案,要求企業在實施深井灌注的時候,必須提供“無轉移”示范證明,確保在1萬年內,所灌注液體的有害成分不會從灌注區發生轉移,或者當有害廢料離開灌注區的時候,已經不再含有有害成分。
近幾年,深井灌注技術已開始逐步進入中國。由于深井地下的地質勘察很困難,所以不可能像地表地質勘察那樣全面細致。即便現在確認地下沒有斷層,也不能保證它像美國環境署規定的“1 萬年無轉移”。與此同時,由于中國還沒有出臺相應相關法規,所以對于這一技術的監管還是一片空白。在國務院行政法規規定中,只有《地質災害防治條例》涉及深井灌注行為,但沒有具體、有針對性的規定。
而目前在美國,除了完備的立法外,技術革新也為地下水污染修復帶來了曙光??蓾B透反應墻(簡稱“PRB 技術”)是目前歐美許多發達國家新興的用于原位去除地下水及土壤中污染的方法。
可滲透反應墻是一面由活性鋁、活性炭及沸石等活性物質組成的埋在地下的“墻”。當污染物通過反應墻時,通過離子交換、表面絡合、表面沉淀、生物降解等作用除去污染物。
這項技術已經在北美和歐洲地區成熟應用,在治理點污染上收效良好。然而,這項技術在中國幾乎沒有應用的案例。這可能與我們對地下水污染防治的相對滯后有關。
亟須建立新的水質監測標準
其實國家相關法律早有規定,對于非法排污的企業行為,對相關責任人可做出最高7年有期徒刑的判罰,然而這樣的懲罰力度并沒有阻擋企業追逐利潤的腳步。
清華大學土木水利學院教授楊大文表示,對地下水污染的治理主要是對污染源的控制,污染源控制了,地下水污染問題就能解決。但這存在很大難度,如農業施肥造成的污染,由于涉及到的農戶多、又非常分散,因此不好控制。
關鍵詞:地下水污染;污染治理
中圖分類號:X523文獻標識碼:A
1地下水對整個國民經濟以及人類生存的重要性
地下水資源不僅容量大,而且還具有良好的水質、分布廣泛、使用方便等優點,原位提取,據統計,中國大約有70%的人口以地下水為主要飲用水源,在北方地區,地下水開發利用率比較高,如河流域地下水的利用率超過90%。在所有的水中,地下水占50%以上。地下水的利用和保護是關系到中國經濟和社會的可持續發展戰略。但一旦地下水的開發與保護不當和污染,不僅其自凈能力極弱,還會造成嚴重的影響,人類活動對生態環境的危害,加強對地下水資源的保護具有十分重要的意義。
2地下水的污染源的分析
排放或排放污染物的來源和地方被稱為水污染源。各種水循環過程涉及許多復雜類型的污染源。
2.1工業“三廢”
工業“三廢物”的一個主要因素是對地下水的污染。工業廢水、輕工業廢水、石油化工有機廢水處理和排放是從城市下水道,直接進入河流和湖泊或排水溝,導致地下水污染。工業氣體如二氧化硫,硫化氫,一氧化碳,二氧化碳,氮氧化物,燃煤污染,污染物形成的雨,地面徑流進入水體循環,對地表水和地下水污染造成。工業廢渣的有毒有害物質,如重金屬,揮發酚,氰化物在水和土壤。其中的一部分降水直接浸潤,部分下游地表徑流遷移和滲透,從而形成平面和線性地下水污染。
2.2城市生活污染
城市生活污染源主要是生活污水和垃圾。生活污水主要是固體懸浮物,生化需氧量,氨氮,合成洗滌劑,磷,氯,細菌和其他生活污水,醫院污水含有氨態氮,磷污染物,合成洗滌劑,厭氧細菌,揮發酚,汞,病毒和放射性物質,多行的一條河流,溝坑,地表水和地下水污染。垃圾與陽光和雨水徑流沖刷,可溶性物質會慢慢進入地面,對地下水的污染。
2.3農業污染
因為農業活動,從而導致地下水污染源,其中主要包括土壤殘留農藥、化肥、植物和動物遺體分解以及不合理的污水灌溉等因素。農業非點源污染,導致農業區地下水硝酸鹽含量嚴重超標。農區,過量使用氮肥,其中約有12.5%~45%的氮從土壤侵蝕和污染的地下水。當然,氮素損失的不完全是從施氮。這些是造成大面積的淺層地下水水質惡化的主要原因,其中最重要的是增加硝態氮和農藥以及化肥污染等因素。
3地下水污染治理
3.1物理法
3.1.1屏蔽法
屏蔽法在地下建筑使用各種物理屏障,水污染的陷阱,防止進一步傳播的污染物。常用的方法是使用壓力灌漿帷幕注漿在地下,水污染是周圍形成的帷幕,從而污染水體的陷阱。其他物理阻隔法和泥擋水墻,振動樁擋水墻,大規模更換,電影和合成材料陷阱的方法。適用于地下水污染早期作為一個臨時的控制方法。
3.1.2被動收集法
在地下水流向下游,挖一個足夠深的通道,收集系統,漂浮污染物收集,或被污染地下水的收集處理方法。在處理光污染(如石油)更有效。
3.2水動力控制法
水力控制方法是利用井群系統的泵或注射區域地下水含水層,水力梯度,使被污染的水,干凈的水分離。根據不同的制度安排井組,液壓控制規律可分為上游和下游流域的分水嶺方法。
3.3抽出——處理法
根據污染物的種類和治療費用分為物理法,化學法和生物法。污染的地下水處理,井群系統是一個關鍵的系統,以及控制污染的水流量。治療地下水方法主要有2個,一個是直接使用,另一個是用來充電。后者是主要目的地為補給,更是造成回灌可以沖淡污染的水,沖洗的含水層;另一方面,可以加速地下水流動,從而縮短維修時間的地下水。
3.4原位處理法
3.4.1加藥法
通過井群系統污染的水灌注劑,如灌注中和劑中和酸性或堿性滲濾液,加入氧化降解有機或無機材料形成沉淀。
3.4.2滲透性處理床
適用于薄,淺層,一般用于無害化處理垃圾滲濾液。在下游挖一條溝,溝挖到基巖含水層底部或不透水的粘土層,然后在溝槽可填充有污染物反應滲透介質,地下水污染的流量和介質戰壕后反應,生成無害的產品或有沉淀去除。
3.4.3土壤改性法
利用土壤中的粘土層,通過注射原位植入表面活性劑和有機改性材料,土壤有機粘土。一種改進形式的有機粘土可有效吸附有機污染物在地下水。
3.4.4沖洗法
有機烴污染,可用空氣清潔,空氣被注入到受污染的地區,在底部的空氣,在上升過程中,揮發性成分和空氣污染物在上升過程中,空氣污染物的揮發性成分與溢出,然后氣體系統收集和處理。
4結論
地下水是生態循環系統中不可或缺的一部分,對于人類生存和社會的可持續發展發揮著重要作用。水污染是一個非常重要的問題,地下水污染的防治需要所有人的參與,保護地下水不受污染是我們的責任與義務。做到預防為首,治理從細,不斷完善地下水的管理體制并不斷提高監測精度和監測量。
參考文獻
[1]尹國勛,李振山.地下水污染與防治[M].北京:中國環境科學出版社,2005.
【關鍵詞】莘縣;地下水超采;治理措施
莘縣地處山東省西部,黃河北岸,冀魯豫三省交界處,總面積1413km2,人口110萬人,耕地面積9.33萬hm2,是以種植業為主的農業大縣。
1地下水超采現狀分析
莘縣屬于嚴重缺水的地區,折合人均水資源量僅130m3,遠低于全省平均水平334m3。由于莘縣自大量建設農田水利工程與地下水取水工程,導致長期過量開采地下水,形成了大范圍的地下水超采區。根據《山東省地下水超采區評價》(2014)結果,莘縣地下水超采量為2071萬m3/a,其中淺層空隙水超采量為1391萬m3/a,深層承壓水超采量680萬m3/a,全縣淺層地下水超采區面積達1151km2,占全縣國土面積的81%;深層承壓水超采區面積達1413km2,與全縣國土面積相當。
2地下水超采治理措施
2.1基層服務體系建設
出臺《莘縣基層水利服務體系建設工作實施方案》《關于建立健全鄉鎮水利服務機構的通知》,以鎮(街)水利管理服務站建設為重點,著力構建基層水利管理協調服務組織,成立農民用水協會和農村供水協會,配備專用的計量設施、維修設備、通訊設施,完善用水組織章程和用水制度,針對地下水超采問題進行工作調研,開展基層人員技術培訓、印刷宣傳資料等工作,提高基層服務的技術服務水平。
2.2水資源監測計量監控體系建設
提高水資源與水質監測、水利工程運行調度監控自動化、科學化水平,對全縣地表水、地下水位及水質進行動態監測。建立莘縣地下水超采區治理信息化管理系統,完善地下水監控系統,實行地下水水位、水量雙控制,提高地下水水資源監控自動化、科學化管理水平。
2.3馬西片區地下水修復補源工程
馬西片區位于莘縣馬頰河以西,屬地下水漏斗區。區域內主要河道為鴻雁渠及其支流元莊溝、道莊溝,鴻雁渠長31.7km,莘縣境內21km。2017—2019年,清淤擴挖鴻雁渠及其支流,新建鴻雁渠耿樓蓄水閘、焦村蓄水閘、道莊溝蓄水閘3座,加大引進黃河水、金堤河水等客水資源水量,增加區域河道攔蓄水量,加大攔蓄地表水利用量,通過河道入滲補給地下水進行修復補源。年可增加區域蓄水量314.4萬m3,年可置換地下水源180萬m3,年新增回灌補源水量為63萬m3,新增蓄水可改善灌溉面積0.38萬hm2。
2.4徒駭河片區地表水挖潛工程
徒駭河干流發源于莘縣文明寨村,莘縣境內河長68km,流域面積1072.42km2,主要支流有新金線河、俎店渠、范莘干溝等。通過對徒駭河干流河道及范莘干溝、老金線河、河店溝等支流河道清淤擴挖,新建徒駭河李鳳桃蓄水閘、新(改)建支流灌排溝渠截蓄閘等工程措施,加大地表徑流攔蓄能力,增加雨洪資源利用量,充分調蓄區域內雨洪資源用于農業灌溉,實現地表水置換地下水,壓減地下水開采量。
2.5限期封停超采區地下水取水工程
莘縣淺層地下水超采水量主要為農業灌溉用水,以及部分生活及工業用水。充分利用河道攔蓄水源和莘州水庫、古云水庫等調蓄長江水、黃河水等提供替代水源,對有條件實現水源替代的農業灌溉機井和工業取水井依法關停,共封填灌溉機井34眼,封停深井3眼,并加強水資源監控,嚴管開采取用,建設監測管理系統。
2.6實施水肥一體化高效農業節水工程
優化調整農業種植結構,在古城鎮、東魯街道辦事處、徐莊鎮、等6個項目區規模化種植基地推廣實施水肥一體化農藝節水,建設高標準智能化水肥控制車間,鋪設節水灌溉主管網19467m,供水支管36597m,鋪設φ16PE滴灌管62709m,共完成微灌面積203.46hm2,可節水50%左右、節肥40%左右、節省勞動力80%~90%、增產30%以上,有效壓減農業用水對淺層地下水的開采量。
3地下水超采治理成效
3.1地下水漏斗區面積減小,地下水位上升
根據聊城市水利局、聊城市水文局聯合的《2020年第四季度全市地下水動態》,莘縣2020年7月地下水漏斗區面積為1363km2,比去年同期減少51km2,地下水平均埋深上升1.56m。
3.2利用地表水置換地下水,壓減地下水開采量
莘縣經過2017年、2018年、2019年連續3年地下水超采壓減治理,分別壓減淺層地下水364萬m3、357.76萬m3、318萬m3,壓減深層水34.5萬m3、78.53萬m3、30.4萬m3。截止2019年末,莘縣共壓減淺層地下水1039.76萬m3,剩余351.24萬m3,壓減深層地下水143.43萬m3,剩余536.57萬m3。
3.3助力莘縣地下水節水型社會達標建設
通過優化調整農業種植結構,推廣農藝節水工程,發展高效農業節水。有利于深入貫徹節水優先方針,提升全社會節水意識,控制水資源消耗強度,全面推進節水型社會建設。
3.4環境效益和社會效益顯著
促進了當地的農業生產持續、穩定和高效發展,充分發揮水資源的效益;同時,通過增加蓄水、地下水位回升,有利于地表植被等綠化苗木的生長,使區域水環境和生態環境得到明顯改善,同時也改善當地的投資環境及開發建設環境。
4對策與措施
4.1加強地下水監測能力
莘縣應利用超采區治理時期建立全面的水位監測數據,包括水位的變化,地下水取水工程(農業、工業自備井、城鎮供水水井數量、分布和開采層位等),發揮水位日常監管和預警作用,提高地方超采區治理技術支撐和服務力度。
4.2出臺地下水管理法規
完善和出臺相應法規規章,細化地下水管理制度和措施,增強地下水超采區治理法規政策的可操作性和執行力。備用機井要建立相關管理制度,參考機井封填規范建立分級分類啟用制度,條件較好的深層機井可轉為監測井,填補目前莘縣無深層承壓水監測數據的空白。
4.3強化項目后續管理
跟蹤和分析農田水利項目發揮的效益和節水能力,配套設施的投產及對周邊的地下水位的影響,對超采區的超采量、地下水水位變幅、超采區面積進行定量評估。對機制建設、管控約束、關閉地下水取水工程、地表水替代等進行客觀評價,保證壓減措施的針對性和可行性。
4.4加強宣傳教育引導
關鍵詞:地下水;污染
《2010年中國水資源公報》提供的資料中,根據763眼地下水監測井的水質監測資料對地下水水質進行分類評價。Ⅰ~Ⅱ類水質監測井占總數的11.8%,Ⅲ類水質監測井占26.2%,Ⅳ~Ⅴ類水質監測井占62.0%。權威公報表明,我國地下水污染問題已經非常嚴重,最近有網友在微博上爆料,山東濰坊許多化工廠、酒精廠、造紙廠將污水通過高壓水井壓至1000多米下的水層,污染了地下水。一時間,“地下排污”就成了眾矢之的。有關部門對全國118個城市地下水監測數據顯示,大約有64%的城市地下水遭到嚴重污染,33%的城市地下水遭受輕度污染,地下水基本清潔的城市只有3%。
一、地下排污的危害
一是地下水遭到污染后治理困難。地下水被喻為人類的“生命水”。一旦遭受污染,后果極其可怕。常規污染如BOD、氮、磷容易處理,成本也不高。那些難以降解的劇毒致癌物質如PCB、多環芳烴及無法降解的砷和汞等,處理成本高、運輸風險大,本應作為劇毒危險物品運送到專門填埋場處理,卻被企業悍然排入地下。這就是我國90%的城市地下水污染和湖北地下水砷污染的主因之一。
二是我國目前地下水污染范圍非常廣,從沿海到邊疆,幾乎無一幸免。這就勢必造成治理難度大。遺憾的是,這一現象似乎并未引起政府和公眾足夠的重視,地下排污似乎也沒有得到有效遏制。這不只是讓更多民眾生活于危險之中,而且還引發了惡性環境污染事件的發生。2012年春節期間發生的廣西龍江河鎘污染事件,肇因就是一家企業將污水直接排入地下溶洞。
三是全國地下水污染勢頭仍在擴大。目前我國地下水污染呈現出由點到面迅速擴大、呈現出由東部向西部推進、由城市向農村蔓延、由局部向全國擴散的趨勢。污染物由無機向有機發展,甚至出現無機物有機物并駕齊驅的勢頭。危害程度日益嚴重。地下水污染面積迅速擴大,污染程度不斷增加。華中師范大學教授戴建業表示:“最近才聽說許多地方用工業廢水灌溉水稻,在重金屬嚴重污染的土地上種蔬菜,他們自己不吃這些大米和蔬菜,‘豐收’后全部賣到城里賺錢。污染企業污染了農民的土地,農民在污染土地上種莊稼害城里人,我們已經成了一個相互毒害對方的社會?!?/p>
二、治理地下水污染的對策
2011年10月28日,中華人民共和國環境保護部以環發〔2011〕128號印發了《全國地下水污染防治規劃(2011-2020年)》。地下水污染防治存在的主要問題,一是地下水污染源點多面廣,污染防治難度大;二是地下水污染防治基礎薄弱,防治能力亟待加強;三是對地下水污染防治的認識有待提高。
首先,治理地下水污染要加大法律法規建設力度。時至今日我們國家尚未制定并頒布控制深井灌注的法律法規?!兜刭|災害防治條例》雖然涉及深井灌注行為,但沒有具體、有針對性的規定,更沒有處罰措施?,F行的環境質量標準和污染物排放標準主要是針對大氣、地表和地下水水體、淺層土壤這三種介質,由于深井灌注是利用第四類環境介質處置污染物,需要對這種新型的處置方式制定新的質量標準。目前,對地質環境保護的監督管理也沒有納入環境保護部的管理職能。因此必須明確部門職責,加大立法力度,通過法律途徑保護地下水資源。
其次,要提高保護地下水資源重要性的認識。我國地下水資源地域分布不均。全國地下水資源年平均為8218 億立方米,全國地下水資源量由東南向西北逐漸降低。隨著我國經濟社會的快速發展,地下水資源開發利用量呈迅速增長態勢,全國655 個城市中,400 多個以地下水為飲用水源,約占城市總數的61%。地下水資源的長期過量開采,導致全國部分區域地下水水位持續下降。
再次,要合理制定地下水資源保護規劃,地下水污染問題已經到了必須認真解決的地步,各級黨委和政府一定要提高認識,加大力度對惡意污染地下水行為的整治力度,制定中長期治理地下水污染規劃,要狠抓地下水污染治理,切實做好關系到子孫后代健康的地下水資源問題。為國民經濟可持續發展和人民群眾的生命健康做出積極的貢獻。
地下水雖屬可再生資源,但地下水更新和自凈非常緩慢,一旦被污染,所造成的環境與生態破壞,往往長時間難以逆轉。
中國目前水資源所面臨的形勢非常嚴峻,地表水資源受到了嚴重污染,特別是在中國城鎮地區情況更為嚴重。現在存在這樣的態勢――當地經濟越發達污染越嚴重。北方的海河、淮河和遼河,這些地方的城市工業發達、人口密度大,地區污染尤為凸顯;在南方太湖流域、巢湖、滇池,也都受到不同程度的污染?!拔覀冊陉P注GDP增長的時候,實際上在付出非常昂貴的環境成本?!?/p>
根據《地下水污染防治規劃》,在全國655個城市中,400多個以地下水為飲用水源,約占城市總數的61%;北方地區65%的生活用水、50%的工業用水和33%的農業灌溉用水來自地下水。在沒有新水源的情況下,失去了地下水也就意味著生存受到威脅。
地下水占中國水資源總量的1/3,中國地質調查局專家在國際地下水論壇的發言中提到,全國90%的地下水都遭受了不同程度的污染,其中60%污染嚴重。
過量使用化肥農藥、用城市污水灌溉等,都讓土壤受到污染,形成最大的面狀污染源,而被污染的河流湖泊會直接滲透到地下水源。相對于淺層地下水,深層地下水質量要優良,這也是很多城市用水的主要來源。但一些地帶的隔水層很薄,甚至開了天窗,使已受污染的淺層水進入到深層水。城市污水排放量增加,但處理能力不足,甚至市政管網滲漏,都會造成地下水污染。所以,城市也是污染的源頭之一。
中國現有生產使用記錄的化學物質4萬多種,其中3000余種已列入當前《危險化學品名錄》,具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質。對化學品生產使用企業數量較多、化學品生產使用量較大、地理位置生態環境較為敏感的區域,“十二五”化工行業規劃重點發展的區域,風險防控基礎設施和監管措施尚需進一步提高的區域,列為重點防控區域。
【關鍵詞】降水設計;地下水;突涌
1.工程概況
本工程為市重點工程項目,基坑開挖深度7.60m,在地下室工程施工過程中,于基坑北半部西側出現地下水突涌現象,涌水量較大,基坑底部“沸騰”翻著水花,且涌水面積不斷擴大,導致基坑積水過多,無法繼續施工,施工單位被迫局部進行回填壓水。
2.場地工程地質及水文地質條件
2.1工程地質條件
根據巖土工程勘察報告中的巖土條件如下:
①雜填土:灰褐色,松散,上部含植物根系,碎石、磚塊的建筑垃圾構成。②粉質粘土:灰黃色-棕黃色,可塑,局部軟塑。③粉土:灰黃色-褐黃色,飽和,中密狀態。④粉質粘土:黃褐色,硬塑。⑤粉細砂:黃褐色,飽和,密實狀。
2.2水文地質條件
場地地下水主要賦存與第3層粉土中,類型為孔隙微承壓水。承壓水頭2.00-3.00m,穩定水位埋深為3.60-3.80m?;悠叫杏邶堷P新河且最小水平距離29.35m。基坑范圍內的地下水接受補給源補給,補給量較大。
3.基坑地下水突涌分析
利用水文地質學和工程地質學原理,通過對上述兩圖的分析如下:
基坑降水影響范圍內,地下空間分布有兩層地下水,一層是粉土中的水,另一層是粉細砂中的水?;又ёo的方案中沒有認識到第一層水的存在,所以將降水目標放在深部的砂層,而導致突涌發生的主要原因就是第一層水。
第一層水與龍鳳新河水系相連,水力關系甚為密切。龍鳳新河水面標高高于基坑底部,形成水頭壓差。加之該層水系厚度不大但呈片狀分布,原布置的降水井間距過大對其產生的影響很小?;右坏╅_挖形成后,該層水就會滲透至基坑內,加上龍鳳新河的豐富補給源和水力壓差,促使水流合并,流速增加,迅速打通并擴大粉土層內的水系排泄通道。基坑地下水突涌隨即發生。
還有一個原因,就是模型中的第四層粉質粘土,根據我院勘察資料統計分析,從亳州市區的土層分布情況來看,在這個標高的土層是粉土與粉質粘土互層,以粉土為主,空間產狀很復雜。所以說,本基坑地下水突涌的發生,不排除兩層水系合力的作用。
4.基坑地下水突涌治理設計
通過上述模型分析,我們及時的提供兩套地下水突涌治理設計方案。分述如下:
4.1 高壓旋噴樁截水帷幕設計
在基坑西側壁之外10.00m處布置單排直徑600mm旋噴樁311根做截水帷幕,樁間距0.40m,搭接長度0.20m。見下圖:
有效樁長的確定根據勘察報告中的剖面圖并按現行國家有關規范要求進行計算:
樁長計算結果為17.00m。
根據巖土條件,施工工藝采用雙重管。相關技術參數見下表:
4.2 輕型井點與管井組合截水設計
布置直徑0.60m,降水井17眼,井深25.00m,間距10.00m,設計單井出水量1200m3/d;輕型井點設計深度8.20m,地表預留0.20m,有效井深8.00m,穿過第三層粉土層,井間距1.00m,采用直徑50mmPVC管材。按線狀總長度分3個工作組。
通過輕型井點與管井組合降水設計計算結果來看,輕型井點可以有效截流第三層粉土中的水,控制基坑地下水突涌;管井對下部粉細砂層中的水位降深也很容易滿足施工要求。
塔拉灘地區位于共和盆地西南部,距海南州共和縣城約3.0km由于灘地的地表水匱乏,地下水未開發利用,塔拉灘地區居民人畜飲水及農灌水均來源于低于灘地帶200余米黃河抽取,而地下蘊藏有豐富的地下水資源沒有利用,生態環境卻因缺水而不斷惡化、土地嚴重沙化、草原不斷退化,合理開發利用地下水資源已迫在眉睫,塔拉灘地區生態環境治理和改造已刻不容緩。
1地下水形成的自然條件
1.1地理位置
塔拉灘位于群山環抱的共和盆地中部黃河左岸,平面上呈東寬西窄的“葫蘆”狀北北西向展布,南北長約25km,東西寬約66km,面積約1.38萬km2。地勢上以3°~10°的坡降自北西向東南傾斜,至最低處的龍羊峽水庫水面海拔高度僅為2574m。涉及共和縣7個鄉9個行政村、有人口21885人,有草地面積208843hm2,耕地面積662hm2,牲畜存欄25.3萬頭(只)。因受嚴重缺水條件限制,經濟發展相對滯后,鐵蓋鄉全鄉人均純收入僅為1000元左右,受氣候環境條件的影響,塔拉灘地區風沙大,生態環境惡化,環境治理用水也異常緊缺。
1.2氣象及水文條件
塔拉灘地區具有日照強烈、冬寒夏涼、日溫差較大、降水集中、干旱少雨、風沙大、無絕對無霜期、氣溫低、冷熱劇變等特點。盆地多年平均氣溫1℃~5.2℃,多年平均降水量為310.5mm,多年平均蒸發量1751.4mm,一般風速9m/s~10m/s,最大風速12.3m/s~18.3m/s。共和盆地干旱少雨,自然條件較差,導致地表水系不甚發育,區內主要有三大水系:1)沙珠玉河發源于盆地西部的阿拉丘一帶,匯水總面積5703km2,全長95km,由泉水匯集而成,自西向東注入達連海湖,沙珠玉河多年平均徑流量16232×104m3。2)恰卜恰河是黃河一級支流,河流長約70km,流域面積817km2。山口處測得瞬時流量0.483m3/s,出山后2km~3km即滲入地下,轉化為地下水,至上再次溢出,轉為地表水,年徑流量達2828.78×104m3/年,最終流入黃河。3)黃河發源于巴顏喀拉山北麓山區,龍羊峽壩址斷面的多年平均流量為640m3/s,總徑流量202×108m3/年。
1.3地質及水文地質條件
1.3.1地形地貌及地層條件灘地由一塔拉、二塔拉、三塔拉組成,塔拉臺表部地形平坦開闊,三個塔拉由北而南從低級到高級呈階梯狀排列,東西向自山區至平原區由高到低,灘地帶高出黃河400余米,灘地東緣的黃河谷地形呈多級階地,其中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ級階地已被龍羊峽水庫淹沒。共和盆地在第四紀早~中更新世內陸沉積環境中,堆積了厚達300m~1000m的松散堆積物,下部為一套早更新統亞粘土、亞砂土、中粗砂、粉細砂地層,表部覆蓋了上更新統亞砂土、亞粘土、砂礫石、中粗砂、中細砂層,為盆地第四系孔隙水的賦存運移創造了良好空間。
1.3.2地下水的形成與分布具獨立補徑排水文地質系統特征的共和盆地地下水,嚴格受控于地質構造、地層巖性及地貌環境背景條件。灘地西部及北部的基巖山區是灘地地下水的補給區,廣大灘地帶富含豐富的埋藏深、分布較廣的松散巖類孔隙半承壓、承壓水。共和西盆地是一個半封閉的盆地,南北山區是地下水的形成區,以大氣降水補給為主。而山前平原和盆地中央是地下水的徑流排泄區,地下水以徑流為主,黃河谷地則是盆地地下水的主要排泄區。
1.3.3地下水的補徑排條件
(1)灘地地下水來源于灘地周邊基巖山區,周邊基巖山區是灘地地下水的補給區。盆地北部的青海南山和南部的河卡南山,由于山區基巖,構造、風化裂隙發育,地形陡峭,大氣降水迅速匯集溝谷或滲入基巖裂隙中,減少了水分的蒸發,有利于地表水和地下水的形成。另外山區氣溫低,降雪時間長達5個月,大量積雪于4月份融化,集中補給地下水,有利于地下水的形成?;鶐r裂隙水又以泉的形式排泄于溝谷中匯成地表徑流,在出山口后大量滲入地下,形成第四系松散巖類孔隙潛水。大氣降水形成山區地表水和地下水,它們是盆地地下水的主要補給來源,因此山區是地下水的補給區,山區溝谷是盆地地下水的補給通道。
(2)山前傾斜平原和盆地中央是地下水的徑流區。無論是潛水、承壓水或半承壓水都是接受山區溝谷地下徑流的補給和山區地表徑流出山口后迅速入滲補給。其中盆地西部地區,山前傾斜平原地下水徑流補給盆地中央帶為半承壓水,新哲農場以西,由于斷裂及背斜的阻水作用,地下水位抬高,并形成大片沼澤、濕地,一部分地下水消耗于蒸發,另一部分地下水以泉的形式泄出地表形成泉集河,排泄于沙珠玉河中;南北山前傾斜平原地下水在山前斷裂帶附近形成地下跌水,補給盆地中央帶地下水;沙珠玉河也從上游至下游由排泄地下水逐漸變為補給地下水;盆地東部地區,地下水主要接受西部鄰區半承壓水向東徑流補給、沙珠玉河的側向補給和山區地表水的滲入補給,并于恰卜恰河轉彎處及黃河左岸溢出地表,分別排泄。
(3)黃河谷地是地下水排泄區。由于黃河深切,使共和盆地成為外泄盆地,共和西盆地上更新統含水層受黃河強烈切割影響,含水層直接,地下水在黃河Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級階地前緣形成階梯狀泄出帶。
2地下水資源評價及開發利用前景
2.1地下水資源評價據前人資料,利用泉水泄出量統計法,武雷村黃河左岸—沙有村一帶測得恰卜恰河谷右岸泉水泄出量Q1=6.68×104m3/d,拉干峽—武雷村黃河左岸測得泉水泄出量Q2=21.58×104m3/d,二者之和即為整個塔拉灘地區地下水天然徑流量的主值,Q泄=Q1+Q2=28.26×104m3/d,由于龍羊峽水庫的蓄水,部分泉水溢出點成為淹沒區,2008年4月~6月測得塔拉灘地區東緣黃河左岸泉水總流量為15.571×104m3/d。恰卜恰河谷右岸泉水泄出量為5650.34m3/d,占整個塔拉灘地區泉水泄出量的3.63%,一塔拉地區東緣黃河左岸測得泉水流量2.702×104m3/d,占整個塔拉灘泉水總流量的17.35%,即一塔拉地區地下水天然徑流量的主值為2.702×104m3/d,二塔拉地區東緣黃河左岸測得泉水流量7.852×104m3/d,占整個塔拉灘泉水總流量的50.53%,三塔拉地區東緣黃河左岸測得泉水流量5.017×104m3/d,占整個塔拉灘泉水總流量的32.22%。塔拉灘地區地下水水化學類型為HCO3•Cl•SO4—Na•Ca型或Cl•SO4—Na•Ca型或Cl•HCO3—Na•Ca型水,呈無色、無味、無嗅,透明,礦化度小于1.0g/L,水質達到人畜飲用及工農業用水水質標準。
2.2地下水的開發利用前景
塔拉灘地區由于地下水位埋深較大,交通不便,主要為農牧民居住,基本上沒有開采地下水,地下水處于天然狀態。鐵蓋鄉位于黃河左岸塔拉臺上,塔拉臺高出黃河約300m~400m,目前鐵蓋鄉居民飲用水靠從恰卜恰河谷采用泵站提水解決,農灌用水依靠從黃河采用三級泵站提灌解決。鐵蓋鄉全鄉人均純收入僅為1000元左右,沒有能力負擔高昂的水費,因此大部分費用均由政府承擔,每年政府需要耗費大量的財力解決鐵蓋鄉的人畜飲用水及灌溉用水問題。而當地的地下水位埋深200m,水位高出黃河200m,開采塔拉灘地下水資源意味著可少做200m提水的無用功,還不包括泵站在運行過程中的成本及維護費用。因此合理開采地下水資源可極大的降低取水成本、減少黃河泵站運行成本及維護費用、減輕政府的經濟負擔,所以塔拉灘地區地下水的開發利用已勢在必行。塔拉灘地區東緣黃河左岸地下水總排泄量達15.571×104m3/d,這個排泄量可近似認為是地下水天然徑流量,恰卜恰河河谷右岸地下水泄出量為5650.34m3/d,一塔拉地下水排泄量為2.7×104m3/d,二塔拉地下水排泄量為7.85×104m3/d,三塔拉地下水排泄量為5.017×104m3/d。這些地下水泄出量可近似作為允許開采量的極限值,則一塔拉地區允許開采量為2.702×104m3/d,二塔拉地區允許開采量為7.852×104m3/d,三塔拉地區允許開采量為5.017×104m3/d。目前,僅在一塔拉馬漢臺一帶有少量機井開采地下水,開采量不足2000m3/d,其余地段地下水處于天然狀態,故塔拉灘地區地下水開采潛力巨大。地下水的開采方式為機井,抽水設備為深井潛水電泵。開采井宜垂直地下水流向布置。一塔拉地下水埋深100m~150m左右,含水層巖性主要為下更新統河湖相粗砂、中細砂,布井間距1.0km~1.5km,井徑325mm~377mm,井深300m~400m,單井涌水量600m3/d~2000m3/d;二塔拉地下水埋深180m~250m左右,含水層巖性主要為下更新統河湖相中砂、細砂,布井間距0.8km~1.2km,井徑325mm~377mm,井深500m~700m,單井涌水量在1000m3/d~3000m3/d;三塔拉地下水埋深300m~380m左右,含水層巖性為早更新世河湖相中細砂,水位埋深大,開發利用成本較大,建議開采河卡灘地下水向三塔拉地區輸水,或加大二塔拉地區的開采量向三塔拉輸水。
2.3地下水開發利用對生態環境的影響程度
塔拉灘泉水泄出量15.571×104m3/d,黃河在龍羊峽壩址多年平均流量5529.6×104m3/d,泉水泄出量僅占河水流量的0.307%,開采塔拉灘地下水對龍羊峽水庫基本上沒有影響。開采塔拉灘地下水,對黃河岸邊的泉水有明顯的影響,對由泉水形成的小湖泊影響較大,可能存在泉水斷流及小湖泊干枯現象。由于泉水及湖泊均位于龍羊峽庫區的沙漠化地區,少量泉水斷流及小湖泊干枯對生態環境影響不大。塔拉灘地下水的開采會造成泉水流量的減小,在泉口附近生長的植被減少或消失,形成土地沙化,但泉口植被原本就很稀少,因而土地沙化基本可忽略不計。塔拉灘地區地下水位埋深100m~300m,現有旱生植被對地下水沒有依賴性,因而開采地下水對塔拉灘地區植被影響甚微,僅對泉口泄出帶的植被有較大影響,從地面測繪的調查結果來看,黃河岸邊泉水泄出帶多為沙化嚴重地區,泉水泄出量的減少不會產生更嚴重生態環境的問題。現狀條件下塔拉灘沙漠化處于擴展狀態,草場退化加劇,水土流失嚴重。塔拉灘上現有的植被與地下水位埋深沒有絲毫關系,地下水合理開采不會對現有植被造成危害,同時由于地下水的開采利用灌溉可有效的加強塔拉灘植被的生長,防止土地沙化的擴展,減少水土流失。通過對1985年~2006年的共和盆地牧草生長氣象因素分析,除了氣溫因素對牧草的生長起著決定性作用外,降雨量對牧草的生長也起著重要的作用,也就是說水對植被的生長有著至關重要的作用,合理的利用地下水資源可極大的改善塔拉灘地區的生態環境。塔拉灘地區土地沙化缺水,而地下卻蘊藏著豐富的地下水,水位高出黃河水100m~200m,就地開采地下水可節省大量的電力資源,同時開采地下水并加以開發利用可避免大量的水資源白白流失。綜上所述,開采塔拉灘地下水資源不僅不會造成生態環境的惡化,而且可以節約大量生產成本,解決人畜飲水困難,可在改善生態環境的同時加快塔拉灘的合理開發利用。
3塔拉灘地區生態環境現狀及治理措施
3.1生態環境現狀
塔拉灘總面積為2136km2,海拔2600m~3200m之間。因受缺水條件限制,土地利用率較低,經濟發展相對滯后,鐵蓋鄉全鄉人均純收入僅為1000元左右,受氣候環境條件的影響,區內風沙大,生態環境惡化,環境治理用水特別緊缺。塔拉灘地區土壤類型為栗鈣土、輕壤或沙壤。土層厚度在40cm~60cm的約占60%,100cm左右的土層不足1/3,這種土壤一旦失去植被的保護,在強風的侵蝕下極易遭風蝕,造成沙漠化及水土流失。塔拉灘原生植被優勢種為克氏針茅、紫花針茅、青海固沙草、岌岌草、扁穗冰草、細葉苔草等。由于氣候溫暖干旱,草地沙化、退化,草群的牧草種類單純,以旱生叢生禾草克氏針茅、岌岌草、青海固沙草為優勢種,伴生種有細葉苔草、針茅、賴草、早熟禾、火絨草、一裂委陵菜、多裂委陵菜等牧草。塔拉灘生態環境惡化主要表現在四個方面:1)沙漠化處于擴展狀態。2)草場退化加劇。3)水土流失日趨嚴重。4)草原鼠害猖獗,毒雜草危害嚴重。
3.2生態環境治理的措施
治理的主要措施:1)治理的核心是解決水的問題,興建水利設施,建立草原灌溉系統,實施打井取水、建池蓄水和節約用水制度,充分利用得天獨厚的地下水資源進行植樹種草、防沙固沙治理工程建設。2)做好休牧育草工程,切實抓好草地退牧休牧育草工程。3)通過營造防護林、水土保持林、林田防護林網和實施草地圍欄。4)加強退化的草場治理,培育和引進適合塔拉灘地區氣候特點的耐寒、耐旱經濟林木與優良牧草種植,實施人工種草、飛播種草、圍欄封育等措施。5)應建立健全水資源監測系統,做到科學用水、統一管理、統一規劃,提高用水效率,加強節約用水新觀念,樹立保護水資源思想意識,使水資源系統維持一種良性循環狀態,以達到水資源永續利用的目的。
4結語
(1)塔拉灘地區賦存有較豐富的松散巖類孔隙水。地下水的補給來源主要是西部鄰區半承壓水向東的徑流補給以及沙珠玉河的側向補給,其次為山區地表水的滲漏補給和南部阿讓山地下水少量的側向補給;徑流區為沙珠玉河至塔拉灘東緣之間;排泄區為塔拉灘東緣黃河左岸及東北緣的恰卜恰河拐彎處,大部分以泉的形式、少部分以地下暗流的形式排泄于黃河及恰卜恰河中。塔拉灘地區賦存有較豐富的松散巖類孔隙水,含水層為第四系早更新世河湖相中細砂層,地下水類型為承壓、半承壓水。