王喜峰，賈仰文

(1.中國社會科學(xué)院數(shù)量經(jīng)濟與技術(shù)經(jīng)濟研究所，北京100732;2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京100038)

海河流域平原區(qū)包括北京市平原區(qū)部分、天津市、河北省平原區(qū)部分、河南省海河流域平原區(qū)部分以及山東省海河流域部分，其在全國以及海河流域位置如圖1所示。研究區(qū)北部為燕山山脈，西部為太行山脈，南部為黃河干流河堤，東部為渤海灣。區(qū)域內(nèi)地勢平坦，山前坡度在千分之一左右，東部平原在萬分之一左右。按照地質(zhì)成因來分，山前為沖洪積平原，中部為沖積平原，東部為濱海沖積平原和海積平原［1］。

圖1 研究區(qū)在全國的位置

1 研究區(qū)地下水水質(zhì)綜合評價

1.1 實驗方法

地下水質(zhì)綜合評價選取實測資料進行，實測數(shù)據(jù)由中國地質(zhì)環(huán)境檢測研究院提供。采樣為海河流域平原區(qū)內(nèi)河北與北京的采樣點，其中河北省共有大約291個采樣點，分布在9個地級市里(考慮到數(shù)據(jù)一致性，唐山市與秦皇島市一起統(tǒng)計)，平均每個地級市有30多個采樣點;時間序列為1996年到2000年五年時間，每年五月底六月初采樣一次，九月底十月初采樣一次，共兩次結(jié)果;北京的采樣點有12個，為2000年，采樣時間與河北采樣時間基本一致。采樣點空間坐標(biāo)如圖2所示。圖2 海河流域平原區(qū)地下水質(zhì)站點分布示意圖

1.2 分析方法

根據(jù)這些采樣點的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對采樣點進行綜合評價，評價方法參照地下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) GBT14848－93［2］。其中Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)主要反映地下水化學(xué)組分的天然本底背景含量;Ⅱ類主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量;Ⅲ類以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水;Ⅳ類以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后可作生活飲用水;Ⅴ類不宜飲用［73］。地下水監(jiān)測項目為 PH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價)、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物、大腸菌群。這次采樣與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的測評項目相比缺少一項指標(biāo):錳，監(jiān)測項目比較齊全，可以綜合反映研究區(qū)域的含水層地下水水質(zhì)狀況。

評價方法首先對單項組分根據(jù)每個組分所屬的質(zhì)量類別進行分類評分，得到每個組分評價分數(shù)Fi，根據(jù)下面公式計算每個站點每次采樣的綜合評價分值F，其計算公式見式(1)和式(2);再根據(jù)F的分值進行分級。

其中F為該測站綜合評分;Fi為該站各組分的評分;為該站各組分評分的平均值;為該站各組分中評分最大值。

1.3 結(jié)果與分析

從總體上來說，研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)比較穩(wěn)定。評價分級百分比結(jié)果見表1，研究區(qū)內(nèi)Ⅰ類站點所占比例為零，說明研究區(qū)內(nèi)本底值含量的水體已經(jīng)在研究區(qū)內(nèi)基本不存在，人類活動已經(jīng)影響到全部含水層。Ⅱ類所占比例在30%以下，說明適合人類飲用的地下水比例較少。Ⅳ、Ⅴ類的站點約占總站點數(shù)的70%以上，說明地下水污染嚴重，對于水資源匱乏的海河流域平原區(qū)來說必然形成水危機。

表1 研究區(qū)地下水水質(zhì)綜合評價結(jié)果

從區(qū)域特征來看，邯鄲、廊坊、滄州和衡水水質(zhì)較差。位于邯鄲境內(nèi)的地下水質(zhì)測站評級絕大多數(shù)為Ⅴ和Ⅳ，嚴重污染物為重金屬污染、氨氮，氯離子、總硬度和硫酸根離子，由于大面積的總硬度和硫酸根因農(nóng)業(yè)面源引起［3］，可見邯鄲的面源污染已經(jīng)影響到了地下水水質(zhì)。重金屬污染的主要污染項目為鐵和鎘。廊坊市的地下水污染也比較嚴重，境內(nèi)測站評級在Ⅳ和Ⅴ的占絕大多數(shù)，與邯鄲市不同，其境內(nèi)重金屬污染不嚴重，重污染項目多集中在銨鹽和亞硝酸鹽上，其他項目污染不嚴重，但是重污染銨鹽和亞硝酸鹽影響了該市的污染評級。滄州市地下水污染嚴重，其境內(nèi)地下水測站評級也集中在Ⅴ和Ⅳ上，其主要污染物為銨鹽和亞硝酸鹽，部分地區(qū)的砷化物污染也比較嚴重，鐵污染也比較嚴重，此外，總硬度、氯離子和硫酸根離子也嚴重超標(biāo)。衡水市是研究區(qū)地下水污染最嚴重的地區(qū)，其境內(nèi)80%的測站的評級都在Ⅴ，主要污染為重金屬汞、鐵和鎘污染，氟化物，總硬度、氯離子和硫酸根離子也嚴重超標(biāo)。其他市污染相對較輕，但是亦有多數(shù)測站的污染評級在Ⅳ和Ⅴ，一些水質(zhì)較好的站點大多埋深較深。可以看出，大多數(shù)的測站總硬度，氯離子，硫酸根離子，氨氮和亞硝酸鹽超標(biāo)，說明施肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)面源已經(jīng)污染了地下水。區(qū)域內(nèi)硝態(tài)氮大體在較差與較好之間，這是有兩種原因:一是硝態(tài)氮是地下水中氮的主要形式，一般含量是氨氮的百倍，亞硝酸鹽的千倍，氨氮和亞硝酸鹽氮極少含量變化即可造成評級的差別。二是該評價標(biāo)準(zhǔn)出臺較早對硝酸鹽氮對人類危害認識有局限，根據(jù)2007年飲用水標(biāo)準(zhǔn)，硝酸鹽含量被限定在10 mg/L以內(nèi)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)則限定在20 mg/L。

2 研究區(qū)硝態(tài)氮污染調(diào)查研究

由于氨氮易被土壤吸附，地下水中氮污染物大多以硝態(tài)氮的形式存在，因此本次研究只調(diào)查地下水硝態(tài)氮污染狀況。農(nóng)業(yè)面源的化肥和農(nóng)藥的施放，硝態(tài)氮對地下水的污染問題已日益嚴重。長期飲用受硝態(tài)氮污染的地下水，會引發(fā)高鐵血紅蛋白癥以及消化系統(tǒng)癌癥等。硝態(tài)氮對地下水的污染在國內(nèi)外普遍存在［4］。已有研究表明美國北卡羅來納州的9 000家庭水井中，硝態(tài)氮超標(biāo)率在3%以上;丹麥1.1萬眼水井中硝態(tài)氮超標(biāo)率在8%以上，加拿大50萬眼飲用水井中大約有14%的硝態(tài)氮超標(biāo)。在我國，一系列研究表明我國的硝態(tài)氮超標(biāo)水井比率在20%左右［5～6］。盡管硝態(tài)氮污染嚴重，與此相關(guān)的研究和控制工作卻缺乏重視。由于海河流域平原區(qū)地下水資源的重要性和緊缺性，要對海河流域平原區(qū)地下水的硝態(tài)氮污染進行總體分析。

世界衛(wèi)生組織確定飲用水硝態(tài)氮的含量應(yīng)少于10 mg/L，飲用含量為20 mg/L以上的飲用水會造成身體不適。本次研究根據(jù)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GBT14848－93》的分級方法將地下水水質(zhì)量分為5個等級:0～2 mg/L為Ⅰ;2～5 mg/L為Ⅱ;5～20 mg/L為Ⅲ;20～30 mg/L為Ⅳ;＞30 mg/L為Ⅴ。

評價結(jié)果如表2所示:可以看出在1996年海河流域平原區(qū)內(nèi)的邯鄲、滄州、唐山和秦皇島地下水污染嚴重，每個地級市區(qū)域內(nèi)硝態(tài)氮最高濃度都在30 mg/L以上。但是這四個地級市的污染程度也有一定差別，其中邯鄲與滄州雖然最高濃度達到70 mg/L以上，但是其水質(zhì)在5 mg/L的站點百分比在80%左右;唐山與秦皇島的情況與這兩個地級市差別比較大，唐山市和秦皇島市5 mg/L以下的水質(zhì)站點百分比只有40%左右，30 mg/L以上的百分比在20%左右，并且其境內(nèi)最高濃度達到了162 mg/L。

廊坊地下水水質(zhì)最好，1996上下半年只有三個站點超出了2 mg/L，上半年的水質(zhì)都為Ⅰ類水，由于飲用水硝態(tài)氮含量規(guī)定在10 mg/L以內(nèi)，即廊坊的這些水質(zhì)站點的水都適宜直接飲用。邢臺、石家莊、保定和衡水等城市硝態(tài)氮污染水平類似，基本上都在20 mg/L以下。

變異系數(shù)反映單位均值上的離散程度，從表2中的可以看出，邯鄲、滄州和衡水的變異系數(shù)較大，數(shù)據(jù)的離散程度越大，說明這些地區(qū)的硝態(tài)氮污染分布不規(guī)律，有可能受到不同污染源影響。就邯鄲而言，除了有一個站點污染嚴重達到80 mg/L以上之外，其他在20 mg/L以內(nèi)。

一般來說，硝態(tài)氮污染主要來自農(nóng)業(yè)活動中的化肥施用。首先，化肥施放到表層土壤中(0～10 cm)，化肥中的主要氮素被土壤吸附固定;滿足土壤吸附以后，一部分氮向下運移并被深層土壤吸附。一部分吸附的氮轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮不易被土壤或者巖體吸附，會隨著地下水補給水流運移到地下水體中，被地下水體稀釋，吸附和消去。硝態(tài)氮濃度與埋深關(guān)系如圖3所示，可以看出，埋深與濃度有一定的相關(guān)關(guān)系，埋深在10 m以上的檢測井都沒有檢測出含量超過30 mg/L的硝態(tài)氮。

將這些不同埋深的硝態(tài)氮濃度根據(jù)空間插值得到硝態(tài)氮污染的空間分布。不同年份硝態(tài)氮污染分布結(jié)果為:硝態(tài)氮污染比較嚴重的地區(qū)為唐山、秦皇島、天津以及太行山山前平原區(qū)。海河平原區(qū)地下水1995年硝態(tài)氮污染相對較輕。區(qū)域大部分地區(qū)硝態(tài)氮濃度都在5 mg/L以下，污染相對較嚴重的環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)硝態(tài)氮濃度也不超過20 mg/L。海河平原區(qū)地下水1999年硝態(tài)氮污染較嚴重，環(huán)渤海地區(qū)污染擴大，除唐山、秦皇島和天津外，滄州和保定硝態(tài)氮濃度較大，最高濃度超過30 mg/L。此外，邯鄲、石家莊和保定的山前地帶污染不斷加劇。海河平原區(qū)地下水2004年硝態(tài)氮污染較1999年有加劇的趨勢。其中唐山與天津之間的地區(qū)污染嚴重，達到40 mg/L的水平，唐山海濱地區(qū)濃度較大，濃度較大區(qū)域包括秦皇島海濱地帶。此外太行山山前地帶污染加劇，濃度較大地區(qū)已經(jīng)相互連通，其等值線與山前輪廓線基本平行?？偟膩碚f，硝態(tài)氮污染嚴重區(qū)域為工業(yè)、經(jīng)濟較為發(fā)達的京津唐環(huán)渤海地區(qū);并且太行山前地區(qū)污染加劇。

表2 1996年硝態(tài)氮以及分級所占百分比

圖3 硝態(tài)氮濃度與埋深的關(guān)系

3 結(jié)語

考慮到地下水環(huán)境在海河流域平原區(qū)的重要性，本文利用中國地質(zhì)環(huán)境檢測研究院的實測數(shù)據(jù)(1995～2000年)，對海河流域平原區(qū)共291個檢測點的19種污染物進行水質(zhì)綜合評價，評價分析方法采用地下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GBT14848－93所推薦的方法。根據(jù)分析，從時間序列上來看，海河流域平原區(qū)水質(zhì)變化不大，污染嚴重，Ⅴ及以上的站點占總站點的30%，Ⅳ、Ⅴ的站點數(shù)基本在70%左右。從空間區(qū)域來看，邯鄲、廊坊、滄州和衡水水質(zhì)最差，絕大多數(shù)地區(qū)為Ⅳ、Ⅴ類水，重金屬污染、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和氨氮是主要污染物。在對硝態(tài)氮進行研究中發(fā)現(xiàn)，邯鄲、滄州、唐山和秦皇島污染嚴重。并且，由于少數(shù)站點檢測值異常，可以推斷硝態(tài)氮污染源不是單一的。從空間分布來看，環(huán)渤海地區(qū)的硝態(tài)氮污染較為嚴重。從時間來看，污染有加劇的趨勢。

［1］張宗祜，施徳鴻，任福弘，等.論華北平原第四系地下水系統(tǒng)之演化［J］.中國科學(xué)(D 輯:地球科學(xué)).1997，2:168－173.

［2］GBT14848－93.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部.

［3］趙解春，李玉中，Yamashita Ichiji，等.地下水硝酸鹽污染來源的推斷與溯源方法概述［J］.中國農(nóng)學(xué)通報.2010，26(18):374－378.

［4］楊榮，蘇永中.黑河中游綠洲農(nóng)區(qū)地下水硝態(tài)氮污染調(diào)查研究［J］.冰川凍土.2008，30(6):983 －990.

［5］張思聰，沈子寅.唐山平原區(qū)地下水硝酸鹽污染變化趨勢的研究［J］.水利電力學(xué)報.2002，1:68 －75.

［6］金贊芳，王飛兒，陳英旭，等.城市地下水硝酸鹽污染及其成因分析［J］.土壤學(xué)報.2004，41(2):252－258.