井柳新 孫愿平 孫宏亮# 劉偉江 王 東 吳悅穎

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.中兵勘察設(shè)計研究院，北京 100053)

地表水與地下水是水的自然循環(huán)中的兩個重要組成部分，其存在著相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，地表水與地下水環(huán)境質(zhì)量息息相關(guān)。2015年4月，《水污染防治行動計劃》(以下簡稱“水計劃”)正式出臺，以重點(diǎn)流域水質(zhì)和地下水質(zhì)量為主要控制指標(biāo)，統(tǒng)籌考慮地表水與地下水污染防治問題，要求到2030年，力爭全國水環(huán)境質(zhì)量總體改善。為進(jìn)一步控制中國水環(huán)境污染，實現(xiàn)“水計劃”目標(biāo)，建立中國地表水-地下水污染協(xié)同管理控制模式尤為重要。

1 地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)化

地表水與地下水關(guān)系密切，兩者相互依存、相互制約。中國很多流域河段都存在著地表水與地下水的相互補(bǔ)給。

濟(jì)南市平陰縣的浪溪河流域不同時期具有不同的地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系。汛期時，地下水接受河水的補(bǔ)給；非汛期時，情況較復(fù)雜，主要受到上游水庫的影響[1]。

松花江下游干流段地區(qū)內(nèi)地表水與地下水轉(zhuǎn)化頻繁，田浩然等[2]選用20年的數(shù)據(jù)資料，利用地表水水量平衡法和地下水水量均衡法，研究出該區(qū)域內(nèi)的補(bǔ)給情況，即主要是地表水補(bǔ)給地下水，補(bǔ)給量為0.43億～0.48億m3。

張洪山[3]對沿淮淮北地區(qū)地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)河道水位高于地下水位時，地下水接受河流補(bǔ)給，地下水位自河邊分別向兩岸逐漸下降，且在距離河岸50 m內(nèi)，地下水下降坡度較大。

王中根等通過對海河流域地表水與地下水相關(guān)數(shù)據(jù)分析，提出了地表水SWAT模型與地下水MODFLOW模型進(jìn)行耦合的技術(shù)框架。同時，在流域地表空間，劃分了283個子流域和2 100個水文響應(yīng)單元；在平原區(qū)地下空間，基于15種不同巖性剖分出若干網(wǎng)格；采用地理信息系統(tǒng)(GIS)建立流域地表水與地下水計算單元的轉(zhuǎn)換關(guān)系[4]。

2 污染物在地表水-地下水系統(tǒng)中的運(yùn)移

由于地表水與地下水在某些地區(qū)存在著密切的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，一旦一方受到污染，另一方必然受到嚴(yán)重威脅。

劉相超等[5]運(yùn)用水化學(xué)分析技術(shù)測定了梁灘河地表水和地下水水化學(xué)和硝酸鹽氮污染水平，結(jié)果表明，由于流域中上游地表水體受到了污染，地下水體受地表水體的影響，也出現(xiàn)嚴(yán)重污染現(xiàn)象，上游地下水硝酸鹽氮超標(biāo)。

魏靜文對華北平原地下水與地表水的水文地球化學(xué)及氫氧同位素特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：山前黃壁莊水庫水滲漏補(bǔ)給地下水；沖洪積扇頂端到扇間的滹沱河河道帶附近的地下水接受河水補(bǔ)給；子牙新河河道帶地表水和地下水相互轉(zhuǎn)化頻繁；濱海平原受海水入侵的影響，大部分地表水和地下水中都有海水的混入[6]。

王俊杰研究了沈陽渾河傍河區(qū)域地下水的氮污染。結(jié)果表明：研究區(qū)南北部地下水存在不同的氮素來源；通過氮氧同位素分析表明，研究區(qū)地表水、地下水氮素的最主要來源為人為活動排放的糞便及污水；北部地下水的硝酸鹽氮主要來源于地表污染源的垂向入滲和上游地下水徑流，其比例分別為43.92%和27.37%；南部地下水的氨氮主要來源于渾河河水和上游地下水徑流，其比例分別為61.79%和38.06%[7]。

劉麗雅[8]深入研究了渾河傍河區(qū)地下水氮污染來源，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)氨氮主要來源于渾河補(bǔ)給，其貢獻(xiàn)率為47.07%；硝酸鹽氮主要來源于地表污染源垂向入滲，貢獻(xiàn)率為52.39%。

3 中國地表水-地下水污染協(xié)同管理控制模式構(gòu)建

不論是從水量角度還是從水質(zhì)角度，地表水和地下水都是密不可分的，要想做好中國水污染防治工作，就要對地表水和地下水環(huán)境進(jìn)行協(xié)同管理控制，要從法規(guī)監(jiān)管、資源開發(fā)和污染控制等方面，構(gòu)建中國地表水與地下水協(xié)同管理控制的水污染防治模式。

(1) 統(tǒng)籌規(guī)劃地表水-地下水污染防治，建立健全水環(huán)境監(jiān)管體系。

“水計劃”提出了改善全國水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，要“地表水”與“地下水”兩手抓，將傳統(tǒng)的“流域”概念進(jìn)一步擴(kuò)大，既包括地表水流域，也包括地下水流域，形成一個大流域系統(tǒng)下地表-地下統(tǒng)籌規(guī)劃體系。

監(jiān)測技術(shù)體系構(gòu)建是實現(xiàn)地表水-地下水水質(zhì)聯(lián)合管控的第一要求。美國自1991年啟動國家水質(zhì)評價計劃(NAWQA)，每10年對各大流域及區(qū)域地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測并評價，重點(diǎn)研究河水及地下水水質(zhì)變化趨勢[9]。針對地下水監(jiān)測布井密度大約為每100 km2一眼井，主要調(diào)查農(nóng)業(yè)和城市地區(qū)已經(jīng)或正在使用的殺蟲劑、營養(yǎng)物、揮發(fā)性有機(jī)物和金屬物質(zhì)。

根據(jù)《2014年中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國已對423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊(水庫)建立了國控地表水監(jiān)測斷面并開展例行監(jiān)測，基本掌握了我國地表水流域水質(zhì)變化特征；而地下水監(jiān)測點(diǎn)位僅有4 896個，監(jiān)測精度遠(yuǎn)低于美國等發(fā)達(dá)國家，目前實施的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—93)中僅包括39項指標(biāo)，缺少針對有機(jī)物及重金屬等污染物的規(guī)定值。

我國水環(huán)境監(jiān)管體系應(yīng)優(yōu)先注重地下水監(jiān)測能力建設(shè)，在充分銜接“國家地下水監(jiān)測工程”[10]中20 000余個監(jiān)測點(diǎn)的同時，對工業(yè)園區(qū)、加油站及油庫、垃圾填埋場、危險廢物處置場、高爾夫球場、再生水灌區(qū)、礦山開采區(qū)等重點(diǎn)污染源建立點(diǎn)源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)區(qū)域-場地兩個層面的地下水環(huán)境監(jiān)測體系；盡快修訂GB/T 14848—93，擴(kuò)充國際關(guān)注的有機(jī)物及重金屬等指標(biāo)；構(gòu)建地表水-地下水環(huán)境監(jiān)測評價體系和信息共享平臺，實現(xiàn)我國從地表到地下、從宏觀(區(qū)域尺度)到微觀(場地尺度)的水環(huán)境監(jiān)管體系。

(2) 深化地表水-地下水水質(zhì)水量相互轉(zhuǎn)化研究，構(gòu)建地表水-地下水水源地聯(lián)合風(fēng)險預(yù)警平臺，保障飲水安全。

地表水和地下水均為我國重要的飲水資源。我國北方很多城市都開采傍河地下水水源，就是利用地表水-地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系和含水層的初步凈化能力，對地表水和地下水進(jìn)行聯(lián)合開采。可見，構(gòu)建地表水-地下水水源地聯(lián)合風(fēng)險預(yù)警平臺尤為重要。

水環(huán)境模型模擬技術(shù)是目前研究熱點(diǎn)，是實現(xiàn)直觀數(shù)字化管理和水源地風(fēng)險預(yù)警的重要手段。崔素芳[11]利用地表水SWAT模型和地下水MODFLOW模型進(jìn)行耦合，對大沽河流域水環(huán)境進(jìn)行了模擬預(yù)測，研究其水環(huán)境變化趨勢。張多純等[12]利用流域水文PRMS模型與地下水MODFLOW模型進(jìn)行耦合，對沙潁河流域水資源進(jìn)行了模擬，為未來該流域水資源綜合管理提供了重要支撐。王軍霞[13]以SWAT模型和MODFLOW模型的源代碼為基礎(chǔ)，用FORTRAN90語言編寫了耦合模型的程序，對江漢—洞庭平原地表水-地下水系統(tǒng)進(jìn)行了模擬，基本摸清了該區(qū)域地表水-地下水之間水量、水質(zhì)輸入的相應(yīng)關(guān)系，為未來水資源調(diào)控和水污染防控提供參考。

表1 水體中有機(jī)物及重金屬處理技術(shù)比較

目前，我國的地表水-地下水聯(lián)合模擬預(yù)測技術(shù)仍停留在理論研究及個案研究階段，應(yīng)加大這方面的科研支撐力度，在充分轉(zhuǎn)化現(xiàn)有成果的同時，進(jìn)一步深入研究，研發(fā)一套適合于我國國情及水環(huán)境現(xiàn)狀的地表水-地下水聯(lián)合模擬預(yù)測技術(shù)體系，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)、模擬軟件研發(fā)以及模擬信息平臺構(gòu)建等，真正實現(xiàn)地表水-地下水環(huán)境的直觀數(shù)字化管理。

(3) 加大地表水-地下水污染防治科研力度，鼓勵開展針對有毒有害有機(jī)物、重金屬等人體健康風(fēng)險較大指標(biāo)的研究。

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，水中的污染成分越來越復(fù)雜，很多對人體健康風(fēng)險較大的污染物頻頻出現(xiàn)，這一點(diǎn)在地下水中尤為突出?！度A北平原地下水污染防治工作方案》顯示，我國華北平原局部地區(qū)地下水出現(xiàn)了汞、鉻、鎘、鉛等重金屬和苯、四氯化碳、三氯乙烯等有機(jī)物污染現(xiàn)象。地表“黑臭”水體的出現(xiàn)，也預(yù)示著地表水的治理不能僅停留于COD、氨氮、TN、TP等指標(biāo)。因此，要鼓勵開展針對有毒有害有機(jī)物、重金屬等污染物降解技術(shù)的研究。

針對有毒有害有機(jī)物的降解技術(shù)主要包括物理、化學(xué)和生物處理技術(shù)3大類。王世忠[14]采用活性炭吸附聯(lián)合膜過濾技術(shù)，對給水工藝中消毒副產(chǎn)物前體物進(jìn)行降解研究，給出了降解規(guī)律及工藝技術(shù)方案。張偉[15]采用無填料曝氣，對揮發(fā)性鹵代烷烴、鹵代烯烴、苯系物等揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行吹脫處理，得到了相應(yīng)的工藝設(shè)計參數(shù)。相欣奕[16]采用氧化技術(shù)處理難降解有機(jī)污染物，發(fā)現(xiàn)了氯四環(huán)素的氧化降解機(jī)制，同時采用Fenton試劑和鐵炭內(nèi)電解法處理垃圾滲濾液。HACK等[17]采用微生物降解技術(shù)去除苯酚、水楊酸、苯磺酸和碘美普爾，并研究了其降解機(jī)制。GANESH KUMAR等[18]成功從深海沉積物中提取富集微生物，降解復(fù)合烴類物質(zhì)。

目前，國內(nèi)外已有不少針對水體中有毒有害有機(jī)物、重金屬等污染物的處理技術(shù)，每種處理技術(shù)都有其特點(diǎn)及局限，表1為水體中有機(jī)物及重金屬處理技術(shù)比較。

很多處理技術(shù)的理論研究較深入，但缺乏工程實踐，還不能很好地解決我國目前面臨的水體中有機(jī)物及重金屬污染問題。未來應(yīng)鼓勵將科學(xué)研究成果規(guī)范化、產(chǎn)業(yè)化，使其更好地服務(wù)于環(huán)境管理，同時要更加注重于技術(shù)篩選、單一技術(shù)優(yōu)化和復(fù)合技術(shù)應(yīng)用等研究。

4 結(jié) 語

地表水與地下水關(guān)系密切，是兩個相互依存、相互制約、相對獨(dú)立的水資源子系統(tǒng)。為全面做好中國地下水污染防治工作，就要對地表水和地下水環(huán)境進(jìn)行協(xié)同管理控制。既要完善相關(guān)法律法規(guī)，建立地表水-地下水環(huán)境協(xié)同監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；又要注重科學(xué)研究，提升地表水-地下水環(huán)境協(xié)同監(jiān)管能力；從資源開發(fā)、污染控制等方面提出有效管理措施和技術(shù)手段，構(gòu)建中國地表水與地下水協(xié)同管理控制的水污染防治模式。

[1] 尹瑩.基于GIS的浪溪河地表水-地下水相互作用研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 田浩然，肖長來，徐夢瑤.松花江佳木斯以下干流段地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系研究[J].節(jié)水灌溉，2012(5)：26-28.

[3] 張洪山.沿淮淮北地區(qū)地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化特點(diǎn)實驗資料分析[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014，14(1)：33-35.

[4] 王中根，朱新軍，李尉，等.海河流域地表水與地下水耦合模擬[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30(11)：1345-1353.

[5] 劉相超，周政輝，宋獻(xiàn)方，等.梁灘河地表水與地下水水化學(xué)及硝酸鹽污染[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，28(5)：942-947.

[6] 魏靜文.華北平原地下水與地表水的水文地球化學(xué)及氫氧同位素特征分析[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，2012.

[7] 王俊杰.沈陽渾河傍河區(qū)域地下水氮素污染研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，2013.

[8] 劉麗雅.渾河傍河區(qū)地下水氮污染來源貢獻(xiàn)識別[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，2013.

[9] 劉偉江，丁貞玉，文一，等.地下水污染防治之美國經(jīng)驗[J].環(huán)境保護(hù)，2013(12)：33-35.

[10] 范宏喜.開啟地下水監(jiān)測新紀(jì)元——聚焦國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，42(2)：161-162.

[11] 崔素芳.變化環(huán)境下大沽河流域地表水-地下水聯(lián)合模擬與預(yù)測[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2015.

[12] 張多純，張幼寬.GSFLOW在沙潁河流域地表水與地下水聯(lián)合模擬的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，42(2)：1-9.

[13] 王軍霞.江漢—洞庭平原流域水文模型與地下水?dāng)?shù)值模型耦合模擬研究[D].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2015.

[14] 王世忠.活性炭與膜技術(shù)對水中天然有機(jī)物去除中試研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[15] 張偉.曝氣吹脫去除水源水中揮發(fā)性有機(jī)物的應(yīng)急處理技術(shù)研究[D].北京：清華大學(xué)，2011.

[16] 相欣奕.氧化技術(shù)降解典型有機(jī)污染物研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2013.

[17] HACK N，REINWAND C，ABBT BRAUN G，et al.Biodegradation of phenol，salicylic acid，benzenesulfonic acid，and iomeprol byPseudomonasfluorescensin the capillary fringe[J].Journal of Contaminant Hydrology，2015，83(12)：40-54.

[18] GANESH KUMAR A，VIJAYAKUMAR L，JOSHI G，et al.Biodegradation of complex hydrocarbons in spent engine oil by novel bacterial consortium isolated from deep sea sediment[J].Bioresource Technology，2014，170(10)：556-564.

[19] 馬紅梅.微污染飲用水源中砷及幾種重金屬離子的吸附分離過程研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[20] SHEN Licheng，NGUYEN X T，HANKINS N P.Removal of heavy metal ions from dilute aqueous solutions by polymer-surfactant aggregates：a novel effluent treatment process[J].Separation and Purification Technology，2015，152(9)：101-107.

[21] 張玉政.飲用水水源突發(fā)性重金屬污染應(yīng)急處理實驗研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.