郭巾巾，武智勇，馬志軍

（1.河北民族師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)系，河北 承德 067000；2.河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水的開發(fā)利用規(guī)模日益增大，地下水環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到城市建設(shè)、人民生活和環(huán)境保護(hù)等一系列問題［1，2］。礦區(qū)水環(huán)境問題一直是困擾礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的突出問題，也是限制礦區(qū)城市發(fā)展的重要因素。礦區(qū)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(qū)城市地下水作為區(qū)域居民生活和生產(chǎn)用水時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注因礦產(chǎn)資源開采對水量和水質(zhì)產(chǎn)生的影響［3］。諸多學(xué)者對礦區(qū)地下水的研究多集中于水化學(xué)特征［4-7］、重金屬［8，9］及水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)［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(zhì)的主要因素；張傳奇等［9］分析了地下水中重金屬特征、常規(guī)離子特征及其來源；王勇等［12］以淮北某礦區(qū)為例，對礦區(qū)地下水水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)分析。本研究對鷹手營子礦區(qū)的地下水進(jìn)行布點(diǎn)采樣，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)，為該地區(qū)地下水環(huán)境的防治保護(hù)工作提供理論參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

鷹手營子礦區(qū)位于河北省承德市西南部，地處興隆縣北部山區(qū)，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(qū)內(nèi)包括鷹手營子鎮(zhèn)、汪家莊鎮(zhèn)、馬圈子鎮(zhèn)和壽王墳鎮(zhèn)4 個(gè)鎮(zhèn)，面積146.5 km2，是承德市的傳統(tǒng)礦區(qū)。該區(qū)地處冀北資源富集地區(qū)，礦產(chǎn)資源豐富，有煤、鐵、銅、鉬、石灰?guī)r、耐火黏土等礦種，礦產(chǎn)資源開發(fā)歷史較長，對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生的礦山地質(zhì)環(huán)境問題又對生態(tài)環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活帶來嚴(yán)重影響，采礦產(chǎn)生的大量廢石和選礦過程中產(chǎn)生的大量尾礦不僅占用了大量的土地和農(nóng)田，同時(shí)還破壞了植被和生態(tài)景觀，污染了地表水和地下水資源。

由于絕大部分礦區(qū)礦層（體）位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦山開采過程中長期大量抽排地下水，導(dǎo)致區(qū)域地下水位大幅度下降，破壞了地下水系統(tǒng)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(jù)統(tǒng)計(jì)，河北省礦山多年平均年疏干排水量約6 億m3，破壞區(qū)域水平衡面積達(dá)150 萬hm2以上。該礦區(qū)現(xiàn)有尾礦庫7 座，固體廢棄物累計(jì)積存量約6 000 萬t。根據(jù)承德市礦山地質(zhì)環(huán)境影響評估結(jié)果，全區(qū)分為9 個(gè)重點(diǎn)治理區(qū)，目前已基本恢復(fù)治理的僅有2 個(gè)區(qū)，其他主要為煤、鐵、有色金屬礦山中的采礦相對集中區(qū)。對承德市地下水的動(dòng)態(tài)研究結(jié)果表明，該區(qū)地下水資源大都遭受工業(yè)及生活污染，水化學(xué)類型不穩(wěn)定，地下水的礦化度為全市最高，其常規(guī)離子含量比一般地區(qū)高出1 倍至數(shù)倍，特殊地段范圍加大，常規(guī)離子含量有所上升。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鷹手營子礦區(qū)目前已經(jīng)廢棄的飲用水源地有4 個(gè)，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(yán)重下降、供水不足，已不能滿足當(dāng)?shù)毓┧枨螅?012 年9 月該區(qū)政府啟用了小跳溝和金扇子2 個(gè)新水源地。

目前，全區(qū)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(qū)目前在用的2 個(gè)水源地進(jìn)行采樣測定，并將金扇子水源地1 號(hào)井和小跳溝水源地1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)井所采水樣依次編號(hào)為1#~4#，系統(tǒng)分析研究區(qū)地下水水質(zhì)狀況，并對水質(zhì)污染狀況進(jìn)行評價(jià)。

表1 鷹手營子礦區(qū)飲用水水源地信息

1.3 研究方法

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—93）規(guī)定，利用內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，水質(zhì)類型參照表2。公式如下：

式中，F(xiàn)為內(nèi)梅羅指數(shù)，其中F<0.80 為優(yōu)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(xiàng)組分分值的平均值；為單項(xiàng)組分評價(jià)分值中的最大值；n為項(xiàng)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)查結(jié)果

此次采樣嚴(yán)格按照環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJT 164—2004）的要求執(zhí)行，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）與《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—93）Ⅲ類執(zhí)行，具體檢驗(yàn)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—93）對其中的參評項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算，其中各水樣的參評指標(biāo)均為27 項(xiàng)，各單項(xiàng)組分評價(jià)分值Fi參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，即Fi優(yōu)于或等于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)分值為0、介于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)分值為1，介于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)分值為3，介于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)分值為6，介于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)分值為10。通過標(biāo)準(zhǔn)給出的綜合評價(jià)法，利用公式（1）求得研究區(qū)域的各參數(shù)，結(jié)果見表3。

由表3 可知，4 個(gè)水井達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)的指標(biāo)不相同，金扇子水源地水井為總硬度、揮發(fā)酚類和汞；小跳溝水源地1 號(hào)水井為銅、揮發(fā)酚類和汞，2 號(hào)水井為銅、揮發(fā)酚類和硝酸鹽，3 號(hào)水井為銅、揮發(fā)酚類和硝酸鹽；其他指標(biāo)大都屬于Ⅱ類以上水質(zhì)，結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價(jià)結(jié)果，鷹手營子礦區(qū)地下水源水質(zhì)良好。

表2 鷹手營子礦區(qū)地下水水質(zhì)檢測結(jié)果

表3 鷹手營子礦區(qū)地下水質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 土地利用現(xiàn)狀 金扇子水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)面積共計(jì)0.01 km2，保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)無工業(yè)企業(yè)，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(nóng)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(jí)保護(hù)區(qū)面積為0.25 km2，二級(jí)保護(hù)區(qū)面積1.64 km2，保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)無工業(yè)企業(yè)，主要以居民及耕地為主，小跳溝水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)無居民，二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)有小跳溝村居民44戶、北營房鎮(zhèn)居民24 戶，居住人口合計(jì)約240 人；小跳溝水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)無農(nóng)田，二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)有農(nóng)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(yè)用水定額》，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，確定農(nóng)村生活用水定額為60 L/（人·d），按此計(jì)算各水源地保護(hù)區(qū)生活污水排放量。

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

污水排放系數(shù)依據(jù)《室外排水規(guī)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(jù)實(shí)際調(diào)查資料、農(nóng)村生活污染源源強(qiáng)系數(shù)并結(jié)合相關(guān)資料進(jìn)行分析，參考農(nóng)村人口數(shù)確定人均污染物濃度，其中化學(xué)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(hù)區(qū)生活廢水排放及污染物排放量如表4。經(jīng)分析可知，2個(gè)水源地周圍居民每年所產(chǎn)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(xué)需氧量與氨氮排放量很小，因此對該水源地地下水所能產(chǎn)生的影響極小，幾乎可以忽略不計(jì)；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(dá)11 520 t，且化學(xué)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(diào)查中發(fā)現(xiàn)，小跳溝水源地周圍村莊里沒有設(shè)置集中式污水收集處理系統(tǒng)，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，僅部分農(nóng)戶在自家屋外建有簡易的下水井用于儲(chǔ)存污水，這種生活廢水排放方式使得每年化學(xué)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(zhì)和環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成一定的威脅。該水源地水質(zhì)評價(jià)結(jié)果也顯示有2 處水井硝酸鹽含量超標(biāo)，間接證明該保護(hù)區(qū)需要加強(qiáng)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(zhì)的惡化。

表4 各水源地保護(hù)區(qū)生活廢水排放及污染物排放量（單位：t/年）

2.2.3 農(nóng)田徑流污染物排放量 按照《全國飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》給出的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田源強(qiáng)系數(shù)為COD 154 kg/（hm2·年）、氨氮31 kg/（hm2·年）。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)作物種植面積，確定各級(jí)保護(hù)區(qū)的農(nóng)田徑流污染物流失量。由計(jì)算結(jié)果（表5）看出，小跳溝水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田徑流所排放的化學(xué)需氧量高達(dá)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(nóng)田徑流所排放的污染物也是造成2 個(gè)水源地水質(zhì)評價(jià)結(jié)果差異的一個(gè)重要原因。小跳溝水源地尤其需要重視該保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田徑流所排放的化學(xué)需氧量和氨氮的排放量對水質(zhì)的影響。結(jié)合2 個(gè)水源地土地利用情況可知，小跳溝水源地由于二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積大，且通過訪問調(diào)查發(fā)現(xiàn)，保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田主要種植玉米，為了保障玉米產(chǎn)量，農(nóng)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(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門的統(tǒng)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)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(qiáng)對該地區(qū)尿素等化肥施用的管理。

表5 保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田徑流污染物排放量 （單位：t/年）

3 小結(jié)

1）調(diào)查結(jié)果顯示，小跳溝水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)及周邊分布有大量居民，均無集中式污水收集處理系統(tǒng)，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(nóng)戶在自家屋外建有簡易的下水井來儲(chǔ)存污水，但最終還是會(huì)下滲到土壤中，對地下水構(gòu)成一定的威脅。

2）水源地周圍分布有大量農(nóng)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(huán)境造成潛在的威脅。

3）氨氮和化學(xué)需氧量排放量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，小跳溝水源地?zé)o論是生活廢水排放量還是農(nóng)田徑流方面都遠(yuǎn)高于金扇子水源地，應(yīng)加強(qiáng)對該處水源地的水質(zhì)監(jiān)測，使該處的水質(zhì)供應(yīng)得到有效保障。