傅旭升

(上海市供水管理事務(wù)中心，上海 200081)

不合理開(kāi)采、過(guò)量廢水排放、垃圾填埋和農(nóng)耕污染等因素，正在嚴(yán)重威脅地下水水質(zhì)安全。根據(jù)2020年《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[1]，全國(guó)10 242個(gè)淺層地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)評(píng)價(jià)，I類(lèi)～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)僅占22.7%，Ⅳ類(lèi)占33.7%，V類(lèi)占43.6%，地下水普遍存在錳、總硬度和溶解性總固體等超標(biāo)問(wèn)題。

上海作為全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭，城市發(fā)展中地下水曾作為全市工農(nóng)業(yè)的主要用水[2]，由于埋深淺、污水過(guò)量排放[3-4]，上海地下水水質(zhì)已遭受一定程度的污染[5]，特別是部分工業(yè)區(qū)附近[6-7]。上海域內(nèi)曾對(duì)地下水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)利用，引發(fā)地面沉降現(xiàn)象，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[8]。近30年來(lái)，上海市的用水格局發(fā)生變化，雖然以地表水為水源的自來(lái)水能保障城市供應(yīng)，但目前承壓地下水，特別是第Ⅳ、第Ⅴ含水層地下水仍是上海市重要的應(yīng)急水源[9]，需要在突發(fā)事件時(shí)向社會(huì)提供用水，提高城市韌性，保障城市供水安全。

2020年，上海市13個(gè)國(guó)家級(jí)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，水質(zhì)為Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)的數(shù)量分別為6、5、2個(gè)，分別占46.1%、38.5%、15.4%。其中影響潛水綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要為鐵、硫酸鹽和亞硝酸鹽，鐵在潛水中為高背景環(huán)境，硫酸鹽和亞硝酸鹽則可能受人類(lèi)活動(dòng)影響；影響承壓水綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要為鐵和錳[10]?？傮w來(lái)說(shuō)，上海地下水水質(zhì)變化特征以及地下水作為生活飲用水的適宜性需要引起進(jìn)一步關(guān)注。

本文選取2017年—2021年上海市地下開(kāi)采井和回灌井兩類(lèi)深井水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，涵蓋了日常在用井、民防應(yīng)急供水井、自來(lái)水人工回灌井等具有應(yīng)急供水功能的深井。通過(guò)單指標(biāo)評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法，分析了上海目前地下水水質(zhì)特征和近5年水質(zhì)變化趨勢(shì)，明確了影響上海市地下水水質(zhì)的主要指標(biāo)。對(duì)標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[11]，對(duì)地下水質(zhì)量進(jìn)行生活飲用水適宜性評(píng)價(jià)。研究結(jié)果對(duì)提高上海應(yīng)急供水水質(zhì)有一定支撐作用，能進(jìn)一步保障供水安全。

1 數(shù)據(jù)與分析方法

1.1 檢測(cè)點(diǎn)深井信息

(1)監(jiān)測(cè)范圍：地下水回灌井和部分開(kāi)采井?；趯?shí)際管理情況逐年增加深井檢測(cè)數(shù)，2017年、2018年、2019年、2020年、2021年深井檢測(cè)數(shù)分別為48、69、86、83、103口。2021年的103口深井中包括49口開(kāi)采井和54口回灌井，相關(guān)參數(shù)如表1和表2所示。

(2)監(jiān)測(cè)參數(shù)：《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)[12]常規(guī)指標(biāo)。

(3)深井類(lèi)型與分布：開(kāi)采井和回灌井如表1～表3和圖1所示。

注：由于中心區(qū)域點(diǎn)位較為密集接近，圖中部分點(diǎn)位存在重疊

表1 49口開(kāi)采井參數(shù)

表2 54口回灌井參數(shù)

表3 各含水層深井檢測(cè)數(shù)量

1.2 現(xiàn)場(chǎng)采樣

水樣采集前1 d，聯(lián)系深井所在單位打開(kāi)深井水泵進(jìn)行排水，第2 d采樣前再打開(kāi)水泵排水30 min以上，在充分抽汲后進(jìn)行采樣，以保證水樣采自于目的含水層。

1.3 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

依據(jù)我國(guó)地下水質(zhì)量狀況和對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)，參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水質(zhì)量要求，依據(jù)各組分含量高低(pH除外)將水質(zhì)分為5類(lèi)。本文重點(diǎn)關(guān)注以應(yīng)急供水為目標(biāo)，適用于集中式生活飲用水水源及供農(nóng)業(yè)用水的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)參考《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)Ⅲ類(lèi)限值，評(píng)價(jià)內(nèi)容分為水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率評(píng)價(jià)、地下水水質(zhì)特征因子評(píng)價(jià)、地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)和生活飲用水適宜性評(píng)價(jià)。分析方法主要是方差分析。

(1)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率評(píng)價(jià)

將樣品各指標(biāo)實(shí)測(cè)值與GB/T 14848—2017 Ⅲ類(lèi)限值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算樣品中超標(biāo)項(xiàng)目樣本數(shù)占總樣本數(shù)的比率，綜合分析指標(biāo)累計(jì)超標(biāo)分擔(dān)率[13]。

(2)地下水水質(zhì)特征因子評(píng)價(jià)[13]

以水質(zhì)指標(biāo)累計(jì)超標(biāo)分擔(dān)率超過(guò)90%為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)的主要特征因子。

(3)地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

以單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果最差的類(lèi)別確定，并指出最差類(lèi)別的指標(biāo)。

(4)生活飲用水適宜性評(píng)價(jià)[14-15]

將樣品各指標(biāo)實(shí)測(cè)值與GB/T 14848—2017 Ⅲ類(lèi)限值進(jìn)行對(duì)比，分析不同超標(biāo)情況的樣本占比，并指出將超標(biāo)指標(biāo)降至Ⅲ類(lèi)限值內(nèi)的工藝。

(5)方差分析

采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析，顯著性差異標(biāo)記原則：“ns”表示差異不顯著(P>0.05)，“*”表示差異顯著(P≤0.05)，“**”表示差異十分顯著(P≤0.01)，“***”表示差異極其顯著P≤0.001，“****”表示差異極度顯著(P≤0.000 1)。

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水水質(zhì)特征因子及變化規(guī)律

本研究對(duì)2017年—2021年中GB/T 14848—2017規(guī)定的39項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，pH值基本穩(wěn)定在7.1～8.5，陰離子表面活性劑、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物、硒、鎘、鉛、三氯甲烷、甲苯、總α放射性和總β放射性檢出濃度均在國(guó)標(biāo)限值的一半以下，銅、鋅、揮發(fā)性酚、硫化物、總大腸菌、氰化物、汞、六價(jià)鉻、四氯化碳和苯均未檢出或微檢出，上述水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)濃度低且無(wú)明顯變化規(guī)律。

表4為2017年—2021年地下水樣品中水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)情況，以GB/T 14848—2017 Ⅲ類(lèi)限值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)值超過(guò)Ⅲ類(lèi)限值則視為超標(biāo)，計(jì)算超標(biāo)分擔(dān)率和累計(jì)超標(biāo)分擔(dān)率[13]。以累計(jì)超標(biāo)分擔(dān)率超過(guò)90%的指標(biāo)作為水質(zhì)特征因子，結(jié)果表明影響上海市地下水水質(zhì)的特征因子為肉眼可見(jiàn)物、渾濁度、錳、氨氮、鐵、砷、色度、耗氧量、鈉、菌落總數(shù)和氯化物11項(xiàng)指標(biāo)。

表4 2017年—2021年地下水樣品水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2為整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)水質(zhì)特征因子的變化規(guī)律。由圖2(a)可知2017年—2021年的水質(zhì)超標(biāo)率情況，2018年地下水水質(zhì)顯著優(yōu)于整體水平。由圖2(b)可知，2021年水質(zhì)特征因子中除錳和耗氧量外，其余水質(zhì)特征因子超標(biāo)率均有明顯上升，特別是肉眼可見(jiàn)物、渾濁度、氨氮、鐵、砷、色度和菌落總數(shù)，后續(xù)上海地下水管理應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注這些指標(biāo)，提高管理措施的針對(duì)性。

圖2 上海市地下水主要特征因子變化規(guī)律

2.2 地下水水質(zhì)主要影響因素

為了探究地下水水質(zhì)的影響因素，以水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，按照使用類(lèi)型、所處層次和開(kāi)采年份對(duì)深井進(jìn)行分類(lèi)，探究不同類(lèi)型深井之間的水質(zhì)差異。

2.2.1 深井使用類(lèi)型

圖3為2017年—2021年不同使用類(lèi)型深井水質(zhì)超標(biāo)率對(duì)比結(jié)果。在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，回灌井水質(zhì)超標(biāo)率整體極其顯著低于開(kāi)采井(P≤0.001),表明人工回灌可以起到改善地下水水質(zhì)、保障應(yīng)急水源可利用性的作用。建議在地下水管理工作中，制定科學(xué)合理的人工回灌計(jì)劃，進(jìn)一步保障地下水水質(zhì)。

圖3 2017年—2021年不同使用類(lèi)型深井水質(zhì)超標(biāo)率

2.2.2 深井層次

以2018年水質(zhì)超標(biāo)率為參考，分析整個(gè)采樣期間不同層次深井水質(zhì)超標(biāo)率?？偟膩?lái)看，Ⅱ?qū)雍廷髮拥纳罹|(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率要高于Ⅳ層和Ⅴ層。深井所處層次越深，水質(zhì)受到地表污染影響的可能性越低，因此，水質(zhì)超標(biāo)率會(huì)下降。值得注意的是，圖4表明2019年—2021年，Ⅲ、Ⅳ層和Ⅴ層深井水質(zhì)超標(biāo)率相比2018年均有上升，2021年Ⅲ、Ⅳ層水質(zhì)超標(biāo)率已有極度顯著性差異(P≤0.000 1)。

圖4 不同層次深井水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率變化趨勢(shì)

2.2.3 鑿井年度

按照鑿井年度，將深井分為2000年以前、2000年—2010年和2010年以后3種類(lèi)型，利用方差分析判斷不同類(lèi)型深井間水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率差異。圖5表明這3種不同鑿井年度深井整體超標(biāo)率無(wú)顯著性差異，鑿井年度對(duì)深井整體水質(zhì)的影響有限。

圖5 不同鑿井年度深井水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率變化趨勢(shì)

2.3 生活飲用水適宜性評(píng)價(jià)

以GB/T 14848—2017 Ⅲ類(lèi)限值作為參考，對(duì)2017年—2021年的檢測(cè)樣品進(jìn)行單指標(biāo)評(píng)價(jià)，樣品水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)情況如表5所示。2017年—2020年30.42%的樣品無(wú)超標(biāo)項(xiàng)，44.75%的樣品超標(biāo)項(xiàng)目在3個(gè)以內(nèi)，24.83%的樣品超標(biāo)項(xiàng)目在3個(gè)及以上，2021年則變成了8.74%、19.42%和71.84%，表明檢測(cè)區(qū)域地下水作為生活飲用水水源的適宜性下降。

2017年—2021年主要水質(zhì)特征因子數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示。結(jié)合表4可知，影響上海市地下水作為生活飲用水的適宜性的指標(biāo)包括：肉眼可見(jiàn)物、渾濁度、錳、氨氮、鐵、砷、色度、耗氧量、鈉、菌落總數(shù)和氯化物。這些指標(biāo)中，砷是毒性指標(biāo)，菌落總數(shù)是微生物指標(biāo)可以通過(guò)燒沸去除，其他均是感官和一般性狀指標(biāo)，因此，絕大部分地下水進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后可保障供水安全。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

(1)影響上海市地下水水質(zhì)的特征因子為肉眼可見(jiàn)物、渾濁度、錳、氨氮、鐵、砷、色度、耗氧量、鈉、菌落總數(shù)和氯化物11項(xiàng)指標(biāo)。

(2)使用類(lèi)型和所處層次對(duì)地下水水質(zhì)有顯著影響?；毓嗑|(zhì)超標(biāo)率整體顯著低于開(kāi)采井(P≤0.001)，Ⅳ層和Ⅴ層深井的水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)率要低于Ⅱ?qū)雍廷髮?，而鑿井年份?duì)地下水水質(zhì)影響不顯著。

(3)應(yīng)急狀態(tài)下，絕大部分深層地下水經(jīng)簡(jiǎn)單處理可以滿足應(yīng)生活飲用水水質(zhì)要求。

3.2 建議

(1)從特征因子超標(biāo)率(表4和圖2)、水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)情況(表5)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表6)可以看出，2021年檢測(cè)區(qū)域地下水水質(zhì)整體有明顯下降，需要引起重視并加強(qiáng)地下水管理措施，如定期進(jìn)行設(shè)備設(shè)施維護(hù)和定頻回?fù)P、排查深井污染源和持續(xù)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

表5 2017年—2021年深井監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)結(jié)果

表6 2017年—2021年主要水質(zhì)特征因子數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

(2)考慮到人工回灌對(duì)地下水水質(zhì)的積極作用，建議在地下水管理工作中，制定科學(xué)合理的人工回灌計(jì)劃，確保水質(zhì)應(yīng)急狀態(tài)下用得上、用得好。

(3)2021年個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)了地下水水質(zhì)異常情況(氯化物質(zhì)量濃度為4 830 mg/L或鈉質(zhì)量濃度為1 530 mg/L)，需要進(jìn)行持續(xù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還需要進(jìn)行周邊環(huán)境排查，盡早確認(rèn)水質(zhì)異常原因并采取必要的處置和治理，保障地下水安全。

(4)本研究檢測(cè)點(diǎn)雖在應(yīng)急供水設(shè)施管理監(jiān)督上有一定的代表性，但在全市深層地下水監(jiān)測(cè)工作中還需進(jìn)一步健全和完善地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)深井全覆蓋檢測(cè)，建立完整的地下水水質(zhì)預(yù)報(bào)、預(yù)警體系，為本市地下水的科學(xué)管理和合理利用提供參考依據(jù)。