姚 亮，張劍剛，黃玉龍，豐林花，吳 順，蔡 聰

(1.昆山市水資源管理中心，江蘇 昆山 215300；2.昆山市水務(wù)局，江蘇 昆山 215300；3.昆山市節(jié)約用水管理辦公室，江蘇 昆山 215300)

地下水是地球水資源的重要組成部分，具有資源、環(huán)境、生態(tài)、能源、信息等多重屬性，是支撐和維持自然生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要要素。地下水資源的生態(tài)價值不僅取決于地下水水量大小，更取決于水質(zhì)好壞。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人類生產(chǎn)生活范圍和強度不斷擴大，地下水質(zhì)不斷遭到破壞，嚴重威脅自然生態(tài)系統(tǒng)和人類生命健康。故分析昆山市地下水水質(zhì)狀況，研究其污染程度和污染來源，對昆山市地下水污染防治、水生態(tài)系統(tǒng)和諧穩(wěn)定、水資源水環(huán)境保護以及經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展有著極其重要的現(xiàn)實意義[1-2]。

2009—2012年昆山連續(xù)四年完成19眼地下水監(jiān)測井的建設(shè)任務(wù)，其中16眼為新鑿井，3眼為改造修復(fù)舊井。根據(jù)昆山區(qū)域水文地質(zhì)條件，地下水監(jiān)測對象主要為松散巖類孔隙水，站點布設(shè)側(cè)重主監(jiān)測層，即第Ⅱ承壓水13個，第Ⅰ承壓水4個、第Ⅲ承壓水2個，站點分布如圖1所示。監(jiān)測井井深94～184m，平均井深151.16m。大部分井口嚴格密封，配備永久性建筑物、護欄或防雨遮陽篷，避免監(jiān)測井長期暴露在外被自然或人為破壞，并設(shè)有醒目標牌。2013年開始昆山列專項經(jīng)費，用于每年地下水水質(zhì)監(jiān)測和動態(tài)分析。

圖1 昆山市19眼地下水監(jiān)測井分布圖(2021年度)

1 地下水水質(zhì)評價

1.1 評價對象的數(shù)據(jù)來源

2021年昆山市19眼地下水監(jiān)測井的水質(zhì)檢測報告、昆山市地下水保護規(guī)劃(2017—2025年)以及江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院出具的2021年昆山市地下水水情季度報告和年度報告。

1.2 評價參數(shù)的確定

根據(jù)各評價參數(shù)對地下水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響，結(jié)合昆山地下水實際情況選取檢測指標，確定19項常規(guī)指標作為本次評價的主要參數(shù)[3]，分別為感官性狀及一般化學(xué)指標11項：色、渾濁度、pH、總硬度(以CaCO3計)、溶解性總固體、硫酸鹽、耗氧量、鐵、錳、揮發(fā)性酚類(以苯酚計)、氨氮，微生物指標2項：總大腸菌群、菌落總數(shù)，毒理學(xué)指標6項：硝酸鹽(以N計)、鉻(六價)、汞、鉛、氟化物、氰化物[4]。

1.3 水質(zhì)評價標準

以2017年國土資源部組織修訂的GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標準》作為本次水質(zhì)評價的標準，這是現(xiàn)行適用于地下水質(zhì)評價和污染調(diào)查評價的通用國家標準。根據(jù)標準內(nèi)容，將地下水水質(zhì)類別劃分成5類，從優(yōu)到劣依次為：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類[4]。

1.4 水質(zhì)評價方法

嚴格地下水采樣、保存、送檢和檢測，全流程規(guī)范操作，確保樣品和數(shù)據(jù)準確可靠。按照質(zhì)量標準，選用單指標和綜合質(zhì)量評價法[4]，劃分水質(zhì)類別，明確主要超標參數(shù)。

1.4.1 單指標評價法

按指標值所在限值范圍確定地下水各單指標類別，指標限值相同時，從優(yōu)不從劣，并指出最差類別指標[4-5]，作為該地下水的最終水質(zhì)類別。此法有利于快速掌握水質(zhì)狀況，但過于聚焦最差類別，不利于地下水質(zhì)量的全方位反映。

1.4.2 綜合質(zhì)量評價法

對單指標評價，按標準中的分類指標所屬質(zhì)量類別，確定單項指標評價分值Fi[6]。

按式(1)、(2)、(3)計算綜合評價分值F：

(1)

(2)

Fmax=max{F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n}

(3)

根據(jù)綜合評價分值，確定地下水質(zhì)量類別。此法考慮到單指標的平均值和最大值，是對水質(zhì)的多指標綜合評價，規(guī)避了單指標的突出影響，降低了水質(zhì)整體評價誤差，其評價結(jié)果可能更接近水質(zhì)真實值。

1.5 水質(zhì)評價結(jié)果

1.5.1 實測結(jié)果

按照質(zhì)量標準規(guī)定的檢測分析方法，得到19眼地下水監(jiān)測井的直觀結(jié)論：無色、無味、無臭、渾濁度較低，pH值為6.4～7.4，總硬度(以CaCO3計)為108～1230mg/L，溶解性總固體為511～3950mg/L，硫酸鹽檢出值全部<250mg/L，氯化物檢出值有5個樣>250mg/L，耗氧量檢出值全部<3mg/L、鐵檢出值有2個樣>0.3mg/L、錳檢出值有7個樣>0.1mg/L、揮發(fā)性酚類(以苯酚計)檢出值均<0.002mg/L、氨氮檢出值均>0.5mg/L。微生物指標中總大腸菌群檢出值有6個樣>3.0mg/L，菌落總數(shù)檢出值有7個樣>100mL。毒理學(xué)指標均未超標。

1.5.2 單指標評價結(jié)果

按水質(zhì)類別Ⅰ～Ⅴ類對應(yīng)的標準限值，得出各監(jiān)測井地下水的質(zhì)量類別及各水質(zhì)類別占監(jiān)測井總數(shù)的百分比。結(jié)果：水質(zhì)類別Ⅰ類、Ⅱ類的監(jiān)測井均是0眼，水質(zhì)類別Ⅲ類的監(jiān)測井2眼，水質(zhì)類別Ⅳ類的監(jiān)測井7眼，水質(zhì)類別Ⅴ類的監(jiān)測井10眼。百分比結(jié)果如圖2所示。另超Ⅲ類水的監(jiān)測井數(shù)量占監(jiān)測井總數(shù)的比例為89.47%。

圖2 單指標評價法各水質(zhì)類別占監(jiān)測井總數(shù)的百分比

1.5.3 綜合質(zhì)量評價結(jié)果

以單指標評價結(jié)果為基礎(chǔ)，計算綜合質(zhì)量評價分值，確定地下水質(zhì)量類別。結(jié)果：評價為優(yōu)良的監(jiān)測井0眼，評價為良好的監(jiān)測井2眼，評價為較好的監(jiān)測井0眼，評價為較差的監(jiān)測井11眼，評價為極差的監(jiān)測井6眼。百分比結(jié)果如圖3所示。另評價為較差和極差的監(jiān)測井數(shù)量占監(jiān)測井總數(shù)的比例為89.47%。

圖3 綜合質(zhì)量評價法各質(zhì)量類別占監(jiān)測井總數(shù)的百分比

1.5.4 評價結(jié)果綜合分析

兩種評價結(jié)果基本一致，單指標評價為Ⅰ～Ⅲ類的，綜合質(zhì)量評價為良好水；單指標評價為Ⅳ或Ⅴ類的，綜合評價為較差或極差水。可見，文章采用的評價方法可靠，結(jié)果可信。昆山市地下水水質(zhì)總體情況較差，評價為Ⅳ或Ⅴ類水和較差或極差水的監(jiān)測井達到89.47%，污染嚴重。19眼監(jiān)測井中單指標評價超Ⅲ類水標準的共8個參數(shù)，分別為氨氮、溶解性總固體、菌落總數(shù)、總大腸菌群、錳、氯化物、總硬度和鐵，各評價參數(shù)超Ⅲ類水標準對應(yīng)的監(jiān)測井個數(shù)如圖4所示，氨氮、溶解性總固體、菌落總數(shù)、總大腸菌群、錳為主要超標參數(shù)。

圖4 各評價參數(shù)超Ⅲ類水質(zhì)標準對應(yīng)的監(jiān)測井個數(shù)

2 地下水污染評價與分析

2.1 污染評價因子的確定

綜合昆山市地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、地下水使用功能，疊加生態(tài)紅線要求以及對自然環(huán)境和人體生命健康的危害影響，選定總硬度、溶解性總固體、鐵、錳、揮發(fā)性酚類、氨氮、硝酸鹽氮7項檢測指標作為地下水污染評價因子。

2.2 污染評價方法

目前，水污染評價有污染貢獻法、代數(shù)疊加法、算術(shù)平均法、加權(quán)平均法、綜合加權(quán)法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色聚類法、物元可拓集法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種評價方法。文章基于內(nèi)梅羅法數(shù)學(xué)運算簡捷、概念清晰明了、結(jié)果簡明易用的特點，選用傳統(tǒng)和改進內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進行地下水水質(zhì)污染評價。

2.2.1 傳統(tǒng)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

根據(jù)評價因子的實測值和標準值，分別計算內(nèi)梅羅污染指數(shù)和標準指數(shù)，與相應(yīng)等級標準指數(shù)對照，得到水質(zhì)污染評價等級。該法最早由美國敘拉古大學(xué)內(nèi)梅羅教授于1974年在其所著的《河流污染科學(xué)分析》一書中提出[7]，在地下水質(zhì)量評價中運用廣泛。其評價公式為：

無論采用哪一種仿真策略，都可以從以下3方面設(shè)計仿真模型：（1）設(shè)計總控程序；（2）設(shè)計基本模型單元的處理程序；（3）編寫公共子程序。

Fi=Ci/Sij

(4)

i=1，2，3，…，n

j=1，2，3，…，m

(5)

2.2.2 改進內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

根據(jù)各監(jiān)測項目的單項污染指數(shù)計算綜合污染指數(shù)，特點是突出最大污染因子對水質(zhì)評價的影響，兼顧單項污染指數(shù)的平均值和最高值[8]。該法考慮了各污染因子在水質(zhì)評價中的權(quán)重因素，能客觀全面反映水體水質(zhì)狀況，較傳統(tǒng)指數(shù)法更科學(xué)合理，是當前國內(nèi)外進行綜合污染指數(shù)計算的最常用方法之一。其評價公式為：

(6)

式中，F(xiàn)0—權(quán)重最大的污染因子對應(yīng)的F值；Fmax—Fi的最大值；P改進—改進內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)。第i種污染因子的權(quán)重為：

(7)

ri=Smax/Si

(8)

式中，ri—第i種污染因子的相關(guān)性比值：Si—各污染因子的標準值；Smax—第i種污染因子的最大標準值；m—評價污染因子的個數(shù)。

2.3 污染結(jié)果分析

根據(jù)綜合污染指數(shù)結(jié)果，對照內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級劃分標準[7](見表1)，各監(jiān)測井綜合污染指數(shù)值分析結(jié)果見表2。

表1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級劃分標準

表2 昆山市各監(jiān)測井綜合污染指數(shù)值分析結(jié)果

結(jié)果：清潔井2眼，占監(jiān)測井總數(shù)的10.53%；輕污染井9眼，占監(jiān)測井總數(shù)的47.37%；污染井3眼，占監(jiān)測井總數(shù)的15.79%；重污染井5眼，占監(jiān)測井總數(shù)的26.32%；嚴重污染井0眼，占監(jiān)測井總數(shù)的0%。19眼監(jiān)測井中，有18眼受到不同程度的污染，占監(jiān)測井總數(shù)的94.7%，其中污染最嚴重的為高新區(qū)金星監(jiān)測井。

2.3.2 改進內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

綜合污染因子權(quán)重見表3，按照地下水Ⅲ類標準和權(quán)重測算，在Ⅲ類水體中，權(quán)重最大的污染因子是錳。根據(jù)權(quán)重最大的因子和改進內(nèi)梅羅指數(shù)法測算各監(jiān)測井綜合污染指數(shù)，結(jié)果：清潔井1眼，占監(jiān)測井總數(shù)的5.26%；輕污染井11眼，占監(jiān)測井總數(shù)的57.89%；污染井2眼，占監(jiān)測井總數(shù)的10.53%；重污染井5眼，占監(jiān)測井總數(shù)的26.32%；嚴重污染井0眼，占監(jiān)測井總數(shù)的0%。19眼監(jiān)測井中，有18眼受到不同程度的污染，占監(jiān)測井總數(shù)的94.7%，其中污染最嚴重的為高新區(qū)金星監(jiān)測井。

表3 各污染評價因子的權(quán)重

3 結(jié)論及對策

通過傳統(tǒng)和改進內(nèi)梅羅法分析污染指數(shù)，得到的結(jié)果大體相同，均有18眼地下水監(jiān)測井受到不同程度的污染?？紤]權(quán)重較大的評價因子錳，發(fā)現(xiàn)某些監(jiān)測井的水質(zhì)類別評價存在一定差異(如陸家監(jiān)測井和周莊監(jiān)測井)。但兩種方法均顯示高新區(qū)金星監(jiān)測井地下水水質(zhì)最差，可能是由于高新區(qū)為工業(yè)發(fā)展的集中區(qū)域，綜合水質(zhì)整體較差。結(jié)合昆山市地下水資源開發(fā)利用及保護規(guī)劃、生態(tài)紅線等相關(guān)政策，提出地下水資源保護和可持續(xù)利用的對策。

3.1 完善政策上層建筑，加強聯(lián)合執(zhí)法

嚴格執(zhí)行《地下水管理條例》等有關(guān)地下水資源開發(fā)利用、節(jié)約保護的法律法規(guī)，落實最嚴格水資源管理制度，制定、完善和細化地下水資源開發(fā)利用和保護的配套政策和措施。結(jié)合產(chǎn)業(yè)布局、生態(tài)紅線、地質(zhì)災(zāi)害等，確立地下水資源保護分區(qū)，完善地下水保護規(guī)劃。建立聯(lián)合執(zhí)法機制，加強部門聯(lián)動，組織水利水務(wù)、環(huán)保、建設(shè)、農(nóng)村農(nóng)業(yè)、綜合執(zhí)法等部門開展執(zhí)法檢查，定期不定期抽查，加大對無證取水、超量取水、非法排污等影響水量、水質(zhì)的違法案件查處和督辦力度。持續(xù)強化地下水“雙控”管理，嚴格地下水取水許可審批，強化事中事后監(jiān)管，堅決做到有法必依、執(zhí)法必嚴、違法必究。

3.2 強化重點行業(yè)監(jiān)管，嚴控水質(zhì)污染

結(jié)合昆山產(chǎn)業(yè)布局實際情況，在重點保護高新技術(shù)板塊和高端制造板塊的同時，明確污水處理廠嚴格執(zhí)行排放標準，避免污水管網(wǎng)滲漏，督促企業(yè)做好廢水集中預(yù)處理和廠區(qū)地面硬化防滲工作。嚴格控制和限制農(nóng)業(yè)面源污染，推廣測土配方施肥技術(shù)和生物物理防治技術(shù)，提高生物農(nóng)藥使用比例，實施土壤培肥地力工程，控制化肥農(nóng)藥用量，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)。采取農(nóng)田氮磷流失生態(tài)攔截工程，改進農(nóng)業(yè)灌溉方式，合理控制水污染物產(chǎn)生總量，提高防滲防漏能力，減少地下水污染風(fēng)險。清除垃圾堆放場、加油站、違規(guī)建筑拆除垃圾材料等各類污染源，對污染源附近排污口和滲坑、滲井等提出治理措施，及時整改。

3.3 數(shù)字賦能高效管理，強化科技攻關(guān)

建設(shè)覆蓋全市的地下水資源管理信息系統(tǒng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對地下水資源開發(fā)利用、水量、水位、水質(zhì)等進行動態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測，及時準確掌握地下水水體情況，強化治理效果評估、監(jiān)督復(fù)核與反饋。重視遙感大數(shù)據(jù)、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)小數(shù)據(jù)與智慧云平臺深度融合，創(chuàng)建包含未來氣候變化、極端事件、區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展等情景在內(nèi)的地下水循環(huán)演化數(shù)據(jù)孿生模式，預(yù)測不同情景約束下區(qū)域地下水系統(tǒng)的演變趨勢。加強環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、節(jié)水、環(huán)境污染治理，尤其是地下水污染治理等方面的科技攻關(guān)，開展生態(tài)文明示范區(qū)、生活污水控制與水環(huán)境治理等科技工程示范，對經(jīng)實踐驗證具有較好效果的成熟技術(shù)模式，進行大范圍推廣與應(yīng)用。

3.4 發(fā)揮河湖長制作用，加強水文監(jiān)測

科學(xué)認識地下水與地表水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，充分發(fā)揮河湖長制作用，深入開展河湖“清四亂”整治行動，動態(tài)清零生態(tài)補水河湖內(nèi)的垃圾和障礙物。鞏固地下水禁采成效，有效控制地面沉降，持續(xù)涵養(yǎng)地下水資源。進一步優(yōu)化監(jiān)測站點，整合提升水文監(jiān)測能力，加強水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)，動態(tài)跟蹤生態(tài)補水進展、捕捉水頭演進，為社會公眾提供全面優(yōu)質(zhì)的水文信息服務(wù)。重點關(guān)注地下水質(zhì)時空演化規(guī)律與健康效應(yīng)的調(diào)查與研究，加強替代水源建設(shè)、地下水資源監(jiān)測設(shè)施建設(shè)、節(jié)水技術(shù)推廣與應(yīng)用等工作，提高非常規(guī)水資源利用率。積極開展水治理重大關(guān)鍵技術(shù)研究和國家自然科學(xué)基金項目，為地下水治理與保護提供全方位的科學(xué)化、信息化支撐。

3.5 夯實監(jiān)督管理基礎(chǔ)，發(fā)揮考核作用

在組織完成昆山市地下水取水工程登記造冊和信息入庫工作的基礎(chǔ)上，開展區(qū)域水質(zhì)普查評價，全面掌握昆山市地下水水質(zhì)情況，尤其是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活垃圾密集的潛在污染源地區(qū)，普查評價內(nèi)容包括水質(zhì)類別、水質(zhì)超標項目及其超標率、污染區(qū)面積、污染項目及其監(jiān)測值、污染指數(shù)等。采取多種措施，擴大籌資渠道，加大對地下水資源節(jié)約與保護的資金投入，建立以政府為主導(dǎo)的多元化經(jīng)費投入機制。同時，發(fā)揮好考核指揮棒的作用，突出地下水管理在最嚴格水資源制度考核和高質(zhì)量發(fā)展考核中的重要地位。強化宣傳教育，鼓勵公眾參與，要把政府行為與社會自覺行動有機結(jié)合起來，形成保護資源、珍惜環(huán)境的良好社會氛圍。

4 結(jié)語

文章通過對昆山市地下水質(zhì)現(xiàn)狀及污染程度的評價分析，發(fā)現(xiàn)地下水質(zhì)存在劣化、污染較嚴重等問題[9]。結(jié)合自身經(jīng)驗，作者從完善政策上層建筑，加強聯(lián)合執(zhí)法；強化重點行業(yè)監(jiān)管，嚴控水質(zhì)污染；數(shù)字賦能高效管理，強化科技攻關(guān)；發(fā)揮河湖長制作用，加強水文監(jiān)測；夯實監(jiān)督管理基礎(chǔ)，發(fā)揮考核作用五個方面提出了應(yīng)對措施。為深入踐行習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想和“十六字”治水思路，貫徹落實《地下水管理條例》，推進地下水污染防治，實現(xiàn)地下水有效保護和可持續(xù)利用提供參考。