衡陽(yáng)市地下水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)與污染防治

摘要：基于衡陽(yáng)市歷史水文資料和實(shí)地調(diào)研，采用單項(xiàng)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)方法分析地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，該市地下水總體質(zhì)量堪憂，合格率僅為25%，人類活動(dòng)是主要污染源。針對(duì)地下水污染隱蔽、機(jī)理復(fù)雜和防治難等特點(diǎn)，提出優(yōu)化工業(yè)布局、加強(qiáng)廢水監(jiān)管、控制生活污染源以及改進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉模式等建議。通過(guò)以上措施的落實(shí)和執(zhí)行，能夠有效防治地下水污染問(wèn)題，從而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地下水；環(huán)境質(zhì)量；綜合評(píng)價(jià)；綜合防治；衡陽(yáng)市

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.050

Comprehensive Evaluation and Prevention of Groundwater Environmental Quality in Hengyang City

KONG Shulin， JIANG Caoyi

（Hunan Institute of Remote Sensing Geological Survey and Monitoring， Changsha 410015， China）

Abstract： Based on the historical hydrological data and field research in Hengyang city， groundwater quality monitoring data were analyzed using single indicators and comprehensive evaluation methods. The study found that the overall quality of groundwater in the city is worrying， with a pass rate of only 25%， and human activities are the main source of pollution. Aiming at the characteristics of hidden groundwater pollution， complex mechanism and difficult to prevent and control， the study put forward the suggestions of optimizing industrial layout， strengthening the supervision of wastewater， controlling the domestic pollution sources and improving the mode of agricultural irrigation. Through the implementation and enforcement of the above measures， the pollution of groundwater quality can be effectively prevented and controlled， thus promoting sustainable economic and social development.

Keywords： groundwater; environmental quality; comprehensive evaluation; comprehensive prevention and treatment; Hengyang city

衡陽(yáng)市位于湖南省中南部，湘江中游，總面積15 299.18 km2。境內(nèi)分布水口山有色金屬集團(tuán)有限公司、化工廠、造紙廠等存在水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)的各類企業(yè)313家。近年來(lái)，隨著衡陽(yáng)市工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)面源、工業(yè)廢水、生活污水等是地表水受到污染的主要原因，導(dǎo)致該區(qū)域面臨以水質(zhì)為主的水資源短缺問(wèn)題。地表與地下水資源之間存在密切的水文聯(lián)系，地下水不合理開(kāi)發(fā)與利用會(huì)誘發(fā)水資源安全問(wèn)題，逐漸增大該區(qū)水環(huán)境壓力。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)研究顯得尤為緊迫與必要[1]。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

衡陽(yáng)市屬丘陵和河谷地貌，地形總趨勢(shì)為西南高，北東低，呈北東向構(gòu)造。研究區(qū)位于中南地區(qū)凹形面軸帶部分衡陽(yáng)盆地中心，其間沉積巨厚的白堊系及下第三系紅層。含水巖系主要為碳酸鹽巖、碎屑巖，其次為紅色巖層、花崗巖、第四系砂礫層。研究區(qū)內(nèi)春夏多雨、秋冬干旱、降水集中、蒸發(fā)量大。水位受降水時(shí)空不均影響，季節(jié)性變化幅度明顯。境內(nèi)水系發(fā)育，有河長(zhǎng)5 km或流域面積10 km2以上的河流393條，總長(zhǎng)達(dá)8 355 km。湘江自南向北蜿蜒流貫衡陽(yáng)市區(qū)，主要水系包括湘江、蒸水、耒水等。

地下水資源的空間布局受多種自然要素影響，其中包括地貌形態(tài)、巖層礦物質(zhì)、構(gòu)造斷裂以及氣象水文條件等[2]。衡陽(yáng)市地下水主要由疏松沉積物孔隙水、碳酸鹽類巖石溶蝕水、堅(jiān)硬基巖裂縫水以及含紅色層系的孔隙裂縫水組成。在該市范圍內(nèi)，含水層的豐富地帶通常集中于湘江及其支流兩旁的河流沖積帶和紅層邊緣地區(qū)的碳酸鹽巖帶。在這些區(qū)域，地下水主要以基巖裂縫水和松散沉積物孔隙水的形態(tài)存在，且這些地區(qū)地下蓄水量相對(duì)較大，水位埋藏較淺。依據(jù)舒卡列夫分類標(biāo)準(zhǔn)，水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca-Mg、HCO3-Ca、HCO3-Na-Ca、HCO3-Ca-Mg及HCO3-Cl-Na-Ca型。研究區(qū)內(nèi)多屬于紅層區(qū)，層狀巖及紅層裂隙水分布較少，地下水資源相對(duì)較為貧乏，部分富水地段水位埋藏較深，且不利于開(kāi)發(fā)，水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca、HCO3-Ca-Mg型。

2 研究方法

2.1 樣品采集與分析

研究領(lǐng)域內(nèi)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較高的復(fù)雜性。參照格網(wǎng)控制法，此次地質(zhì)調(diào)研任務(wù)執(zhí)行了廣域性的勘察，挑選典型地點(diǎn)采集樣本，并考慮當(dāng)?shù)氐牡孛才c水文地質(zhì)狀況，于衡陽(yáng)市設(shè)定的標(biāo)志性監(jiān)測(cè)井開(kāi)展水樣采集與分析作業(yè)，總計(jì)獲取12批次的地下水樣本。珠暉區(qū)和石鼓區(qū)的工業(yè)區(qū)域選取了3批樣本；蒸湘區(qū)和南岳區(qū)的生活廢水排放及垃圾處理區(qū)域收集了2批樣本；而衡南縣、衡山縣、常寧市的農(nóng)業(yè)區(qū)域共獲得7批樣本。樣本的分析工作委托給湖南省礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心負(fù)責(zé)實(shí)施[3]。

2.2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)執(zhí)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5479—2022），該標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)指標(biāo)的限值與《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）類標(biāo)準(zhǔn)的限值相同，采用單項(xiàng)指標(biāo)法評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)。本項(xiàng)地下水質(zhì)量綜合評(píng)估執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017），涵蓋水的總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鋁、揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮、硫化物、鈉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、鎘、鉻（六價(jià)）以及鉛等26項(xiàng)指標(biāo)。評(píng)估模型應(yīng)用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）提到的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法，獨(dú)立評(píng)價(jià)每個(gè)參數(shù)?；诘梅纸Y(jié)果，將各成分劃入相應(yīng)的水質(zhì)類別，并按既定標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到各單項(xiàng)組分的獨(dú)立評(píng)價(jià)分值Fi。其中，Ⅰ類水質(zhì)的Fi為0，Ⅱ類水質(zhì)的Fi為1，Ⅲ類水質(zhì)的Fi為3，Ⅳ類水質(zhì)的Fi為6，Ⅴ類水質(zhì)的Fi為10。綜合評(píng)價(jià)分值F采用式（1）計(jì)算，各單項(xiàng)組分評(píng)分值Fi的平均值F采用式（2）計(jì)算。

（1）（2）

式中：F2max為各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi中的最大值；n為項(xiàng)數(shù)。根據(jù)F值，劃分地下水質(zhì)量級(jí)別。F＜0.80，為優(yōu)良級(jí)別（Ⅰ）；0.80≤F＜2.50，為良好級(jí)別（Ⅱ）；2.50≤F＜4.25，為較好級(jí)別（Ⅲ）；4.25≤F＜7.20，為較差級(jí)別（Ⅳ）；F＞7.20，為極差級(jí)別（Ⅴ）。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 地下水單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，所考察的12眼地下水井中，主要檢測(cè)指標(biāo)呈現(xiàn)超標(biāo)情況的有硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、COD、鈉、鐵、砷、錳、溶解性總固體、總堿度以及揮發(fā)酚等，具體單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。分析各項(xiàng)指標(biāo)，揮發(fā)酚的超標(biāo)樣點(diǎn)數(shù)量最多，共7個(gè)，超標(biāo)率為58%；其次是硫酸鹽、氨氮、鐵，超標(biāo)比例各為25%。砷的超標(biāo)倍數(shù)最高，是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5479—2022）規(guī)定值的24.9倍；而總堿度僅1個(gè)樣點(diǎn)超標(biāo)；鈉的超標(biāo)倍數(shù)相對(duì)較小。

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5479—2022）進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)，12眼井常規(guī)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如下：Ⅰ類水質(zhì)點(diǎn)0個(gè)，占0.0%；Ⅱ類水質(zhì)點(diǎn)1個(gè)，占8%；Ⅲ類水質(zhì)2個(gè)，占17%；Ⅳ類水質(zhì)點(diǎn)5個(gè)，占42%；Ⅴ類水質(zhì)點(diǎn)4個(gè)，占33%。

3.2 地下水綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。偏硅酸作為評(píng)價(jià)礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)之一，偏硅酸含量不小于25 mg/L時(shí)，可以不將偏硅酸納入水質(zhì)評(píng)價(jià)。衡陽(yáng)市地下水質(zhì)量級(jí)別的劃分為以下5類。Ⅰ類水質(zhì)主要反映地下水化學(xué)組分的低背景含量。Ⅱ類水質(zhì)主要反映地下水化學(xué)組分的背景含量。Ⅰ類、Ⅱ類水質(zhì)適用于各種用途。Ⅲ類水質(zhì)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源及工、農(nóng)業(yè)用水。Ⅳ類水質(zhì)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類水質(zhì)不宜飲用，其他用水可根據(jù)使用目的選用。12個(gè)監(jiān)測(cè)井常規(guī)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：Ⅰ類水質(zhì)點(diǎn)1個(gè)，Ⅱ類水質(zhì)點(diǎn)2個(gè)，Ⅲ類水質(zhì)0個(gè)，Ⅳ類水質(zhì)點(diǎn)8個(gè)，Ⅴ類水質(zhì)點(diǎn)1個(gè)，具體如表2所示。

由表2可知Ⅰ類～Ⅲ類地下水水質(zhì)井?dāng)?shù)分別占8.3%、16.7%、0.0%；Ⅳ類地下水水質(zhì)井?dāng)?shù)占66.7%，Ⅴ類地下水水質(zhì)井?dāng)?shù)占8.3%，總體水質(zhì)較差。影響地下水質(zhì)的天然化學(xué)組分主要為砷、錳、亞硝酸鹽、COD、硫酸鹽、溶解性總固體及總硬度等。

將年度綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)與以往歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。54號(hào)監(jiān)測(cè)井水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)硫酸鹽呈上升趨勢(shì)；55號(hào)監(jiān)測(cè)井錳、氨氮、化學(xué)需氧量呈上升趨勢(shì)；62號(hào)監(jiān)測(cè)井砷含量呈下降趨勢(shì)，其他指標(biāo)變化趨勢(shì)不顯著。12個(gè)地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，水質(zhì)變好的1個(gè)、水質(zhì)穩(wěn)定的9個(gè)、水質(zhì)變差的2個(gè)。2023年衡陽(yáng)市地下水水質(zhì)變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)。

4 地下水質(zhì)污染成因分析

4.1 自然因素

衡陽(yáng)市受氣象、水文、地貌、巖性和地質(zhì)構(gòu)造等多種因素影響，地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄具有明顯的區(qū)域特征。從總體上看，地下水的污染方式可以劃分為間斷式、連續(xù)式、越流式以及徑流式。該區(qū)水體發(fā)育較好，且受?chē)?yán)重污染的主要集中于湘江等流域的中游和下游沖積平原，沉積物以亞砂、粉砂、砂礫石等為主。在疏松巖體中，地下水的補(bǔ)給以降水引起的地面滲透為主，經(jīng)表面沙性物質(zhì)的滲透作用，從上游到下游逐步減弱，直至進(jìn)入河流。另外，由于該區(qū)地勢(shì)平坦，降雨后徑流速度較慢，加上不連續(xù)的軟弱滲透性黏土層，雨水易進(jìn)入土壤進(jìn)行補(bǔ)充。地下水埋深愈深，地下水與地表水的關(guān)系愈緊密，則水循環(huán)愈迅速，愈易發(fā)生變化；由于不同類型弱水的滲透和表土的淋溶，地下水易污染。依據(jù)衡陽(yáng)市過(guò)去數(shù)十年間對(duì)地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)分析，可初步推斷地下水污染的演變趨勢(shì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：污染形態(tài)由局部點(diǎn)狀、線狀逐漸向區(qū)域性面狀擴(kuò)散，從表層水體向更深層水體逐步滲透，并且從城市中心向其鄰近地區(qū)擴(kuò)展[4]。

4.2 人類活動(dòng)影響

4.2.1 工業(yè)廢水及固體廢物的不合理排放

衡陽(yáng)市有冶金、機(jī)械、化工、建材、紡織及食品加工等工業(yè)。工業(yè)活動(dòng)過(guò)程中使用的化學(xué)品、廢水排放、儲(chǔ)存和處理不當(dāng)?shù)墓I(yè)廢料都可能是地下水污染的源頭。據(jù)調(diào)查，53號(hào)監(jiān)測(cè)井距湘衡鹽礦僅2 km，2019—2023年該點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中鈉含量均存在超標(biāo)。56號(hào)監(jiān)測(cè)井距衡陽(yáng)工業(yè)重鎮(zhèn)松柏鎮(zhèn)直線距離僅3～4 km，2019—2023年該點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中的砷含量均超標(biāo)。這些污染源部分污染物自然堆積在地表，而另一部分被掩埋于地下。在隔水層功能欠佳的條件下，受風(fēng)力作用及雨水的沖刷和過(guò)濾，如重金屬、揮發(fā)性酚類、氰化物等有害物質(zhì)會(huì)滲透進(jìn)入水源和土壤，進(jìn)而對(duì)地下水資源造成污染。

4.2.2 生活污水及垃圾對(duì)地下水的污染

據(jù)調(diào)查，54號(hào)監(jiān)測(cè)井位于人口密集區(qū)，居民生活污水有直接排放現(xiàn)象。受此影響，該點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中存在硫酸鹽、溶解性總固體超標(biāo)現(xiàn)象。55號(hào)監(jiān)測(cè)井附近有生活垃圾堆放點(diǎn)。該點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中存在氨氮、化學(xué)需氧量超標(biāo)現(xiàn)象。兩個(gè)監(jiān)測(cè)井附近均無(wú)廠礦、化工、養(yǎng)殖企業(yè)等污染源，主要為農(nóng)肥、居民生活污水與垃圾糞便等污染物經(jīng)過(guò)雨水淋濾，溶解滲入地下造成地下水污染。水質(zhì)變差影響因子為硫酸鹽、錳、氨氮、COD。

4.2.3 農(nóng)業(yè)面源對(duì)地下水的污染

農(nóng)業(yè)活動(dòng)造成的地下水污染最關(guān)鍵的途徑包括NO3-N的增加和農(nóng)藥、化肥的污染。據(jù)調(diào)查，57號(hào)、59號(hào)、61號(hào)監(jiān)測(cè)井位于農(nóng)業(yè)耕作區(qū)附近。該3處監(jiān)測(cè)井水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中均存在硝酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象。

5 地下水污染防治措施

為實(shí)現(xiàn)地下水資源的合理開(kāi)發(fā)與利用，迫切需要采取有效措施，以預(yù)防地下水的污染現(xiàn)象[5-7]。

5.1 優(yōu)化工業(yè)布局，加強(qiáng)監(jiān)管，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)

合理規(guī)劃工業(yè)布局，將高污染企業(yè)逐步遷至遠(yuǎn)離水源地區(qū)域。鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)向工業(yè)園區(qū)集中，便于統(tǒng)一管理和治理。在工業(yè)發(fā)展規(guī)劃中充分考慮環(huán)境保護(hù)因素，避免新污染源的產(chǎn)生。

加強(qiáng)對(duì)工業(yè)企業(yè)的排放監(jiān)管，確保所有工業(yè)廢水處理達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。建立嚴(yán)格的工業(yè)排放許可制度，對(duì)于高污染企業(yè)實(shí)施更嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。加大執(zhí)法力度，嚴(yán)厲打擊違法排放行為，確保監(jiān)管措施落到實(shí)處。建立完善的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，定期取樣分析地下水，確保水質(zhì)安全。特別要加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)污染源的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。支持和引導(dǎo)企業(yè)采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，如研發(fā)和應(yīng)用環(huán)保型新材料、新工藝，從源頭減輕污染。

5.2 嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)污染源

城鎮(zhèn)生活廢水和固體廢物若未經(jīng)妥善處理，可能明顯提升地下水體中總?cè)芙庑怨腆w、總硬度、硝態(tài)氮和氨氮濃度。目前，緊迫的任務(wù)是提高城鎮(zhèn)污水處理的效能，改進(jìn)廢水排放的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)強(qiáng)化垃圾處理設(shè)施的構(gòu)建和資金投入。

5.3 防止農(nóng)業(yè)活動(dòng)污染地下水

針對(duì)本地區(qū)的具體情況，應(yīng)將傳統(tǒng)大水漫灌方式轉(zhuǎn)向使用高效節(jié)水噴滴灌方式。同時(shí)，深入了解灌區(qū)的土壤性質(zhì)、地下水的埋藏深度和分布范圍，以及作物生長(zhǎng)各階段對(duì)用水的需求，并據(jù)此提供必要技術(shù)指導(dǎo)和規(guī)劃管理。此外，加強(qiáng)對(duì)灌溉用水的凈化處理，完善農(nóng)業(yè)排水設(shè)施，推廣科學(xué)的農(nóng)藥和化肥施用方法，最大限度降低其對(duì)地下水的潛在威脅。

6 結(jié)論

經(jīng)調(diào)研分析，衡陽(yáng)市地下水環(huán)境狀況不容樂(lè)觀。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，超出標(biāo)準(zhǔn)限值最高的是揮發(fā)酚，超標(biāo)率為58%，其次是硫酸鹽、氨氮、鐵，超標(biāo)比例各為25%。污染區(qū)域多集中于工業(yè)活動(dòng)密集地帶及生活廢水排放區(qū)，涉農(nóng)區(qū)域的地下水受到的污染相對(duì)較輕。為有效保護(hù)地下水資源，確保水質(zhì)安全，提出多種地下水污染防治措施，保障人民群眾飲用水安全，從而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：孔樹(shù)林（1973—），男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師。研究方向：水文地質(zhì)，工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)。