地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線劃定技術(shù)方法研究

井柳新　劉偉江　王　東

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院水環(huán)境規(guī)劃部，北京　100012)

地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線劃定技術(shù)方法研究

井柳新劉偉江王東

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院水環(huán)境規(guī)劃部，北京100012)

【摘要】地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線是“生態(tài)保護(hù)紅線”整體框架的重要組成部分，其劃定是“建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系，實(shí)行最嚴(yán)格的源頭保護(hù)制度”的充分體現(xiàn)。以地下水飲用水水源一級保護(hù)區(qū)邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線，“紅線”內(nèi)按照飲用水水源一級保護(hù)區(qū)管理要求實(shí)施相應(yīng)措施。以滕州市某地下飲用水源地為例，利用MODFLOW建立研究區(qū)地下水流模型。選用某正常年份4個(gè)地下水位觀測井的實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，4個(gè)地下水位觀測井，最小誤差為0.14m，最大誤差為1.87m，模型計(jì)算水位與實(shí)際水位較為接近。利用MODPATH進(jìn)行粒子反向追蹤，以粒子運(yùn)移100d所圈定的區(qū)域邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境；地下水；紅線；生態(tài)；模擬

黨的十八屆三中全會(huì)把劃定生態(tài)保護(hù)紅線作為改革生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理體制、推進(jìn)生態(tài)文明制度建設(shè)最重要、最優(yōu)先的任務(wù)[1]。第十二屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第八次會(huì)議修訂通過的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》也明確提出“劃定生態(tài)保護(hù)紅線”要求。生態(tài)保護(hù)紅線具體可包括生態(tài)功能保障基線、環(huán)境質(zhì)量安全底線和自然資源利用上線。界定并執(zhí)行環(huán)境質(zhì)量安全底線是保障人民群眾呼吸上新鮮的空氣、喝上干凈的水、吃上放心的糧食、維護(hù)人類的基本生存環(huán)境的重要舉措[2-3]。地下水是我國重要的供水水源，全國2/3的城市以地下水為主要飲用水源[4]。但根據(jù)《2013年中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國309個(gè)地級及以上城市的835個(gè)集中式飲用水源地達(dá)標(biāo)率為97.3%，也就是說還有2.7%的飲用水源地水質(zhì)不能達(dá)到飲用要求，其中地下水水源地主要超標(biāo)指標(biāo)為鐵、錳和氨氮。在區(qū)域?qū)用嫔希覈叵滤h(huán)境質(zhì)量也顯露出了不斷惡化趨勢，地下水污染已由點(diǎn)狀、條帶狀向面上擴(kuò)散，由淺層向深層滲透，由城市向周邊蔓延[5]。因此，為保障飲水安全，為“讓人民群眾喝上干凈的水”，劃定地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線尤為重要。本文以滕州市某地下水源為例，研究探討地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線劃定技術(shù)方法。

1地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線內(nèi)涵

地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線是環(huán)境質(zhì)量安全底線的重要組成部分。它以地下飲用水源為保護(hù)對象，保障地下水源水質(zhì)、確保地下水源飲水安全，與飲用水源保護(hù)區(qū)有異曲同工之效。地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線的劃定，是將飲用水源保護(hù)區(qū)納入到生態(tài)保護(hù)紅線整體布局的充分體現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)“建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系，實(shí)行最嚴(yán)格的源頭保護(hù)制度”的根本要求。

地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線內(nèi)要求制定和執(zhí)行嚴(yán)格的環(huán)境準(zhǔn)入制度與管理措施。“紅線”本身要科學(xué)合理，配套的管理制度和政策應(yīng)具有可操作性。因此，建議以地下水飲用水水源一級保護(hù)區(qū)邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線，紅線內(nèi)按照飲用水水源一級保護(hù)區(qū)管理要求實(shí)施相應(yīng)措施。

2劃定技術(shù)方法

利用GMS中的MODFLOW模塊，采用概念模型法構(gòu)建研究區(qū)地下水流模型。然后，利用GMS中的MODPATH模塊進(jìn)行粒子反向追蹤，并以粒子運(yùn)移100d所圈定的區(qū)域邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線[6-7]。

2.1　模型計(jì)算原理

在模型中，地下水的滲流特征用如下偏微分方程的定界問題進(jìn)行描述[8-9]：

(1)

2.2　紅線劃定步驟

第一步，開展調(diào)查，收集資料。對地下水水源地的開發(fā)利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，包括供水井?dāng)?shù)量、位置和供水量等；收集相關(guān)水文氣象、水文地質(zhì)、臨近地表水監(jiān)測、地下水監(jiān)測、生態(tài)與環(huán)境狀況調(diào)查、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的基礎(chǔ)資料，收集與水源地相關(guān)的各類科研和試驗(yàn)的成果。

第二步，建立研究區(qū)地下水流模型。在系統(tǒng)分析調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，建立研究區(qū)水文地質(zhì)概念模型，確定邊界條件、初始條件、參數(shù)分布和源匯項(xiàng)等，利用MODFLOW建立研究區(qū)地下水流模型。

第三步，開展模型驗(yàn)證工作。根據(jù)前期收集的或后期補(bǔ)充調(diào)查的水源地監(jiān)測井水位資料，利用MODFLOW的模型驗(yàn)證功能對所建立的地下水流模型進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)誤差在許可范圍內(nèi)時(shí)，證明所建立的模型能夠反映研究區(qū)的實(shí)際狀況，否則需要修正或重新構(gòu)建模型。

第四步，劃定地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線。在已完成的地下水流模型中，利用MODPATH進(jìn)行粒子反向追蹤，以粒子運(yùn)移100d所圈定的區(qū)域邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線。

3案例分析

3.1　研究區(qū)概況

滕州市位于山東省南部的棗莊市境內(nèi)，東依山亭區(qū)，南接薛城區(qū)，西瀕微山湖，北鄰濟(jì)寧市。境內(nèi)的河流屬淮河流域南四湖水系，主要河流有界河、北沙河、城河、郭河和新薛河。滕州市地處暖溫帶半濕潤地區(qū)，季風(fēng)大陸性氣候明顯。多年平均氣溫13.6℃，多年平均降水量751.3mm，多年平均水面蒸發(fā)量1217.6mm。

研究區(qū)面積約89.92km2，所在區(qū)域?qū)儆隰斘髋_(tái)隆山亭凸起區(qū)，由其西部的嶧山斷裂、北部的長龍斷裂、南部的桑村穹窿所控制。地層分布有太古界變質(zhì)巖，古生界寒武系、奧陶系、石炭系，中生界侏羅系，新生界古近系、第四系。依據(jù)含水層巖性及賦水特征，研究區(qū)主要?jiǎng)澐譃榈谒南邓缮r類孔隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組，兩含水巖組水力聯(lián)系密切。巖溶含水層發(fā)育有溶蝕裂隙，連通性好，具有統(tǒng)一的地下水流場，是典型的北方巖溶裂隙含水層，其水力狀態(tài)可用達(dá)西定律描述。

水源地中心位于研究區(qū)的西南部排泄區(qū)俞寨村附近。目前，水源地取水總規(guī)模達(dá)到80000m3/d。

3.2　地下水流模型構(gòu)建

利用GMS中的MODFLOW模塊建立研究區(qū)地下水流模型。

3.2.1　網(wǎng)格剖分及模型輸入

研究區(qū)采用100×100m2的網(wǎng)格剖分，剖分有效單元格為4198個(gè)。

研究區(qū)西南部邊界以嶧山斷裂為界，斷裂西側(cè)為不透水的侏羅系粉砂巖與砂質(zhì)泥巖互層，為隔水邊界；北部邊界以長龍斷裂為界，為隔水邊界；東南部邊界為桑村穹窿周圍的變質(zhì)巖、巖漿巖，只在淺部發(fā)育細(xì)密的風(fēng)化裂隙，導(dǎo)水性和富水性均差，可視為阻水邊界；研究區(qū)內(nèi)有一條河流發(fā)育，可視為定水頭邊界。

研究區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水入滲、地表水滲漏補(bǔ)給和東北部邊界側(cè)向徑流；主要排泄方式為人工開采和西南部邊界側(cè)向徑流；研究區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)參照該水源地水資源論證報(bào)告中資料選用。

3.2.2模型運(yùn)算結(jié)果

研究區(qū)地下水的整體徑流方向?yàn)楸睎|向南西，水力坡度沿徑流方向逐漸變小(見圖1)。

圖1　研究區(qū)地下水流場模擬結(jié)果

3.3　模型驗(yàn)證

選用某正常年份4個(gè)地下水位觀測井的實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，4個(gè)地下水位觀測井，最小誤差為0.14m，最大誤差為1.87m，模型計(jì)算水位與實(shí)際水位較為接近(見圖2)，模型模擬效果較好，所建立的模型可以描述研究區(qū)內(nèi)地下水流的實(shí)際情況。

圖2　觀測井實(shí)測值與計(jì)算值的比較

3.4　紅線劃定

利用MODPATH粒子反向追蹤法，在水源地中心位置釋放粒子，使粒子運(yùn)移100d以圈定該地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線(見圖3)。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

圖3　研究區(qū)地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線劃定結(jié)果

4結(jié)論與討論

(1)地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線是“生態(tài)保護(hù)紅線” 整體框架的重要組成部分，其劃定是實(shí)現(xiàn)“最嚴(yán)格的源頭

保護(hù)制度”的根本要求。本文建議以地下水飲用水水源一級保護(hù)區(qū)邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線，“紅線”內(nèi)按照飲用水水源一級保護(hù)區(qū)管理要求實(shí)施相應(yīng)措施。

(2)利用GMS中的MODFLOW和MODPATH模塊，構(gòu)建研究區(qū)地下水流模型，同時(shí)以水源地中心位置為釋放點(diǎn)進(jìn)行粒子反向追蹤，以粒子運(yùn)移100d所圈定的區(qū)域邊界作為地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線。但MODFLOW僅適用于地下水水力條件可用達(dá)西定律描述的區(qū)域。

(3)以滕州市某地下飲用水源地為例，劃定該水源地地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線。水源地中心位置距紅線最大距離為260m，最小距離為150m。

參考文獻(xiàn)：

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[6]陳學(xué)林，胡興林，王雙合，等.地下水飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水文，2013，06：68-71.

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項(xiàng)目資助：環(huán)保公益項(xiàng)目“華北平原典型地區(qū)地下水污染防控技術(shù)體系研究”(編號：201309004)

引用文獻(xiàn)格式：井柳新等.地下水源環(huán)境質(zhì)量紅線劃定技術(shù)方法研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(1)：55-57.

Technical Methods of Delimiting Groundwater Sources Environmental Quality Red Line

JING Liu-xinLIU Wei-jiangWANG Dong

(Department of Water Environmental Planning，Chinese Academy For Environmental Planning，Beijing 100012，China)

Abstract：Groundwater sources environmental quality red line is the important part of the “ecological protection red line” overall framework. It fully embodies the spirit of the Third Plenary Session of the 18th CPC Central Committee. The ground drinking water source protection area boundary should be the red line. Drinking water source protection area management requires should be implemented in the “red line” area. As an example of the underground drinking water in Tengzhou，groundwater sources environmental quality red line was delineated. Four observation wells were selected to validate the model. The results showed that the groundwater flow model could describe the actual situation of the study area. The smallest error was 0.14m and the maximum error was 1.87m. The area boundary of backtracking particle running 100d was the groundwater sources environmental quality red line. The maximum distance from the central position of groundwater source to the red line was 260m，and the minimum distance was 150m.

Keywords：environment；groundwater；red line；ecology；simulate

中圖分類號：X323

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1673-288X(2015)01-0055-03

作者簡介：井柳新，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)樗h(huán)境生態(tài)與環(huán)境規(guī)劃管理