中國地表水-地下水污染協同管理控制模式初探*

井柳新 孫愿平 孫宏亮# 劉偉江 王 東 吳悅穎

(1.環境保護部環境規劃院，北京 100012；2.中兵勘察設計研究院，北京 100053)

地表水與地下水是水的自然循環中的兩個重要組成部分，其存在著相互轉化關系，地表水與地下水環境質量息息相關。2015年4月，《水污染防治行動計劃》(以下簡稱“水計劃”)正式出臺，以重點流域水質和地下水質量為主要控制指標，統籌考慮地表水與地下水污染防治問題，要求到2030年，力爭全國水環境質量總體改善。為進一步控制中國水環境污染，實現“水計劃”目標，建立中國地表水-地下水污染協同管理控制模式尤為重要。

1 地表水與地下水的相互轉化

地表水與地下水關系密切，兩者相互依存、相互制約。中國很多流域河段都存在著地表水與地下水的相互補給。

濟南市平陰縣的浪溪河流域不同時期具有不同的地表水與地下水的補排關系。汛期時，地下水接受河水的補給；非汛期時，情況較復雜，主要受到上游水庫的影響[1]。

松花江下游干流段地區內地表水與地下水轉化頻繁，田浩然等[2]選用20年的數據資料，利用地表水水量平衡法和地下水水量均衡法，研究出該區域內的補給情況，即主要是地表水補給地下水，補給量為0.43億～0.48億m3。

張洪山[3]對沿淮淮北地區地表水與地下水相互轉化關系進行研究，結果表明，當河道水位高于地下水位時，地下水接受河流補給，地下水位自河邊分別向兩岸逐漸下降，且在距離河岸50 m內，地下水下降坡度較大。

王中根等通過對海河流域地表水與地下水相關數據分析，提出了地表水SWAT模型與地下水MODFLOW模型進行耦合的技術框架。同時，在流域地表空間，劃分了283個子流域和2 100個水文響應單元；在平原區地下空間，基于15種不同巖性剖分出若干網格；采用地理信息系統(GIS)建立流域地表水與地下水計算單元的轉換關系[4]。

2 污染物在地表水-地下水系統中的運移

由于地表水與地下水在某些地區存在著密切的相互轉化關系，一旦一方受到污染，另一方必然受到嚴重威脅。

劉相超等[5]運用水化學分析技術測定了梁灘河地表水和地下水水化學和硝酸鹽氮污染水平，結果表明，由于流域中上游地表水體受到了污染，地下水體受地表水體的影響，也出現嚴重污染現象，上游地下水硝酸鹽氮超標。

魏靜文對華北平原地下水與地表水的水文地球化學及氫氧同位素特征進行了分析。結果表明：山前黃壁莊水庫水滲漏補給地下水；沖洪積扇頂端到扇間的滹沱河河道帶附近的地下水接受河水補給；子牙新河河道帶地表水和地下水相互轉化頻繁；濱海平原受海水入侵的影響，大部分地表水和地下水中都有海水的混入[6]。

王俊杰研究了沈陽渾河傍河區域地下水的氮污染。結果表明：研究區南北部地下水存在不同的氮素來源；通過氮氧同位素分析表明，研究區地表水、地下水氮素的最主要來源為人為活動排放的糞便及污水；北部地下水的硝酸鹽氮主要來源于地表污染源的垂向入滲和上游地下水徑流，其比例分別為43.92%和27.37%；南部地下水的氨氮主要來源于渾河河水和上游地下水徑流，其比例分別為61.79%和38.06%[7]。

劉麗雅[8]深入研究了渾河傍河區地下水氮污染來源，發現研究區氨氮主要來源于渾河補給，其貢獻率為47.07%；硝酸鹽氮主要來源于地表污染源垂向入滲，貢獻率為52.39%。

3 中國地表水-地下水污染協同管理控制模式構建

不論是從水量角度還是從水質角度，地表水和地下水都是密不可分的，要想做好中國水污染防治工作，就要對地表水和地下水環境進行協同管理控制，要從法規監管、資源開發和污染控制等方面，構建中國地表水與地下水協同管理控制的水污染防治模式。

(1) 統籌規劃地表水-地下水污染防治，建立健全水環境監管體系。

“水計劃”提出了改善全國水環境質量目標，要“地表水”與“地下水”兩手抓，將傳統的“流域”概念進一步擴大，既包括地表水流域，也包括地下水流域，形成一個大流域系統下地表-地下統籌規劃體系。

監測技術體系構建是實現地表水-地下水水質聯合管控的第一要求。美國自1991年啟動國家水質評價計劃(NAWQA)，每10年對各大流域及區域地下水水質進行監測并評價，重點研究河水及地下水水質變化趨勢[9]。針對地下水監測布井密度大約為每100 km2一眼井，主要調查農業和城市地區已經或正在使用的殺蟲劑、營養物、揮發性有機物和金屬物質。

根據《2014年中國環境狀況公報》顯示，我國已對423條主要河流、62座重點湖泊(水庫)建立了國控地表水監測斷面并開展例行監測，基本掌握了我國地表水流域水質變化特征；而地下水監測點位僅有4 896個，監測精度遠低于美國等發達國家，目前實施的《地下水質量標準》(GB/T 14848—93)中僅包括39項指標，缺少針對有機物及重金屬等污染物的規定值。

我國水環境監管體系應優先注重地下水監測能力建設，在充分銜接“國家地下水監測工程”[10]中20 000余個監測點的同時，對工業園區、加油站及油庫、垃圾填埋場、危險廢物處置場、高爾夫球場、再生水灌區、礦山開采區等重點污染源建立點源監測網絡，實現區域-場地兩個層面的地下水環境監測體系；盡快修訂GB/T 14848—93，擴充國際關注的有機物及重金屬等指標；構建地表水-地下水環境監測評價體系和信息共享平臺，實現我國從地表到地下、從宏觀(區域尺度)到微觀(場地尺度)的水環境監管體系。

(2) 深化地表水-地下水水質水量相互轉化研究，構建地表水-地下水水源地聯合風險預警平臺，保障飲水安全。

地表水和地下水均為我國重要的飲水資源。我國北方很多城市都開采傍河地下水水源，就是利用地表水-地下水相互轉化關系和含水層的初步凈化能力，對地表水和地下水進行聯合開采。可見，構建地表水-地下水水源地聯合風險預警平臺尤為重要。

水環境模型模擬技術是目前研究熱點，是實現直觀數字化管理和水源地風險預警的重要手段。崔素芳[11]利用地表水SWAT模型和地下水MODFLOW模型進行耦合，對大沽河流域水環境進行了模擬預測，研究其水環境變化趨勢。張多純等[12]利用流域水文PRMS模型與地下水MODFLOW模型進行耦合，對沙潁河流域水資源進行了模擬，為未來該流域水資源綜合管理提供了重要支撐。王軍霞[13]以SWAT模型和MODFLOW模型的源代碼為基礎，用FORTRAN90語言編寫了耦合模型的程序，對江漢—洞庭平原地表水-地下水系統進行了模擬，基本摸清了該區域地表水-地下水之間水量、水質輸入的相應關系，為未來水資源調控和水污染防控提供參考。

表1 水體中有機物及重金屬處理技術比較

目前，我國的地表水-地下水聯合模擬預測技術仍停留在理論研究及個案研究階段，應加大這方面的科研支撐力度，在充分轉化現有成果的同時，進一步深入研究，研發一套適合于我國國情及水環境現狀的地表水-地下水聯合模擬預測技術體系，包括基礎數據庫建設、模擬軟件研發以及模擬信息平臺構建等，真正實現地表水-地下水環境的直觀數字化管理。

(3) 加大地表水-地下水污染防治科研力度，鼓勵開展針對有毒有害有機物、重金屬等人體健康風險較大指標的研究。

隨著經濟社會的快速發展，水中的污染成分越來越復雜，很多對人體健康風險較大的污染物頻頻出現，這一點在地下水中尤為突出。《華北平原地下水污染防治工作方案》顯示，我國華北平原局部地區地下水出現了汞、鉻、鎘、鉛等重金屬和苯、四氯化碳、三氯乙烯等有機物污染現象。地表“黑臭”水體的出現，也預示著地表水的治理不能僅停留于COD、氨氮、TN、TP等指標。因此，要鼓勵開展針對有毒有害有機物、重金屬等污染物降解技術的研究。

針對有毒有害有機物的降解技術主要包括物理、化學和生物處理技術3大類。王世忠[14]采用活性炭吸附聯合膜過濾技術，對給水工藝中消毒副產物前體物進行降解研究，給出了降解規律及工藝技術方案。張偉[15]采用無填料曝氣，對揮發性鹵代烷烴、鹵代烯烴、苯系物等揮發性有機物進行吹脫處理，得到了相應的工藝設計參數。相欣奕[16]采用氧化技術處理難降解有機污染物，發現了氯四環素的氧化降解機制，同時采用Fenton試劑和鐵炭內電解法處理垃圾滲濾液。HACK等[17]采用微生物降解技術去除苯酚、水楊酸、苯磺酸和碘美普爾，并研究了其降解機制。GANESH KUMAR等[18]成功從深海沉積物中提取富集微生物，降解復合烴類物質。

目前，國內外已有不少針對水體中有毒有害有機物、重金屬等污染物的處理技術，每種處理技術都有其特點及局限，表1為水體中有機物及重金屬處理技術比較。

很多處理技術的理論研究較深入，但缺乏工程實踐，還不能很好地解決我國目前面臨的水體中有機物及重金屬污染問題。未來應鼓勵將科學研究成果規范化、產業化，使其更好地服務于環境管理，同時要更加注重于技術篩選、單一技術優化和復合技術應用等研究。

4 結 語

地表水與地下水關系密切，是兩個相互依存、相互制約、相對獨立的水資源子系統。為全面做好中國地下水污染防治工作，就要對地表水和地下水環境進行協同管理控制。既要完善相關法律法規，建立地表水-地下水環境協同監測網絡；又要注重科學研究，提升地表水-地下水環境協同監管能力；從資源開發、污染控制等方面提出有效管理措施和技術手段，構建中國地表水與地下水協同管理控制的水污染防治模式。

[1] 尹瑩.基于GIS的浪溪河地表水-地下水相互作用研究[D].北京：中國礦業大學，2014.

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[3] 張洪山.沿淮淮北地區地表水與地下水相互轉化特點實驗資料分析[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2014，14(1)：33-35.

[4] 王中根，朱新軍，李尉，等.海河流域地表水與地下水耦合模擬[J].地理科學進展，2011，30(11)：1345-1353.

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[6] 魏靜文.華北平原地下水與地表水的水文地球化學及氫氧同位素特征分析[D].北京：中國地質大學(北京)，2012.

[7] 王俊杰.沈陽渾河傍河區域地下水氮素污染研究[D].北京：中國地質大學(北京)，2013.

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