美國的地下水水質監測

莫未民

經過近30年的地下水監測，美國聯邦政府最重要的科學機構“地球”已經收集到足夠多的數據，以確定該國較大含水層的受到長期污染趨勢。

經過監測研究，美國地質勘探局在地下水方面發現兩個趨勢，即氯化物和鈉的濃度在全國范圍內逐年攀升，而在加利福尼亞州和佐治亞州南部的農場地區，硝酸鹽的含量有所增加。

美國國會于1991年命令科學機構“地球”追蹤地下水水質的長期變化，這是有充分理由的。今天，該國約有1.55億人使用地下水作為飲用水。超這個數字的四分之一，大約4200萬人，使用的家族水井缺乏監管。

根據負責監測計劃的布魯斯·林賽的說法，美國沒有可以進行比較的長期國家地下水質量評估結果，因此美國的地下水長期監測具有歷史意義。但是該水質監測項目具有局限性。首先，它追蹤研究的污染物種類只有25種，相對較少，包括殺蟲劑、重金屬、營養物質和揮發性有機物。新的化學品，例如有毒的PFAS（全氟烷基和多氟烷基物質）化合物，已經發現存在于數百萬美國人的飲用水中，這引起了國會的注意，這樣重要的物質卻不包括在監測的范圍之內。其次，監測項目旨在泛泛了解該國比較大、比較重要的含水層污染情況，這些含水層多是大量用于灌溉和飲用水的含水層。美國的地下水質監測項目，就像一個使用了廣角的相機，捕捉到了一個大的圖景，但是具體的細節信息卻沒有捕捉到，其實，地下水的一些局部變化也非常重要。

其他研究人員正在收集更多證據，以證明一些別的站點可能會對地下水造成污染，例如垃圾堆、工廠、干洗店、地下儲油罐、軍事基地、機場等。由于這些站點的規模比較小，并沒有納入地下水監管體系，但這些站點可能對家庭水井、市政和農民使用的水井造成污染。

最近，一個非營利性組織發布的一份報告表明，該組織對265個煤灰坑進行了研究，超過90%的煤灰坑污染了附近的地下水，其中至少有一種化學品高于聯邦飲用水標準。與此同時，美國國防部有401個軍事基地，軍方官員懷疑其PFAS化合物被釋放到地下水中。

2013年，美國國家科學院對存在地下水污染的站點進行了更廣泛的調查，發現全國有超過12.6萬個站點的地下水需要清理。這些站點中大約10%的地下水污染范圍廣，地下水污染的治理在地質和技術上都具有挑戰性，恢復時間可能需要一個世紀。報告的主筆人馬歇爾·卡瓦認為，地下水污染的站點數量沒有大幅減少。

評估地下水的三個問題

美國地質勘探局地下水評估中的25種污染物之所以被選中，是因為它們在國家或地區的水平具有吸引力：至少有1%數量的飲用水井的樣本數據超過了聯邦健康標準，其問題可能是在地下水中檢測到的五種農藥，或者是檢測到有揮發性有機化合物。

評估地下水的三個問題是：國家地下水的質量如何？哪些因素會影響地下水水質？水質變得更好還是更差？

“我相信我們可以很好地回答第一個問題。”林賽說。第一個問題是個“狀態”問題，即美國的國家地下水的水質到底是好還是壞，這是第一個問題的含義，即單個時間點的水污染測量。地方、州和聯邦機構都有著自己的地下水網絡。這些地方上的地下水網絡與國家級網絡相聯，但是，地方地下水和國家級地下水網絡的聯通是一個緩慢的過程。

對于影響地下水水質的因素，哥倫比亞大學的研究人員可以回答這個問題，林賽補充道。例如，用于冬季城市道路除冰的鹽會增加地下水中氯化物的含量，而硝酸鹽污染主要是集約化耕作造成的。

林賽表示，從政策角度來看最重要的問題是第三個問題，“最難回答水質是變好了還是變差了。”

如何發現趨勢

美國地質勘探局設立了國家水質評估項目來回答這個問題，但到目前為止，國家水質評估項目只能提供部分答案。林賽解釋說，該項目提供了地下水水質的一個“快照”。這里有一瞥，十年之后同一個地方又有一瞥。兩輪抽簽取樣已經完成，第三輪正在進行中。

回答趨勢問題的能力，就是回答地下水水質到底是在變好還是在變壞，將會在下一輪抽簽取樣后大幅改善。

林賽提供的一個例子是波托馬克河流域。第二次采樣顯示了地下水中溶解的礦物質和鹽達到了峰值，但第三次采樣的結果卻顯示地下水中溶解的礦物質和鹽大幅下降。不同之處在于，第二次采樣是在干旱期間采集的，這會增加地下水中鹽的濃度。

“通過三次測量，我們才可以說某處的地下水質變化具有某種趨勢，而不只是改變。”林賽解釋道。

1988年至2001年期間，從5000多口井中抽取了第一批樣本，以便建立狀態問題的基線數據。從那時起，資金不足一直是維持該計劃的障礙。采樣的井和網絡數量從第一個周期的5000多口井減少到第二個周期的僅1500口井。減少的原因還在于采用了更先進的統計方法，所需要井的數量減少了。

到目前為止，只有14個網絡和355口井在這三個時期都被采樣。

“我們希望每年對每個網絡進行采樣，但這將超出我們的承受能力。”林賽說。

到目前為止，林賽看到監測網絡中地下水水質的變化很小。他說，這并不奇怪。網絡中的許多井都足夠深，地表的污染需要數年時間才能滲透到井水的深度。

“令人驚訝的是，我們只看到一個網絡發生了很大變化。”他說，三個采樣期唯一非常大的變化是加利福尼亞州中央谷的硝酸鹽增加，中央谷是該州農業的中心，也是地下水硝酸鹽污染長期受到關注的地區。