丹江口水庫水源區地下水環境調查與評價

收稿日期：2023-03-17；接受日期：2023-08-29

基金項目：湖北省自然科學基金地質創新發展聯合基金項目（2023AFD216）

作者簡介：劉茜，女，助理工程師，碩士，主要從事地下水資源環境調查評價與污染監測方面的研究。E-mail：lx20181101@126.com

EditorialOfficeofYangtzeRiver.ThisisanopenaccessarticleundertheCCBY-NC-ND4.0license.

文章編號：1001-4179（2024）03-0052-07

引用本文：劉茜，范威，江越瀟，等.丹江口水庫水源區地下水環境調查與評價［J］.人民長江，2024，55（3）：52-58.

摘要：

丹江口庫區是南水北調中線工程的核心水源區，為了持續抓好輸水沿線區和受水區的污染防治和生態環境保護工作，運用綜合評價分析方法，對水源區的地下水環境進行調查和采樣分析。結果表明：①丹江口水庫水源區共有20個潛在污染源，其中生活垃圾場共12個，尾礦庫共4個，閉坑礦洞廢水4個。②126組地下水樣品中，Ⅲ類水占比最高，為30%，其次為Ⅱ類水和Ⅳ類水，均占比24.5%，Ⅴ類水占比19%，Ⅰ類水占比最低，僅為2%；重度污染的Ⅴ類水有24組，主要分布在鄖陽區和竹山縣，鄖陽區主要超標指標為硝酸鹽、鋁等，竹山縣主要超標元素為鋅；中度污染的Ⅳ類水有31組，主要分布在房縣和丹江口市，房縣主要超標元素為鐵，丹江口市主要超標指標為硝酸鹽。③地下水中超標率較高的指標為鐵（18.0%）、硝酸鹽（12.5%）、鋁（11.7%）和鋅（10.9%）。研究結果可為該區域生態環境保護提供基礎支撐。

關鍵詞：

地下水環境；污染源；調查評價；丹江口水庫水源區

中圖法分類號：X523;X824

文獻標志碼：A" " " " " " DOI：10.16232j.cnki.1001-4179.2024.03.008

0引言

隨著社會經濟的發展，人類生產、生活所產生的廢液、廢渣大量排放，進一步造成了地下水環境惡化，嚴重威脅水源地安全［1］。丹江口庫區為南水北調中線工程，是國家戰略水資源保障區，擔負著緩解黃淮海平原水資源緊缺、保障“一泓清水永續北上”的艱巨使命［2-3］。對重點水資源保護區開展地下水環境調查與評價，不僅可以揭示地下水與環境的作用機制，還可為區域地下水資源可持續開發、利用及環境保護政策的制定提供科學參考［4-5］。

近年來，對丹江口水源地水資源的研究主要集中在水庫調水前后的地表水水質變化與水化學特征及整個庫區農業面源污染等方面［6-8］，對重點區域的地下水環境調查評價較少。龔世飛等［9］在2022年對丹江口水庫水源區進行了化肥施用分布特征及其環境風險評價研究，指出了丹江口水源涵養區化肥施用整體處于中等環境風險區間，對水源區環境造成了一定污染風險。地下水在循環過程中與土壤、地表水環境進行復雜的物質、能量和信息交換，其水質受地層巖性、地形地貌、土壤類型、地表徑流和人為活動等多種因素影響［10］。代貞偉等［11］對丹江口水庫老灌河流域的地下水水化學特征進行了分析，研究結果顯示，該流域受農業、養殖業、工業等人類活動影響，地下水中NO-3超標。左曉宇等［12］以十堰市為例，對湖北省西部山區地下水生態環境質量進行了研究，結果表明十堰市地下水環境質量分析項目中鋁、總硬度、氨氮等指標評價為Ⅲ類，水質總體質量較好，其中，鄖西元門村鋁、總硬度等2個指標評價為Ⅲ類，丹江口白龍泉鋁、總硬度、氨氮等3個指標評價為Ⅲ類，武當山大灣村鋁指標評價為Ⅲ類。

本文以丹江口水庫水源區為研究區，通過對該區域地下水環境進行調查和系統采樣，揭示丹江口水庫水源區地下水環境現狀，并進一步分析超標指標以及污染原因，為地下水資源開發利用與生態環境保護提供基礎支撐。

1材料與方法

1.1研究區概況

丹江口水庫水源區范圍介于31°50′N～33°27′N，109°43′E～111°58′E，全區版圖面積2.36萬km2，下轄鄖陽區、張灣區、茅箭區、鄖西縣、丹江口市、房縣、竹山縣以及竹溪縣。2022年，丹江口水庫水源區總人口約1374萬人，國內生產總值4873億元。區內地貌類型多樣，以低山丘陵為主，西部山體眾多，平均地勢較高，東部由于庫區和漢江支流的存在，地勢較低。研究區屬亞熱帶季風性溫和半濕潤氣候，多年平均氣溫保持在15.4℃，2021年平均降雨量為1133.5mm。

研究區內主要出露地層年代跨度較大，變質巖是區內分布最為廣泛的地層，主要的巖石類型為片巖、板巖等。研究區內地下水的運移受到了地層巖性、構造發育以及地貌等條件的限制，地下水多沿著構造裂隙帶、巖層裂隙運移，在低山、高山等地區，地下水受重力影響多向地勢較低的洼地、溪溝及河流排泄，而在丹江口水庫周邊，地下水則多向水庫及其附近支流排泄［13］。

1.2樣品采集與分析測試

研究區共采集地下水樣品126組，采樣時間為2022年7～8月，采樣點類型多為機民井、專門長觀孔以及泉等，井深介于5～100m不等，采樣點布置根據地下水流向、污染源分布狀況，采取點面結合的方法，在供水水源地周邊、人口密集區、污染嚴重地區適當加密。現場測試地下水水溫、pH、電導率等指標。采集的地下水樣水溫為14～20℃，pH在6.7～8.9之間，電導率為300～1500μS/cm。地下水化學類型較單一，主要以HCO3-Ca·Mg型為主。取樣統一采用100mL無色聚乙烯塑料瓶，采集后的水樣在24h內帶回湖北省地質實驗測試中心，用0.45μm的微孔濾膜過濾后保存待測。樣品運輸過程中避免陽光照射，嚴格控制與其他物體的接觸。采樣點位置分布見圖1。

1.3評價標準與方法

本次評價指標包括硫酸鹽、氯化物、鐵、銅、鋅、鋁、氨氮、硫化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物、鉻共計12種組分，水質分級標準采用GB/T14848-2017《地下水質量標準》中各檢測指標標準值，將地下水質量按單項指標劃分為五級，地下水綜合評價根據地下水質量單指標評價結果的最高類別確定，并指出最高類別的指標。

Ⅰ類，主要反映地下水化學組分的天然低背景含量，適用于各種用途；

Ⅱ類，主要反映地下水化學組分的天然背景含量，適用于各種用途；

Ⅲ類，以人體健康基準值為依據，主要用于集中式生活飲用水水源及工、農業用水；

Ⅳ類，以農業和工業用水要求為依據，除適用于農業和部分工業用水外，適當處理后可作生活飲用水；

Ⅴ類，不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。

2結果與分析

2.1丹江口水庫水源區地下水環境調查結果

經初步調查，丹江口水庫水源區共有20個潛在污染源，其中生活垃圾場共12個，尾礦庫共4個，閉坑礦洞廢水4個，詳見圖2。生活垃圾場規模在800～200000m2不等，主要位于丹江口市、竹山縣、鄖陽區、鄖西縣以及竹溪縣，其中影響較大的丹江口市浪河鎮垃圾填埋場，下游水井地下水水質分析結果為Ⅳ類水，屬于中度污染，污染指標有：氨氮（0.14mg/L）、六價鉻（0.01mg/L）、亞硝酸（0.23mg/L）、鐵（0.95mg/L）。4個尾礦庫污染源分別位于丹江口市、鄖陽區、鄖西縣以及竹山縣，其中，竹山縣雙臺鄉銀洞村西溝尾礦庫總庫容約300萬m3，尾礦庫的廢水、污水對下游溪水可能產生較大污染風險。4個閉坑礦洞廢水污染源位于鄖西縣和竹山縣，其中鄖西縣馬鞍鄉馬鞍山鉛鋅礦導致周邊一處生活用水水源輕度污染，泉水中鉛含量為0046mg/L，鋅含量為1.74mg/L，屬于Ⅳ類地下水標準；竹山縣得勝鎮界嶺村與文峪河村交界地帶風洞子硫鐵礦，在閉坑后的礦洞涌水自流排出，見有黃色沉淀物，測得周邊地下水pH為6.6，呈酸性，影響面積約2km2。

2.2丹江口水庫水源區地下水綜合評價結果

綜合評價結果顯示，重度污染的Ⅴ類水有24組，占比19.0%，主要分布在鄖陽區和竹山縣，鄖陽區主要超標指標為硝酸鹽、鋁等，竹山縣主要超標元素為鋅。中度污染的Ⅳ類水有31組，占比24.5%，主要分布在房縣和丹江口市，房縣主要超標元素為鐵，丹江口市主要超標指標為硝酸鹽。

Ⅲ類水有38組，占比最高，為30.0%，主要分布在鄖陽區、竹山縣、竹溪縣等地區。Ⅱ類水有31組，占比24.5%，主要分布在房縣、丹江口市、鄖陽區等地；Ⅰ類水占比最低，僅為2組，占比約為2.0%，分布在竹溪縣和房縣，詳見表1。

2022年丹江口水庫水源區地下水綜合評價結果表明：水源區地下水環境整體良好，以Ⅱ、Ⅲ類水為主，但部分地區，比如：竹山縣得勝鎮、秦古鎮以及雙臺鄉，竹溪縣蔣家堰鎮、中峰鎮及天寶鄉，房縣門古寺鎮，丹江口市浪河鎮、土關埡鎮、龍山鎮以及三官殿街道，鄖西縣香口鄉、馬安鎮、夾河鎮以及關防鄉，鄖陽區楊溪鋪鎮和茶店鎮等，由于尾礦庫礦渣堆放、垃圾處理廠滲濾液以及廢棄礦坑涌水等污染源，對地下水環境危害較大，地下水水質以Ⅳ、Ⅴ類水為主，詳見圖3。

由圖4可知，126組地下水采樣檢測點中超標組分包含硫酸鹽、鐵、鋅、鋁、氨氮、硝酸鹽、氟化物。超標率大于10%的指標有鐵、硝酸鹽、鋁和鋅。其中，鐵的超標率最高，超標率約18.0%，其次為硝酸鹽（125%）、鋁（11.7%）和鋅（10.9%）。實地調查發現，附近居民生活污水及工業污水排放，可能導致部分區域淺層地下水硝酸鹽、鐵、鋁、鋅等超標。

2.3丹江口水庫水源區超標組分分析

2022年地下水中超標率較高的指標為鐵、硝酸鹽、鋁和鋅，超標率均超過10%。下面對這4個典型指標進行單獨質量評價分析。

（1）鐵。

丹江口水庫水源區地下水中鐵離子濃度在0.04～2.28mg/L之間，鐵離子濃度為Ⅰ類的地下水占比為57%，鐵離子濃度為Ⅱ類和Ⅳ類的地下水占比均為17%，鐵離子濃度為Ⅲ類的地下水占比為7%，鐵離子濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為2%，詳見圖5。

由圖6可知，丹江口水庫水源區鐵離子濃度為Ⅰ類的地下水分布最廣，濃度為Ⅳ、Ⅴ類的地下水主要位于鄖陽區、竹溪縣、丹江口市、房縣、張灣區等地。

（2）硝酸鹽。

丹江口水庫水源區地下水中硝酸鹽濃度在0.020～71.739mg/L之間，硝酸鹽濃度為Ⅰ類的地下水占比為33%，硝酸鹽濃度為Ⅱ類的地下水占比為34%，硝酸鹽濃度為Ⅲ類的地下水占比為20%，硝酸鹽濃度為Ⅳ類的地下水占比為6%，硝酸鹽濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為7%，詳見圖7。

由圖8可知，丹江口水庫水源區硝酸鹽濃度為Ⅰ、Ⅱ類的地下水分布最廣，其中硝酸鹽濃度為Ⅰ類的地下水主要位于竹山縣、竹溪縣、房縣、鄖西縣等地，硝酸鹽濃度為Ⅳ、Ⅴ類的地下水主要位于丹江口市、茅箭區、鄖陽區、房縣等地區。

（3）鋁。

丹江口水庫水源區地下水中鋁離子濃度在0.040～1.418mg/L之間，鋁離子濃度為Ⅰ類的地下水占比約為70%，無Ⅱ類取樣點，鋁離子濃度為Ⅲ類的地下水占比為17%，鋁離子濃度為Ⅳ類的地下水占比為10%，鋁離子濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為3%，詳見圖9。

由圖10可知，丹江口水庫水源區鋁離子濃度為Ⅰ類的地下水分布最廣，濃度為Ⅴ類的地下水主要位于鄖陽區、竹溪縣等地區，濃度為Ⅳ類的監測點主要位于鄖陽區、竹溪縣、房縣、鄖西縣等地區。

（4）鋅。

丹江口水庫水源區地下水中鋅離子濃度在0.0001～6.3440mg/L之間，鋅離子濃度為Ⅰ類的地下水占比約為83%，鋅離子濃度為Ⅱ類的地下水占比為5%，鋅離子濃度為Ⅲ類的地下水占比僅為1%，鋅離子濃度為Ⅳ類的地下水占比為3%，鋅離子濃度為Ⅴ類的地下水占比為8%，詳見圖11。

由圖12可知，丹江口水庫水源區鋅離子濃度為Ⅰ類的地下水分布最廣，主要位于鄖陽區、丹江口市、房縣、茅箭區、張灣區等大部分地區，鋅離子濃度為Ⅴ類的地下水主要位于竹山縣和竹溪縣等地，鋅離子濃度為Ⅳ類的地下水主要位于竹山縣、竹溪縣、鄖西縣等地區。

3討論

丹江口水庫水源區地下水中超標率較高的指標為鐵（18.0%）、硝酸鹽（12.5%）、鋁（11.7%）和鋅（10.9%）。分析討論其超標原因有以下幾個方面：

（1）地下水水質是地下水與周圍巖土之間長期相互作用的結果，其形成受含水層的巖性與物質組成、地下水的補徑排條件以及地下水的氧化還原環境等多因素影響。其中，地下水中鐵的遷移與富集主要受原生沉積環境影響，即與地下水含水介質及其上覆土層中的鐵含量有關［14］。研究表明地下水處于相對封閉的還原環境（低Eh值）有利于沉積物中鐵氧化物的溶解釋放，導致地下水中鐵濃度上升，地下水中鐵主要以低價態的Fe2+的形態存在［15］；除此之外，含水層中鐵的遷移還受地下水的酸堿度影響。通常情況下，Fe2+較容易從地層中進入地下水，而Fe3+（鐵氧化物）相對難以從地層中進入地下水。然而，隨著酸堿條件的改變，當環境逐漸朝酸性條件發展時，Fe2+、Fe3+都將變得更加容易進入地下水中［16］。

相關研究資料表明，鐵超標可能與該地區原生性水質較差有關。地下水中Fe2+、NH3-N濃度都與氧化還原電位具有負相關趨勢，隨著氧化還原電位的升高，Fe2+、NH3-N濃度降低，表明還原環境更有利于原生劣質地下水的形成。研究區全新統和上更新統地層含有較豐富的鐵、錳成分，常見有鐵錳質結核，多以鮞狀或小球粒狀出現，在水巖相互作用過程中，含水層一直處于還原環境，Fe2O3被還原并以二價離子形態運移至地下水中，形成了區域地下水鐵離子的超標現象。

（2）在礦山工程的開采過程中，排水工程會破壞地下含水層，造成大量的地表水快速向地下滲透，改變地表水、地下水的流向，打破水資源循環的自然平衡狀態，礦山中的污染物質也會隨之對地下水環境造成嚴重威脅［17-19］。有研究表明采礦活動會對地下水和地表水造成不同程度的污染，在礦山開采及人口密集區附近，地下水組分中溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽（SO2-4）、硝酸鹽（NO-3以氮計）含量較高［18］。2022年十堰市共計調查了4個尾礦庫以及4個閉坑礦洞，調查發現一些尾礦庫存在建設年代久遠、管理不到位，已廢棄或停用，部分金屬礦以及尾礦庫沿河分布，存在地下水侵浸、尾礦泄露等環境隱患，比如：位于竹山縣得勝鎮的硫鐵礦、鄖西縣馬鞍鄉的鉛鋅礦等，可能引起該區域地下水中Fe、Zn、Al等元素超標。

（3）由于大量的生活污水、垃圾、糞便等排放后含有大量的有機及無機氮化合物，當它們進入土壤、地表水環境中后，在向地下水轉移的過程中，經一系列化學反應及微生物作用，首先生成NH+4，NH+4在氧化條件下很不穩定，經亞硝化生成NO-2，再經硝化而生成較穩定的NO-3［20］。有研究表明，降雨時農田徑流帶入地表水體的氮化物占各種活動排放入水體氮素的51%，施氮肥地區氮素的流失比不施地區高3～10倍；通過河道側向補給地下水的水源具有較高的含氮量［21］。野外實地調查中發現丹江口市、茅箭區以及鄖陽區的部分地區農業和養殖業較發達，大量施用化肥，部分養殖場將含有大量含氮有機物的動物排泄物沿河道隨意堆放，可能是導致該區域地下水NO-3濃度超標的主要原因。

（4）除此之外，垃圾填埋場也會對地下水造成污染威脅，導致下游區域淺層地下水中NO-3、Al3+等離子超標。垃圾填埋場主要影響因子是垃圾滲濾液，其次為填埋場的地表徑流污水，轉化為滲濾液或流經地表與滲濾液匯合最終滲入地下，從而對地下水環境造成污染［22-23］。另外，十堰市包含石化、冶金等13類工業污染源，工業廢水的排放也會對丹江口水庫水源區地表水-地下水環境系統產生較大危害。

為了控制污染，水源區要以保護生態環境為中心，合理開發利用地下水資源，使水源地經濟發展與人口資源環境相協調，使經濟、生態、社會效益相統一。

目前，丹江口水庫水源區地下水監測、調查評價工作與服務流域安全之間存在不平衡、不充分等差距。為確保“一庫清水北送”，充分發揮地下水基礎保障作用，還需加強丹江口水庫水源區地下水-地表水一體化監測網絡建設，支撐丹江口庫區生態環境安全。

4結論

（1）經初步調查，丹江口水庫水源區共有20個潛在污染源，其中生活垃圾場污染源共12個，尾礦庫污染源共4個，閉坑礦洞廢水污染源4個。生活垃圾場主要位于丹江口市、竹山縣、鄖陽區、鄖西縣以及竹溪縣，尾礦庫污染源分別位于丹江口市、鄖陽區、鄖西縣以及竹山縣，閉坑礦洞廢水污染源位于鄖西縣和竹山縣。

（2）丹江口水庫水源區地下水綜合評價結果表明，Ⅲ類水占比最高，為30%，其次為Ⅱ類水和Ⅳ類水，均占比24.5%，Ⅴ類水占比19%，Ⅰ類水占比最低，僅為2%。超標組分中鐵的超標率最高，超標率約18%；其次為硝酸鹽、鋁、鋅等指標，超標率均超過10%。

（3）丹江口水庫水源區地下水中鐵離子濃度在0.04～2.28mg/L之間，鐵離子濃度為Ⅰ類的地下水占比為57%，分布范圍最廣；鐵離子濃度為Ⅱ類和Ⅳ類的地下水占比均為17%，鐵離子濃度為Ⅲ類的地下水占比為7%，鐵離子濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為2%，Ⅳ、Ⅴ類的地下水主要位于鄖陽區、竹溪縣、丹江口市、房縣、張灣區等地。

（4）丹江口水庫水源區地下水中硝酸鹽濃度在0.020～71.739mg/L之間，硝酸鹽濃度為Ⅰ類、Ⅱ類的地下水占比分別為33%和34%，分布范圍較廣；硝酸鹽濃度為Ⅲ類的地下水占比為20%，硝酸鹽濃度為Ⅳ類的地下水占比為6%，硝酸鹽濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為7%，Ⅳ、Ⅴ類的地下水主要位于鄖陽區、丹江口市、茅箭區、房縣等地區。

（5）丹江口水庫水源區地下水中鋁離子濃度在0.040～1.418mg/L之間，鋁離子濃度為Ⅰ類的地下水占比約為70%，分布范圍最廣；鋁離子濃度為Ⅲ類的地下水占比為17%，鋁離子濃度為Ⅳ類的地下水占比為10%，鋁離子濃度為Ⅴ類的地下水占比僅為3%，主要位于鄖陽區、竹溪縣等地區。

（6）丹江口水庫水源區地下水中鋅離子濃度在0.0001～6.3440mg/L之間，鋅離子濃度為Ⅰ類的地下水占比約為83%，分布范圍最廣；鋅離子濃度為Ⅱ類的地下水占比為5%，鋅離子濃度為Ⅲ類的地下水占比僅為1%，鋅離子濃度為Ⅳ類的地下水占比為3%，鋅離子濃度為Ⅴ類的地下水占比為8%，主要位于竹山縣和竹溪縣等地。

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（編輯：劉媛）