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更为重要的是,项目组创建了水文地质结构系统理论,并利用该理论指导建设了怀柔、平谷、张坊、昌平等4个应急地下水水源地,自2003年开始至今,累计增加供水约30亿方,每年解决300万人生活用水。以南水北调中线从河北省调水水价核算,相当于节省调水费用81.6亿元。著名水文地质学家陈梦熊院士对此评价:该理论推动了中国地下水系统理论研究的进展。
此外,项目组研发了MODFLOW并行版软件,通过美国地调局测试,发展了TOUGH2-EOS3的力学耦合模块并通过美国能源部测试,这些软件在国内外得到广泛应用,提升了地下水模拟评价水平。基于地下水资源安全评价成果,提出了水源地的续采与涵养方案,及南水北调来水后城区地下水水厂的可持续利用方案。相关论文发表在Environment Science Technology等国际知名期刊上,影响因子高达5.6。
摸清地下水的污染规律
北京的地下水污染情况如何?污染源在哪?分布在哪些地区?“以前都是两眼一抹黑。”贺国平说。
项目组在国内率先开展全市地下水污染调查,应用单体同位素有机污染源辨识技术、双同位素硝酸盐源定量辨识技术、地下水多因素污染源综合辨识技术,探明了地下水污染的时空分布规律及与地下水水质的响应关系,建立了污染源数据库,编制了《北京市地下水资源普查及水环境评价图集》,成果受到北京市委市政府高度重视。
依据项目成果,市水务局实施了农村安全饮水工程,保障了分布在“四高”(高氨氮、高硝酸盐、高氟、高砷)水地区30万农村人口的饮用水达标。
在北京大约有4千多眼废弃机井,大多开凿于上世纪六七十年代,井深从几十米到百余米不等,解决了当地的农业灌溉和农民饮水问题。近年来,由于地下水位下降等原因,这些井出水量衰减严重,有的井已经干涸,逐渐被废弃。贺国平告诉记者,一旦污水、垃圾进入机井,就会污染地下水。
为此,项目组提出废弃机井的封填和自备井水质改善工程方案,保障了地下水源安全。依据项目成果,制定的《北京市地下水保护和污染防控行动方案》,2013年经北京市政府批准发布实施。
迎难而上 治理污染
“地下水作为可再生资源,其更新频率和自净过程非常缓慢,一旦被污染,所造成的环境与生态破坏,往往长时间难以逆转。”刘培斌告诉记者。
有研究机构公布数据显示,一根普通灯管如果碎裂被埋入土中,其汞含量仅能沾满一根圆珠笔笔头,却可以污染1800吨地下水。
“在技术上,想要完全净化已被污染的地下水极其困难。治理过程也极其漫长,治理成本也相当高昂。”刘培斌说。
项目组迎难而上,于2009年在北天堂垃圾填埋场开展了生态修复工程示范研究。在垃圾场修复工程的施工、运行、监测中,研究人员克服沼气、重度污染等危害开展了3年的试验,研发了多项污染修复技术,并建立了示范工程。据监测,北天堂非正规垃圾填埋场区域地下水监测点“三氮”浓度显著降低,试验区域地下水水质得到明显改善。项目还实施了多因素影响下地下水氮污染修复、典型地区地下水有机污染等多处示范工程,均取得良好的效果。
项目组研发了土壤石油烃污染场地的监测、试验、模拟与评价成套技术方法,提升了我国石油烃污染研究与修复的技术水平。研发了受污染地下水深度净化组合脱氮系统及工艺方法、再生水抗生素去除技术、污染土壤深层搅拌—热空气注入的原位修复系统及方法等近20项国家发明专利,为北京市地下水污染防控与修复提供了重要的技术支撑。项目组还在全国其他地区承揽了10项水土污染修复工程,合同额13.5亿元,有力推动了我国地下水污染防控与修复领域的技术进步和产业发展。
创建水源保护新模式
作为首都的生态屏障,山区小流域承担着涵养水源、保护美丽家园的责任,更担负着保障2000余万居民清洁生活用水的重任。
为此,项目组创立了“生态清洁小流域”水源保护新模式,提出了构筑“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线,坚持污水、垃圾、厕所、河道、环境同步治理,建设生态清洁小流域的思路,并编制了全国第一部《生态清洁小流域技术规范》。生态清洁小流域建设于2010年写入中央一号文件,在全国推广。
在水源保护区,北京市坚持溯源治污,源头护水,建设生态防护坝、河岸库滨植被过滤带,改造排洪渠,恢复湿地,有效拦截了随径流、泥沙进入水体的各种面源污染,涵养水源、净化水质,保护了饮用水源。
据了解,北京目前已建成生态清洁小流域285条。“实施生态清洁小流域建设,使水源区基础设施和人居环境得到明显改善,既减少了面源污染对地表水的影响,也有效保护了地下水资源。”刘培斌说。
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