京津冀地区地下水污染防治现状、问题及科技发展对策

摘要：地下水作为京津冀地区重要的战略水资源和饮用水源，其超采问题和环境质量恶化趋势一直未能得到有效遏制，严重危及该区域饮用水安全与可持续发展.为加快我国生态文明建设，落实《水污染防治行动计划》等国家重点战略，围绕改善京津冀地区地下水环境质量现状目标，分析了京津冀地区地下水环境存在的四点主要问题：①地下水污染严重，缺乏科学的风险管控与污染防治策略;②地下水污染源点多面广，污染监管体系亟待完善;③地下水污染分类治理技术集成创新与工程示范亟待开展;④地下水超采问题突出，迫切需要研发地下水安全回补技术.在此基础上，系统地梳理了京津冀地区已有的地下水环境管理基础，并提出“十三五”期间京津冀地区地下水污染防治的4个研究方向：①开展地下水污染特征识别与系统防治研究，完善京津冀地区地下水污染防治顶层设计;②突破地下水污染精确识别与优化监测技术，提升京津冀地区地下水环境监管能力;③研发技术经济最优的源头阻控与污染修复成套技术，提升污染场地地下水修复治理能力;④开展回补区适宜性与环境风险评估，建立协同高效的安全回补技术体系.研究成果可为提升京津冀地区的地下水环境质量管理水平、保障京津冀地区饮用水安全提供技术与管理支撑.

关键词：京津冀地区地下水 地下水系统防治 污染监控预警 地下水安全回补 地下水污染修复

Strengthening the Innovation Capability of Groundwater Science and Technology to Support the Coordinated Development of Beijing-Tianjin-Hebei Region: Status Quo, Problems and Goals

XI Beidou, LI Juan, WANG Yang , TANG Jun , HONG Hui

Abstract: As an important strategic water resource and drinking water source in the Beijing-Tianjin-Hebei Region, groundwater has not been effectively curbed in its over-exploitation problem and environmental quality deterioration, which seriously endangers the sustainable development and the safety of drinking water of the region. In order to accelerate the construction of ecological civilization and implement important national strategies such as the 'Water Pollution Prevention Action Plan', focusing on improving the quality of groundwater environment in Beijing-Tianjin-Hebei Region, the four main problems of groundwater environment in the Beijing-Tianjin-Hebei Region were analyzed:(1) Groundwater is seriously polluted, and lacks scientific risk management and pollution control strategies; (2) Groundwater pollution sources are wide-ranging, pollution supervision system needs to be improved; (3) Integrated innovation and engineering demonstration of groundwater pollution classification and treatment need to be carried out; (4) The problem of groundwater over-exploitation is serious, and there is an urgent need to develop groundwater safety replenishment technology. The existing groundwater environmental management foundations in the Beijing-Tianjin-Hebei Region were systematically sorted out, and four research directions and objectives of groundwater pollution prevention and control in the '13th Five-Year Plan' were proposed:(1) Carry out research on groundwater pollution acteristic identification and systematic prevention, and improve the top-level design of groundwater pollution prevention and control; (2) Develop breakthrough technologies for accurate identification and monitoring of groundwater pollution and improve the groundwater environmental monitoring capability in the Beijing-Tianjin-Hebei Region; (3) Research and develop source control and pollution repair technologies to improve the groundwater remediation capacity of contaminated sites; (4) Carry out replenishment suitability and environmental risk assessment of the replenishment area, and establish a coordinated and efficient technology system for safe replenishment. The research results can provide technical and management support for improving the groundwater environmental quality management level and ensuring drinking water safety in the Beijing-Tianjin-Hebei Region.

Keywords: groundwater in Beijing-Tianjin-Hebei Region groundwater pollution supervision groundwater safety replenishment groundwater system prevention site groundwater pollution remediation

地下水是重要的战略水资源，在保障饮用水供给和生态环境安全方面具有重要的现实和长远意义，特别在京津冀地区，地下水是重要的供水资源，75%以上城镇生活饮用水均来自地下水，地下水环境质量是京津冀地区的饮水安全与社会经济发展的重要保障.然而，京津冀地区地下水面临着水质污染和水量超采严重的双重挑战，并且存在地下水修复技术落后、监管能力不足等诸多问题，再加上近年来地下水污染事件频发，使得地下水环境安全受到严峻挑战[1]. 2014年2月，习近平总书记就京津冀协同发展中的水资源保护问题作出了明确指示，提出要坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的水资源、水生态、水环境管理原则. 《国家十三五规划纲要》《水污染防治行动计划》《土壤污染防治行动计划》《京津冀协同发展规划纲要》《全国地下水污染防治规划(2011—2020年)》《华北平原地下水污染防治工作方案(2012—2020年)》等均着力布局京津冀地区地下水安全保障工作[2-5].为落实国家在京津冀地区的地下水安全保障战略，改善京津冀地区的地下水环境质量现状，客观分析和科学判断京津冀地区地下水环境质量现状和存在问题，明确地下水环境质量改善的切入点、着力点和突破点，确定“十三五”期间京津冀地区地下水污染防治研究方向与目标，具有重要的理论和实践指导意义.

1 京津冀地区地下水环境污染现状与存在问题

1.1 地下水环境质量状况不容乐观，缺乏科学的风险管控与污染防治策略

京津冀地区地下水环境质量状况不容乐观.根据“全国地下水基础环境状况调查评估”项目2013年的调查结果，京津冀地区有72%的浅层地下水受到污染，且深层地下水污染风险正在逐年加大，总体水质呈逐年恶化趋势(见图 1).京津冀地区浅层地下水重金属污染指标以砷、铅、铬为主，污染比例为7.98%;浅层地下水挥发性有机物污染较为严重，污染比例为29.17%，主要污染指标依次为1, 2-二氯丙烷、四氯化碳、苯、1, 2-二氯乙烷、苯乙烯等.统计数据显示，自2010年以来，京津冀地区地下水中三氮质量浓度逐步升高，部分区域的地下水中甚至出现了致癌、致畸、致突变污染指标[6].另据《2017年中国生态环境状况公报》，2017年全国5 100个地下水监测点中，水质为较差级和极差级监测点占66.6%，主要超标指标为总硬度、锰、铁、溶解性总固体、三氮、硫酸盐、氟化物、氯化物等，个别监测点存在砷、六价铬、铅、汞等重(类)金属超标现象[7].目前对重点区域和行业污染源与地下水污染相关关系不明、成因不清，并且缺乏科学的污染风险管控和污染防治策略，因此亟需在顶层提出京津冀地区地下水污染防治技术框架、思路和战略体系.

1.2 地下水污染源点多面广，地下水污染监测预警体系亟待完善

京津冀地区地下水污染源点多面广，工业园区、填埋场、加油站、生活、农业污染源均大量分布[2].据调查，区域内分布有1.26×104个地下水污染源，涵盖加油站、垃圾填埋场、危废处置场、矿山开采区、高尔夫球场和再生水农用区等多种污染源类型.加之地下水污染具有隐蔽性、复杂性和不可逆性等特点[8]，因此, 京津冀地区面临的地下水污染风险和防控压力十分巨大.然而长期以来，由于对地下水污染防治的重要性和紧迫性认识不足，部分地区地下水污染监测网布设密度不够，缺乏针对典型污染源的监测网络，难以查清地下水污染现状;地下水监测层位不足，多针对浅层地下水进行监测，缺乏对地下水三维空间的立体分层监测;地下水环境监测指标不足，不能准确的反映地下水污染问题;地下水监测方法落后，未能实现多指标在线监测，很多地区仍采用人工检测的方式进行监测[9-11].现有的监测网布设密度、监测层位、监测指标和监测方法等均不能满足京津冀地区的地下水环境监控与预警需求，亟待构建和完善京津冀地区地下水污染监测预警体系，将区域地下水监测网的监测精度提升至1 :50 000.

1.3 地下水污染修复难度大，亟待开展技术集成创新与工程示范

京津冀地区典型污染场地水文地质条件及污染状况复杂，存在无机盐、重金属、有机污染物和病原菌的多组分复合污染问题，地下水修复技术选择难度大，单一修复技术存在修复效率低、污染易反弹等问题[12-13].地下水污染防控与修复技术与装备落后，国产化水平低，无法满足京津冀地区地下水污染防治需要.亟需结合京津冀地区污染场地的污染特征、水文地质条件和社会经济水平，开发高效及适应性强的地下水污染强化修复与组合技术.

1.4 地下水超采问题突出，迫切需要研发地下水安全回补技术

京津冀地区水资源匮乏，多年平均水资源量只有3.70×1010 m3，不足全国的1.3%，却承载了全国约10%的人口.由于地表水资源严重不足，地下水已成为京津冀地区工农业和生活用水的主要供水水源，占区域供水量的70%以上[8].地下水长期大量开采导致京津冀地区地下水超采严重(见图 2)，形成了世界上面积最大的“华北平原-环渤海复合大漏斗”，诱发了严重的地面沉降、地表裂缝等地质灾害[14].近20年来，京津冀地区已累计超采9.00×1010 m3，其中浅层地下水3.50×109 m3，超采面积达8.66×104 km2，超采造成部分区域的地下水水位差接近30 m，诱发了400多条地裂缝[15].南水北调和雨洪作为回补京津冀地区地下水的重要水源，对有效解决地区地下水资源短缺和超采问题意义重大，而目前地下水回补适宜区分布工艺技术、工程实施与风险防控尚处于探索阶段，针对不同水源回补地下水后造成回补区水动力场、水温度场、水化学场变化而引起的二次污染问题、回灌堵塞问题以及相应的风险管控措施尚未开展过系统的研究，缺乏地下水安全回补技术标准和污染风险防控政策，因此亟需构建适宜的地下水安全回补技术体系[16-17].

2 京津冀地区地下水环境管理技术发展现状

2.1 京津冀地区地下水污染风险管控和污染防治策略已初步形成

自20世纪70年代以来，欧美等发达国家在地下水污染防治方面相继启动了地下水保护与污染防治行动计划，开展了大量系统的技术研究与工程应用实践，针对地下水污染控制与修复制定了一系列较为完善的技术规范、指南和标准. 2006年，欧盟出台了《欧盟地下水指令》，该文件是欧盟地下水环境管理和保护的纲领性文件，确立了欧盟地下水污染防治的框架和目标，为了实现该目标，欧盟各成员国制定了相应的实施计划和最佳技术指南等.美国、加拿大和日本等国家针对地下水污染控制与修复制定了一系列较为完善的技术规范、指南和标准，用以指导地下水修复决策、修复目标制定、修复技术实施、监测及效果评价等行动.国外这些地下水污染控制与修复的指南和标准，为京津冀地区地下水修复顶层设计、综合决策和修复技术实施、监测等提供了科学指导和重要基础[18-19].

近年来，我国对地下水污染防治工作高度重视，相继出台了《全国地下水污染防治规划(2011—2020年》和《华北平原地下水污染防治工作方案》等地下水污染防治文件，提出了未来我国和华北平原地下水环境保护总体目标;同时，在国家“863”计划、环保公益专项等项目支持下，针对典型工业园区、有机化学品泄漏场地、城市生活垃圾填埋场、高风险污染场地等重点地下水污染防治对象，开展地下水环境状况调查、污染过程识别、风险评估等研究，初步建立了相关的风险评价、污染防控方法，为地下水污染防治技术方案和管理政策的制定提供了重要支撑[20-24]. 2014年以来，生态环境部(原环境保护部)陆续编制印发了《地下水环境状况调查评价工作指南(试行)》《地下水污染模拟预测评估工作指南(试行)》《地下水健康风险评估工作指南(试行)》《地下水污染防治区划分工作指南(试行)》《地下水污染修复(防控)工作指南(试行)》《饮用水水源保护区划分技术规范》《环境影响评价技术导则地下水环境》等标准规范，科学指导、推动各地开展地下水污染调查评估、防治区划分、规划评估、污染修复等工作.已取得的地下水污染状况调查、污染识别、风险评估成果，对构建京津冀地区地下水污染防控关键技术及管理政策体系提供了良好的基础[13, 25-26].

2.2 初步形成京津冀地区地下水污染监测预警体系

自20世纪70年代以来，京津冀地区就已开展了地下水水位、水量和水质监测.目前，河北省共有地下水监测井752眼(承压水井133眼)，其中, 5日观测井603眼，逐日观测井130眼，开采量观测井130眼，水质观测井421眼.天津市共有地下水常规监测井422眼，控制着第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组及第Ⅴ组以下各含水岩组地下水动态，各监测层组站网密度：第Ⅰ组183.84 km2/眼、第Ⅱ组79.47 km2/眼、第Ⅲ组161.08 km2/眼、第Ⅳ组195.41 km2/眼、第Ⅴ组及第Ⅴ组以下238.4 km2/眼.监测项目主要包括水位埋深、开采量、水质、水温等.北京市针对地下水含水层建立监测井822眼，针对工业开发区、垃圾填埋场等重点污染源建立监测井360眼，总数达1 182眼，达到了1 :50 000的立体分层监测精度[27].到2019年底，北京市将实现山区-平原全域覆盖、岩溶-裂隙-第四系全覆盖、无机-有机并重的监测体系，为京津冀地区地下水监测体系形成提供了坚实基础.