京津冀地区地下水污染防治现状、问题及科技发展对策

在线监测设备及技术的研发方面，美国、荷兰等国家在20世纪90年代即已开始重点研发地下水在线监测技术及设备，比较有代表性的包括荷兰的Diver系列、美国的Level Troll系列及日本的KOSHIN-DL-N-Series系列等，实现了地下水数据的实时监测[28].在国家重大科学仪器设备开发专项“地下水采样与检测一体化移动式设备研发与应用项目”(No.2013YQ060721)、环保公益科技专项“地下水污染监控预警与事故应急技术体系研究”(No.201409030)等项目支持下，我国针对地下水采样与实时监测技术和设备，研发了包含重金属铬、苯系物等20多种污染物的快速检测一体化地下水无扰动采样设备，并构建了适用于我国的地下水污染预警技术框架、应急监控管理的联动机制与响应流程，以及突发污染事故的应急管理技术[29-31].国内外现有研发的在线监测设备，可实现水位、水温、电导率以及部分水化学指标的在线读取、存储和分析.这些前期的基础条件，均为京津冀地区的地下水污染监测预警体系建设奠定了技术和理论基础.

2.3 京津冀地区地下水污染治理技术发展与应用

从20世纪70年代开始，欧美发达国家在化工行业及填埋场污染地下水的修复材料、技术和装备方面进行了一系列的研究工作，积累了较多的成果[32-34].荷兰政府在20世纪80年代就投入15×108美元进行土壤修复技术的研究和工程应用试验;德国政府在1995年投资60×108余美元进行污染土壤修复工程实施;美国通过超级基金制度从20世纪80年代初开始，至2009年已经投入数百亿美元开展土壤和地下水的修复工作.目前，西方发达国家在场地修复技术与装备研发、工程应用以及产业化方面日趋成熟，已成功应用于不同污染状态下的场地治理工程，形成了完备的监管体系、政策法规、技术集成和材料装备产业化综合体系，为构建京津冀地区典型场地地下水污染修复技术政策体系提供了借鉴[35].

在“九五”至“十二五”期间，我国已开展了典型化工场地及填埋场、加油站等地下水污染调查、修复和应急处理的相关研究，积累了丰富的理论与技术成果，初步形成了典型行业与场地的地下水污染防治技术体系.在污染物空间刻画方面，形成了系统的污染场地调查、精确识别和风险评估体系[36-37];在地下水污染扩散阻断方面，研制了立体防渗、抗腐蚀物理阻截材料，创建了物理化学和生物双层可渗透反应墙等修复技术[38];在污染场地地下水污染治理方面，针对地下水的有机污染、重金属污染等突出问题，研制了双层活性介质材料、双层过硫酸盐缓释材料等多种针对典型场地地下水中污染物降解的修复材料[39-42]，为发展和完善京津冀地区地下水污染场地的修复技术体系提供了重要技术基础.

在地下水污染治理技术的场地应用方面，京津冀地区已针对化工行业重点污染区域内的污染场地开展了大量地下水污染调查和修复工作.据统计，在京津冀地区已完成的化工污染场地调查项目有21个，已完成的场地修复工程项目有50余项，包括北京化工三厂土壤修复工程、北京红狮涂料有限公司北厂区污染土壤处置工程、北京化工二厂土壤修复工程、北京炼焦化学厂南厂区土壤修复工程等.这些工程主要采用水泥窑焚烧固化处理、阻隔填埋处理、固废填埋处理等修复技术对场地的污染土壤进行处理和修复，修复后的场地土壤各项指标经检测均符合居民土壤健康风险评价建议值标准，为开展京津冀地区地下水污染防治工程示范提供了良好的经验基础.

2.4 京津冀地区地下水安全回补技术体系研发状况

围绕地下水资源的可持续利用，国外尤其是澳大利亚、美国等在地下水回补关键技术、风险防范等方面开展了大量工作，建立了相关技术规程，为京津冀地区典型区域回补和风险管控实践提供了技术借鉴.早在19世纪初，美国及欧洲一些国家开展了回补方面的基础研究工作，至20世纪初，已经开展一系列的地下水人工回灌工作，如美国的ASR系统、比利时的SAT系统等地下水回补工程至今仍运行良好，很大程度上提高了地下含水层的补给水源，恢复了生态环境[43-45].

我国在京津冀地区也开展了一定的地下水回补试验研究工作.北京市曾多次开展不同入渗途径的地下水人工调蓄的试验研究，先后建立了廖公庄均衡试验场、西黄村人工回灌试验站和雨洪利用示范工程等;南水北调水源进京后，在潮白河地区开展了试验性回补，估算了河道的入渗强度和地下水环境影响范围，评价了南水北调水源入渗对地下水水质的影响，为京津冀地区地下水安全回补技术体系研发提供了重要经验.

3 京津冀地区地下水污染防治研究方向与目标

京津冀地区污染场地地下水污染问题突出、风险大，严重威胁饮用水安全和人体健康，已成为城镇化建设和京津冀协同发展过程中亟需解决的重大问题. “十三五”期间，亟需以改善京津冀地区地下水水质、提升地下水污染防治技术与管理水平为总体目标，以京津冀地区地下水污染防控与管理技术为出发点，按照“顶层设计-监测与平台支撑-重点行业示范-系统风险防控-管理政策”的研究思路，形成适用于遏制京津冀地区地下水污染趋势的污染风险管控、污染治理技术体系和综合保障方案，为京津冀地区地下水污染防治工作提供系统的技术体系和管理支撑，综合提高京津冀地区的地下水环境质量管理水平和污染修复治理能力.

3.1 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

3.1.1 系统识别京津冀地区地下水污染特征

京津冀地区已经开展过较多的地下水污染调查工作，但在污染区刻画方面存在精度不高、边界模糊、未考虑污染物迁移特性和驱动机制等问题，需要综合考虑水文地质单元、地下水运移特征、土地利用过程等多要素耦合关系，构建地下水污染因素链与行业特征关键参数相耦合的京津冀地区地下水污染分类分区方法，科学划分京津冀地区地下水污染分区和污染等级，系统识别京津冀地区地下水污染特征，明确京津冀地区地下水污染现状与空间分布，这是明确地下水污染防治重点区域和行业的前提.

3.1.2 精准判定京津冀地区地下水污染风险源

地下水污染风险源识别是地下水污染调查的主要任务，也是地下水污染防治规划与地下水环境分级管理的基础.京津冀地区地下水污染源点多面广，污染防治难度大，因此，建立基于京津冀地区地下水污染源分布特征的地下水污染风险源识别与强度评价技术方法，精准识别京津冀地区地下水污染风险源并形成重点风险源防控清单，对京津冀地区地下水污染源的分类防控尤为重要.

3.1.3 科学辨识京津冀地区地下水污染过程及其主控因子

地下水污染过程是一个多来源、多路径链接、多介质组合、多因素影响、多时间重叠的复杂过程.不同种类的污染物与复杂环境因素的组合，极大地增加了地下水污染作用及其过程的复杂性和识别难度，造成了地下水污染防控方向不明、措施不力.因此，以重点区域地下水特征污染物为研究对象，通过数值模拟和野外试验等研究方法，识别京津冀地区地下水污染过程，分析污染源要素、地形因素、含水层因素等对污染物迁移转化过程的影响程度，识别特征污染物地下水污染过程主控因子，探明地下水污染来源和驱动机制，是正确优选地下水污染防控对象、准确切断污染路径和科学采取管控措施的关键.

3.1.4 建立京津冀地区重点行业地下水优先控制污染物清单

京津冀地区产业结构复杂，重点行业如化工、冶炼、垃圾填埋场等排放的污染物种类繁多，然而针对京津冀地区的地下水优先控制污染物的清单研究基本是一片空白.因此，结合该地区的具体特点(如产业结构、污染源分布、水文地质条件等因素)，识别京津冀地区地下水特征污染物，分析特征污染物的毒性效应和环境行为，建立基于环境和毒性综合指标的优控污染物的筛选原则及多层次筛选模型，确定京津冀地区地下水优先控制污染物清单，是有效开展京津冀地下水环境监管和污染综合防治的必要前提.

3.1.5 明确京津冀地区地下水污染风险区划

京津冀地区地下水污染风险区划工作的进度仍远远落后于地下水环境质量提升和科学管理决策的迫切需求，地下水污染风险水平和等级不清，严重影响京津冀地区地下水环境管理工作效率.因此，构建京津冀地区地下水污染风险评估体系，明确京津冀地区地下水污染风险区划，将为京津冀地区地下水污染风险分级管控提供强有力的技术支撑.

3.1.6 形成京津冀地区地下水污染全过程防治技术体系与防控方案

尽管目前已经在不同层面开展了有关京津冀地区地下水污染防治技术和方案的研究，但尚未形成系统完整的地下水污染防治技术方案，导致污染防治工作缺乏系统性和针对性.制订京津冀地区地下水污染防治技术方案，形成京津冀地区地下水污染防控与修复技术优化方案和指南，是提高京津冀地区地下水污染防治与管理水平的关键.

3.2 突破京津冀地区地下水污染精确识别与监测技术，提升地下水环境监控与预警能力

3.2.1 突破地下水污染精确识别与优化监测技术

突破京津冀地区地下水污染精确识别与优化监测技术，是提升地下水环境监管能力的基础.目前，我国水利、国土和环保部门均在京津冀地区开展了地下水监测网的建设工作，但不同业务主管部门、不同空间尺度的地下水环境监测网、同一监测网的不同类型监测井之间缺乏协同与优化，严重制约了京津冀地区地下水环境监管能力提升，亟需研究不同空间尺度地下水污染识别与监测井优化方法，建立地下水污染精确识别与优化监测技术体系.

3.2.2 构建不同尺度地下水污染监测预警技术体系

创建地下水污染监测预警技术体系，是提高地下水污染应急和风险防范的重要手段.针对京津冀地区不同空间尺度的地下水系统污染指标多样、指标阈值差异较大，污染物在包气带-含水层间的迁移转化机制尚不明晰等问题，需开展京津冀地区不同空间尺度地下水系统污染监测预警技术体系研究，建立地下水污染监测预警综合指标体系，确定地下水系统污染预警阈值，研发包气带-含水层污染迁移协同模拟技术，为地下水系统污染监测、风险预警和污染防控与强化修复提供关键指标、工艺参数和预警模型技术支撑.

3.2.3 突破分层连续采样和多因子快速监测设备与数据传输关键技术

针对地下水污染原位监测技术方法落后、监测指标不科学、系统监测网缺失的现状，亟需研发地下水污染原位监测技术、小型化便携式地下水多层采样设备和多因子在线监测设备，构建基于物联网的多维度、多尺度地下水水位、水质等污染相关数据动态采集、远程传输技术体系，为京津冀地区地下水污染监测网建设提供技术支撑和装备保障.

3.2.4 建立地下水污染监控预警与数字化技术平台

搭建地下水污染监测预警及数字化技术平台，是地下水污染防控、饮用水安全保障科学决策和信息化管理的基础.受地下水污染关键指标提取分析技术、地下水数据分析技术的制约，目前京津冀地区缺乏能业务化运行并可复制、可推广的地下水污染监测预警及数字化、可视化平台，亟需建立立体多维度地下水污染监测与预警体系，形成模块化、标准化监测预警与数据信息处理平台，实现地下水污染监测预警及数字化平台业务化运行，为地下水安全保障与信息化建设、决策管理提供技术支撑平台.

3.3 针对京津冀地区重点区域和行业，研发地下水污染源头阻控与污染修复成套技术

3.3.1 研发场地尺度地下水污染准确识别与快速诊断技术

京津冀地区的地下水污染场地存在污染监测井布点不合理、监测指标不科学等问题，制约了地下水污染诊断的及时性与准确性，因此需开展地下水污染过程、范围及程度的识别研究，研发污染准确识别与快速诊断技术，提升典型污染场地调查评估的科学性、可操作性和经济性.

3.3.2 突破地下水污染源头控制与总量削减技术

地下水污染的源头控制与总量削减是地下水污染修复的关键环节.对于污染物源头长期存在的污染场地，需开发源头控制技术;对于污染源头已经去除的污染场地，污染物以自由相形式或介质吸附的形式长期存在于地下水含水层，需开发污染物总量削减技术，最大程度地从源头阻止污染物进入地下水.

3.3.3 创新复杂地质条件污染物高效径流阻断技术

针对京津冀地区污染物浓度高、水文地质条件复杂的地下水污染场地，亟需开展适应性强的高效径流阻断技术研究，研发兼具防渗性与兼容性的阻断材料、高效稳定安全的反应型阻截材料、优化的水力截获技术，遏制污染场地地下水污染向周边扩散的趋势.

3.3.4 研发绿色可持续修复材料与技术方法

京津冀地区污染场地污染物积累量大、释放周期长，并具有多样性和复杂性的特点，现有的原位修复材料针对污染羽修复处理效果差、成本高、易产生二次污染，亟需根据污染场地规模、地层性质、污染物成分及浓度的不同，研究提高修复效率的缓释材料和低成本的原位修复绿色功能材料，并通过对衰减能力的评估与长期自然衰减监控效果的评估，结合水文地质条件、水化学及同位素技术，分析污染物自然衰减过程中挥发、微生物降解和吸附等作用，研发低耗高效的强化自然衰减技术.

3.3.5 突破地下水污染修复关键技术组合与优化集成

京津冀地区典型污染场地水文地质条件及污染状况复杂，一般都存在复合污染问题，如化工场地和垃圾填埋场，单一的修复技术在应用于复杂地层和复合污染情况下的修复效率低下，无法有效解决复合污染问题.因此，结合京津冀地区污染场地的污染特征和水文地质条件，开发高效及适应性强的地下水强化修复与组合技术，是提升当前污染场地地下水污染修复水平的迫切需求.

3.3.6 结合工程示范形成地下水污染修复规范性指导文件

京津冀地区污染场地地下水污染修复工程应用较少，尚未形成“系统调查-源头削减-过程阻断-污染修复-优化管理”全过程、系统性的管理技术支撑体系，亟需开展污染场地地下水污染防治工程示范，从地下水污染防治的系统性、整体性、全过程出发，结合京津冀地区的地下水污染修复规划和污染场地的分布特点、地下水污染特征，选取典型的污染场地开展地下水污染防治工程示范，建立京津冀地区污染场地地下水污染修复技术体系，建立符合京津冀地区地下水污染特点的最佳可行性技术清单和地下水污染防控、修复技术标准与工程技术规范，形成可复制、可推广的工程技术模式和场地修复技术方案，推动京津冀地区地下水污染防控与修复工程技术应用.

3.4 开展回补区适宜性和环境风险评估，建立安全、协同、高效的回补技术体系

3.4.1 开展京津冀地区地下水回补潜力与适宜性分区研究

开展京津冀地区地下水水源地回补潜力与适宜性评价研究，是科学划定地下水回补区，保障后续风险精准防控的基础.京津冀地区由于地下水长期超采，形成了大面积的降落漏斗，同时也腾出了巨大的储存空间，因此亟需从京津冀地区地下水水源地的整体布局和可持续安全供水角度出发，分析影响地下水回补水量和水质的关键场地特征参数，科学准确地评价地下水源地的环境状况和回补潜力，筛选出回补潜力大的地下水水源地，开展地下水水源地回补潜力与适宜性分区评价，形成适宜回补的地下水水源地清单及适宜性排序.

3.4.2 构建地下水回补区污染风险识别与管控技术体系

构建地下水回补区污染风险识别与风险管控技术体系，是安全回补和低风险回补的技术保障.京津冀地区的回补水源主要为南水北调水、雨洪水和再生水，而我国对上述不同水源回补地下水过程中可能引起的风险以及管控技术尚未开展过系统研究.因此，开展对不同回补水源在不同回补条件下的地下水污染风险识别与风险管控技术的研究，可为地下水资源回补与水质协同控制提供重要技术保障，亦可为京津冀地区地下水饮用水源的安全保障提供科技支撑.