“密懷順地區(qū)的地下水污染以排污河道線狀污染為主，局部地區(qū)存在硝酸鹽氮超標現(xiàn)象。”在密懷順平原區(qū)調(diào)研時，“京津冀地下水污染特征識別與系統(tǒng)防治研究”課題組專家說。

密懷順平原區(qū)是北京市重要的供水水源地，八廠水源地、懷柔應(yīng)急水源地等地下水水源地均位于這一區(qū)域內(nèi)，其地下水水質(zhì)的重要性不言而喻。

而這里，只是京津冀地區(qū)的縮影。地下水作為京津冀區(qū)域重要戰(zhàn)略水資源和飲用水源，超采嚴重且污染形勢嚴峻，危及京津冀區(qū)域用水安全。

針對京津冀地區(qū)地下水污染形成機制及演變趨勢不清、戰(zhàn)略布局和關(guān)鍵技術(shù)體系不完善等問題，水專項“京津冀地下水污染特征識別與系統(tǒng)防治研究”課題著眼京津冀地下水污染防控與修復，由中國環(huán)境科學研究院總工程師席北斗研究員擔任課題負責人，中國環(huán)境科學研究院、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院、中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、同濟大學、中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所、清華大學、成都理工大學、中持水務(wù)股份有限公司等8家單位攜手，共同為京津冀地下水安全保障提供科技支撐。

精準識別污染特征，明確防控發(fā)力點

地下水環(huán)境質(zhì)量控制至關(guān)重要。

根據(jù)《2017年中國水資源公報》，我國供水結(jié)構(gòu)中，地下水源供水量為1016.7億立方米，占總供水量的16.8%。“盡管地下水源供水占比不到20%，但由于我國北方城市多為地表水、地下水混合供水，供水人口比例相對較高。”生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院水環(huán)境規(guī)劃部主任助理劉偉江說。

但長期以來，京津冀地區(qū)的區(qū)域、行業(yè)地下水污染狀況、成因和形成機制不明確，成為掣肘地下水污染防治目標實現(xiàn)的重要因素。

“《國家十三五規(guī)劃綱要》《水污染防治行動計劃》《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》《全國地下水污染防治規(guī)劃（2011-2020年）》和《華北平原地下水污染防治工作方案（2012-2020年）》等國家戰(zhàn)略均在著力布局京津冀地下水安全保障工作。”席北斗道出京津冀地下水安全保障的重要意義。

謀定而后動。要開展地下水污染防治，必須率先明確地下水污染特征，進行分類分區(qū)，識別與評估地下水污染源。

課題組以“六五”國家重點科技攻關(guān)項目《華北地區(qū)及分區(qū)地下水水質(zhì)評價及水源保護研究報告》為基準，對2006-2009年地質(zhì)調(diào)查項目“華北平原地下水污染調(diào)查評價”樣品檢測結(jié)果進行地下水系統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計分析，確定了京津冀地下水“三氮”、重金屬和有機指標的對照值。基于對照值，選取三氮、重金屬、揮發(fā)性有機物、半揮發(fā)性有機物指標共45項，對京津冀平原區(qū)的淺層地下水污染進行評價分級。

工欲善其事，必先利其器。針對典型行業(yè)與地下水污染關(guān)聯(lián)性分析，課題組基于地質(zhì)統(tǒng)計學和貝葉斯方法構(gòu)建了一套模型。通過對京津冀地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集、污染指標關(guān)聯(lián)分析測算和評估數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，可以實現(xiàn)在線污染來源概率分析以及污染分級計算。

以滹沱河平原區(qū)為研究對象，課題組利用模型對比了2006-2009年與2019年的淺層地下水樣品監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域淺層地下水中有機污染指標含量明顯下降，主要的污染指標仍是“三氮”，其中硝酸鹽氮污染有明顯惡化的趨勢。通過構(gòu)建面狀分布指標的地下水污染插值分區(qū)方法和非面狀分布指標的單點影響范圍分區(qū)方法，課題組還劃分了地下水硝酸鹽氮的面狀污染分區(qū)和重金屬、有機物的非面狀污染分區(qū)。

“識別風險源，必須精準。”課題組專家說。而精準的背后，是對京津冀區(qū)域內(nèi)各類污染源及其分布狀況的詳細調(diào)查，是區(qū)域尺度和城市尺度風險源的科學識別方法。

在區(qū)域尺度上，課題組構(gòu)建了涵蓋污染源種類K（包括毒性、衰減能力、遷移性等）、污染物產(chǎn)生量Q、污染物釋放可能性L（有無防護措施、有無泄漏）及污染緩沖半徑D等4個指標的污染源評價體系。

在城市尺度上，課題組從污染風險源自身的屬性和污染風險源的排放量兩個方面考慮污染風險源的危害性。結(jié)合國家技術(shù)規(guī)范和目前地下水污染源分類研究進展，識別了京津冀區(qū)域內(nèi)工業(yè)源、生活源、農(nóng)業(yè)源、廢物處置類、地下設(shè)施類和地表水體六大類污染源。

綜合考慮污染物遷移性、毒性特征、降解性、排放濃度、排放量、防范措施和釋放可能性指標，課題組構(gòu)建出地下水污染風險源強度評價指標體系，確定了重點研究區(qū)各污染源的貢獻率，地下水污染風險源清單就此形成。

清單顯示，在北京順義區(qū)，高風險源為工業(yè)源，貢獻率過半，中風險源為農(nóng)業(yè)源，貢獻率約1/4。在天津靜海區(qū)，高風險源同樣為工業(yè)源，但貢獻率高達77.49%，其余風險源則為低風險源。而石家莊滹沱河平原區(qū)的高風險源則是生活源，貢獻率近半，較高風險源為工業(yè)源，貢獻率約為1/3。

解析地下水污染過程，突破關(guān)鍵節(jié)點

京津冀地區(qū)地下水污染的形成機制和影響因素是什么？優(yōu)先控制污染物有哪些？如何識別？過去，這些問題都是京津冀地下水污染治理工作中的“攔路虎”。

這意味著，地下水污染過程識別與成因分析、優(yōu)控污染物識別與清單構(gòu)建勢在必行。

課題組研究發(fā)現(xiàn)，京津冀區(qū)域主要存在大氣降水滲入污染型、河流或渠道滲入污染型、滲坑/水塘污染型、垂向優(yōu)勢通道污染型和地下水水位回升污染型5種地下水污染模式。

從區(qū)域維度來看，大氣降水滲入污染型主要分布在除地表水體外的華北平原區(qū)；河流或渠道滲入污染型主要分布在太行山、燕山山前至濱海的河道帶或人工渠系；滲坑/水塘污染型主要分布在白洋淀周邊及濱海區(qū)域；垂向優(yōu)勢通道污染型主要存在于點狀污染源與水井并存區(qū)、油田油井分布區(qū)；地下水水位回升污染型主要存在于地下水壓采區(qū)。

通過對京津冀地區(qū)區(qū)域尺度及場地尺度地下水污染調(diào)查評價成果進行分析，課題組形成了不同污染情景模式下的因子分類清單。

課題組創(chuàng)新結(jié)合包氣帶與飽水帶，構(gòu)建了主控因子識別目標函數(shù)，形成了基于數(shù)值模型和敏感度分析的主控因子識別方法。采用Hydrus 2D/3D軟件，模擬了不同污染情景模式下的地下水污染過程，分析了污染過程的主控因子。

例如，大氣降雨入滲模式下，主控因子是包氣帶吸附系數(shù)、彌散度和包氣帶土壤容重，而季節(jié)性河流驅(qū)動模式下，主控因子則是地下水水位變化幅度。

隨著污染過程逐漸明晰，課題組將目光投向優(yōu)先控制污染物清單。

要建立優(yōu)先控制污染物清單，必須首先了解污染物的種類，從中加以篩選。課題組扎實分析了京津冀地下水特征污染物清單、國內(nèi)外優(yōu)控清單、國內(nèi)外飲用水質(zhì)量標準、水環(huán)境質(zhì)量標準、生活污水排放標準、文獻等資料，確立了含有197種污染物的京津冀優(yōu)先控制污染物初始名單。其中包含49種揮發(fā)性有機物（VOC）、116種半揮發(fā)性有機物（SVOC）、22種重金屬和10種其他類污染物。

197種污染物，究竟哪些才是優(yōu)先控制污染物？

課題組結(jié)合文獻調(diào)研、模型驗算和室內(nèi)實驗，開展了污染物環(huán)境效應(yīng)研究。

一方面，課題組確定了14個毒性端點，評估了京津冀地下水優(yōu)控污染物初始名單中每種污染物的一般毒性（急性和慢性毒性）、特殊毒性（致癌致畸致突變性）和內(nèi)分泌干擾性等指標，建立了毒性效應(yīng)數(shù)據(jù)庫。

另一方面，課題組利用8個環(huán)境行為參數(shù)，評估了京津冀地下水優(yōu)控污染物初始名單中各污染物的環(huán)境排放量和污染程度、遷移性、降解性和生物累積性等指標。基于包氣帶和飽水帶的二維水流-溶質(zhì)運移模型，課題組綜合考慮污染物在水中的擴散系數(shù)、地下水孔隙結(jié)構(gòu)的彎曲度、污染物在土壤中的吸附-解析平衡，鑒定了反映地下水中優(yōu)控污染物遷移性的特征因子，修正了污染物在地下水中的遷移行為，建立了污染物環(huán)境行為數(shù)據(jù)庫。

摸清每種污染物的環(huán)境效應(yīng)后，課題組更進一步，分別利用潛在危害指數(shù)法、密切值法、層次分析法3種方法，對重點研究區(qū)及典型行業(yè)的地下水優(yōu)控污染物進行了篩選。通過對比分析，初步建立了京津冀重點區(qū)域的地下水優(yōu)控污染物清單。

以密懷順研究區(qū)為例，課題組形成了含有89種優(yōu)控污染物的清單，其中包含16種金屬元素和73種有機物。

“這份清單涵蓋了填埋場、化工行業(yè)、冶煉行業(yè)等重點行業(yè)污染場地以及有機物、重金屬、無機鹽、微生物等類型的污染物，與國內(nèi)外重點關(guān)注的污染物名單及相關(guān)標準具有較高一致性。”課題組專家介紹。

“多虧了課題組，有了優(yōu)先控制污染物清單，我們的地下水環(huán)境監(jiān)管和污染綜合防治工作才能有的放矢，才能有抓手。”地方生態(tài)環(huán)境部門的同志表示。

劃定風險分區(qū)，科學管控風險

“身邊沒有井，總感覺地下水與自己有距離。”這或許是不少人對地下水的印象。實際上，如果地下水被污染，不僅會對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生深遠危害，而且修復需要的時間也相當漫長。因此，防控地下水污染風險十分重要。

知己知彼，方能百戰(zhàn)不殆。長期以來，京津冀地區(qū)地下水污染風險不清、缺乏風險管控措施的問題一直存在，是保證地下水安全必須啃下的“硬骨頭”。

但可能造成地下水污染的風險很復雜，要想精準識別風險并不容易。

收集資料、調(diào)研采樣、分析檢測、室內(nèi)試驗、地質(zhì)鉆孔建井……課題組通過大量實際工作，構(gòu)建了耦合風險源綜合危害性、地下水脆弱性、地下水功能價值的多要素評價模型。

有了這個模型，評價工作隨之展開。

課題組結(jié)合京津冀“山前平原-中部平原-濱海平原”等不同區(qū)域的水文地質(zhì)特征，主要考慮地下水埋深、含水層凈補給量、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)、地形坡度、包氣帶介質(zhì)類型、含水層滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)，確定了地下水的脆弱性。

而針對飲用水、農(nóng)業(yè)或工業(yè)用水等不同的地下水使用功能和環(huán)境管理目標，課題組建立了綜合考慮水質(zhì)、水量、含水層深度等多因素的地下水功能價值評估方法。

隨后，以多因素綜合評價方法為基礎(chǔ)，課題組利用層次分析法、迭置指數(shù)法，建立京津冀地下水污染風險分級分類方法，并對京津冀平原區(qū)、北京密懷順平原區(qū)、石家莊滹沱河平原區(qū)等區(qū)域進行了地下水污染風險區(qū)劃。

研究發(fā)現(xiàn)，京津冀平原區(qū)地下水污染風險等級呈現(xiàn)出自西部山前至東部濱海平原逐漸降低的趨勢，北京、石家莊、保定、唐山等山前地區(qū)地下水污染風險相對較高，污染源集中區(qū)域、沖洪積扇上游以及水源地分布區(qū)的地下水污染風險普遍較高。

在此基礎(chǔ)上，課題組提出了“以防為主、綜合施策、突出重點、分類防治”的地下水污染風險分級防控基本原則，結(jié)合地下水污染風險區(qū)劃結(jié)果將京津冀平原區(qū)劃定為嚴格防治區(qū)、一般防控區(qū)和系統(tǒng)保護區(qū)。針對不同等級地下水污染風險防控分區(qū)，分別提出了“治理措施為主”“防控措施為主”和“制度控制為主”的地下水污染風險防控策略，并按照區(qū)域、城市和場地3個尺度，提出了地下水污染風險的管控技術(shù)對策，形成了京津冀地下水污染風險識別分級與分類管控體系，并發(fā)布了《集中式地下水飲用水水源地補給區(qū)污染源強評價與分級技術(shù)指南（試行）》團體標準。

同時，為了實現(xiàn)京津冀地下水污染風險信息化管理，課題組還開發(fā)了“京津冀地下水污染風險分級管控技術(shù)平臺”，讓京津冀區(qū)域全面開展地下水污染頂層設(shè)計、分區(qū)防治，讓地下水污染源分類監(jiān)管更加智慧。

地下水如何安全回補也是課題組重點關(guān)注的問題之一。

“由于長期持續(xù)大規(guī)模開采，北京形成的地下水巨大虧空及局部地下水漏斗區(qū)依然會在一定時期內(nèi)存在。”北京市水務(wù)局相關(guān)負責人表示。

“并不是所有地區(qū)都適合回補。”課題組專家說。從識別京津冀地區(qū)地下水適宜回補區(qū)的角度入手，課題組基于水文地質(zhì)條件的分析，系統(tǒng)梳理了京津冀平原區(qū)含水層巖性結(jié)構(gòu)、蓄水和給水條件，甄別地形地貌、包氣帶介質(zhì)與含水砂層分布、厚度以及粒徑特征等，掌握了京津冀平原區(qū)水文地質(zhì)特征與包氣帶巖性結(jié)構(gòu)特征，確定了京津冀地區(qū)優(yōu)先回補、可控回補和禁止回補地段。

用理論指導實踐，以實踐驗證理論。課題組選取了滹沱河平原區(qū)作為重點區(qū)域，開展地下水位、水質(zhì)長期監(jiān)測工作，監(jiān)測回補過程中地下水水化學演化規(guī)律、流場演化規(guī)律、水巖相互作用以及人類活動影響下水質(zhì)變化規(guī)律，結(jié)合地下水回補過程和作用機制，建立不同回補水源水質(zhì)與地下水位抬升過程中物理-化學環(huán)境改變對地下水水質(zhì)影響的關(guān)鍵因素鏈，建立了環(huán)境約束條件對京津冀地下水回補影響評估與環(huán)境風險防控技術(shù)體系。

構(gòu)建技術(shù)體系，完善頂層方案設(shè)計

在梳理京津冀地下水風險源時，課題組發(fā)現(xiàn)，規(guī)模以上工業(yè)行業(yè)在京津冀區(qū)域內(nèi)分布數(shù)量多、廢水體量大，對區(qū)域地下水環(huán)境具有一定的污染風險。

“結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)文件對重點行業(yè)的界定，我們確定了化學原料和化學制品制造業(yè)、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、金屬制品業(yè)和非金屬礦物制品業(yè)等7個行業(yè)，作為京津冀地下水污染重點行業(yè)。”課題組專家介紹。

考慮到地下水污染防治工作的復雜性和長期性，地下水質(zhì)量改善的滯后性，采取各類控源、風險管控和污染修復措施，遏制地下水水質(zhì)惡化趨勢的任務(wù)十分緊迫。

課題組的專家們知道，必須有一套污染防治技術(shù)體系，搭建起頂層防治技術(shù)方案，才能為地下水提供更好的保障。

結(jié)合地下水污染狀況、脆弱性及水資源功能價值的評價結(jié)果，課題組劃分出7個典型的重點行業(yè)地下水污染防治區(qū)域。

聚焦京津冀重點污染區(qū)的重點行業(yè)特點和水文地質(zhì)條件，課題組篩選了有效防治技術(shù)，對比多種方法后，最終確定以改進的IOC方法來確定京津冀重點污染區(qū)地下水污染防治適宜技術(shù)清單。

課題組專家表示，改進的IOC排序法無需獲取各評價指標的具體權(quán)重值，減少了多次評分過程中主觀因素的影響，結(jié)果也更科學、合理。

通過運用改進的IOC方法對京津冀重點防控區(qū)域進行分類、分區(qū)的地下水污染防治適宜技術(shù)篩選，課題組形成了涵蓋12項技術(shù)的分區(qū)、分類地下水污染防治適宜技術(shù)清單。例如，對于中部沖擊平原地區(qū)的有機污染區(qū)域，推薦適宜的源處理技術(shù)有原位熱處理技術(shù)、強化生物修復技術(shù)和原位化學修復技術(shù)。

而針對京津冀地下水污染重點行業(yè)之首——石油化工行業(yè)，課題組專門編制了《石油化工地下水污染防治技術(shù)指南》，保障我國石油化工污染場地地下水環(huán)境質(zhì)量的改善。

基于京津冀水文地質(zhì)條件及地下水污染特征等因素，課題組結(jié)合國內(nèi)相關(guān)導則規(guī)范，確定了京津冀重點區(qū)域地下水污染修復與風險管控目標與模式，篩選了不同類型污染場地的可行性技術(shù)，并分別提出了重點區(qū)域地下水污染修復與防控的技術(shù)方案，京津冀地下水污染防治的頂層設(shè)計更加完善，防治目標的實現(xiàn)更有保障。