济南市玉符河多水源地下水回灌水质风险评价研究

摘要

目前济南市已形成岩溶地下水、南部山区水库水、北部平原水库引黄水、城市再生水及长江水等多水源供水格局，保证了城市用水。但是如何为生活提供优质地下水和维持常年泉水喷涌仍然是很大挑战。因此，利用多水源进行地下水回灌是解决保泉和供水安全问题的关键措施之一。
　　补源项目区选在玉符河上游，其河床主要以砂卵砾石为主，岩溶裂隙发育，地表水可直接入渗补给岩溶地下水；济西岩溶含水层提供巨大的储存空间；由卧虎山水库、玉清湖水库及田山电灌站提供的回灌水（即卧虎山水库水和黄河水）可通过已建管道、泵站提水至玉符河中上游进行放水补源，这些工程为地下水回灌提供了可靠的水源条件，但是补给水源水质相对岩溶水而言较差，回灌到地下可能存在一定风险。因此，通过查阅相关文献、收集项目区水文地质资料以及补源前源水和地下水水质的历史监测资料、野外调研查明周围土地利用方式、实地取样监测补源后源水和地下水相关水质指标等手段，借鉴澳大利亚含水层补给管理指南(NRMMC–EPHC–NHMRC2009a)进行玉符河多水源回灌岩溶含水层的水质风险评价，主要分为初步风险评价、运行调查与研究、最大风险评价与风险管理计划四个阶段，取得的成果主要有：
　　(1)初级风险评价由可行性评价和难度评价两部分组成。其中，可行性评价主要围绕需水要求、充足水源、含水层、处理水场地和管理能力这5个要素展开，评价结果表明该回灌补源工程基本可行；难度评价结果表明该工程难度总体较低，但基于项目区岩溶含水层的特殊性，需考虑源水回灌补给到地下的安全性；
　　(2)运行调查与研究阶段，首先通过对玉符河上游的实地调查，布置了6个岩溶水和3个孔隙水观测井，并根据补源前源水和地下水各水质指标与地表水质量III类标准(GB3838-2002)或地下水质量III类标准(GB/T14848-93)的对比结果，确定了总硬度、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、总氮、氟化物、氯化物、硫酸盐、重碳酸盐、钙、镁、钾、钠、TOC、BOD5、CODMn这些监测指标。此外，为了研究补源期间水文地球化学变化，需现场监测如pH、TDS、浊度等其他理化指标；接着采用描述性统计对两种源水回灌期间浅井和深井中各监测指标进行宏观分析，结果表明除浊度外，其余指标基本满足地下水质量III类标准，且此评价结果与微观意义的离子相关性分析结果大致相同。之后利用Piper三线图表征地下水水化学类型变化，结果显示经卧虎山水库水补源后，地下水水化学类型由HCO3-Ca型最终变为SO4·HCO3-Ca·Mg或SO4·HCO3-Ca型；经黄河水补源后，地下水水化学类型由 HCO3-Ca型最终变为 SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg(·Na)、SO4·HCO3·Cl-Ca·Mg·Na和SO4·HCO3·Cl-Ca(·Na)型，再采用离子比例系数法进行地球化学评价，认为回灌补源一般不会对含水层稳定性造成威胁。土地利用风险评价结果发现项目区周围的生活和工业污废水经处理后基本满足国家污水综合排放标准(GB8978-1996)的一、二级标准，仅有浊度、CODMn略超出生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。此外，玉符河沿岸耕地多，施肥量较大，故还需注意控制三氮的摄入量。堵塞评价结果显示在补源期间，含水层可能发生物理和化学堵塞，但源水和含水层发生的溶滤等水化学作用能达到一定缓解堵塞的效果。
　　(3)在结合运行调查与研究结果的基础上，采用半定量评价法开展不同水源回灌补源期间的最大风险评价工作。评价指标包括病原体、盐度、无机化合物、有机化合物、营养物质等共计12项，前七项指标的评价原则主要涉及维系人类健康和保护环境两个方面。具体来说，考虑到人类健康影响，需将不同源水及其补源期间浅层、深层地下水的水质指标对比生活饮用水卫生标准来评价；考虑到环境影响，需将不同源水比照地下水质量III类标准来评价。后五项指标的评价原则主要借鉴于进行评价。在综合黄河水和卧虎山水库水补源的最大风险结果后，最终确定浊度和硫酸盐为整个玉符河回灌补源工程的最大风险项和关键控制点。此外，采用黄河水补源还需注意盐度风险；采用卧虎山水库水补源还需控制三氮、高锰酸盐指数和BOD5这些指标的风险。根据土地利用风险评价结果可知从整体来看，污染物在裂隙岩溶含水层中迁移的风险水平较低。此外，通过查阅玉符河水文地质勘探及源水和地下水水质监测的历史资料可知剩余六项评价指标皆为低风险项。
　　(4)在综合分析初级风险评价、运行调查与研究及最大风险评价的评价结果，从而确定该回灌补源工程的高风险项或潜在污染物之后，为了提高工程运行的安全性及长期性，需制定相应的风险管理计划，不仅要考虑源水中高风险项的前期处理，而且还需重视回灌补源工程的后期管理，比如加强回灌水源水质实时监测与评价、控制回灌补源量、加快玉符河上游排污管网的建设和运行等措施。