基于ArcGIS的韶關(guān)市淺層地下水污染源荷載評(píng)估

胡建中，韋俊宏，郭 超，譚 發(fā)

(廣東省有色礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中心，廣東 廣州 510000)

地下水是水資源的重要組成部分，具有重要的資源屬性和生態(tài)功能[1]，在城市供水、農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著十分重要的作用。人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)地下水的影響日趨嚴(yán)重[2-3]，城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致地下水污染問(wèn)題不容忽視。地下水具有復(fù)雜性和隱蔽性的特點(diǎn)，一旦受到污染，其修復(fù)和治理非常緩慢且困難[4]。隨著《地下水管理?xiàng)l例》的發(fā)布，為地下水污染防治提供了法治保障，并開(kāi)創(chuàng)地下水管理保護(hù)新局面。

地下水污染防治重點(diǎn)在于“防”[5]，管控地下水污染源是進(jìn)行污染防控的關(guān)鍵。地下水污染源荷載評(píng)估是量化污染源對(duì)地下水影響的一種方法，同時(shí)也是開(kāi)展地下水污染防治的重要技術(shù)依據(jù)。王瀟等[6]、朱飛等[7]、Huang等[8]對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)均進(jìn)行了地下水污染源荷載的評(píng)估，并量化了各種污染源對(duì)地下水的影響。

韶關(guān)市地處珠江三角洲重要飲用水水源北江的上游，其地下水資源安全事關(guān)廣東長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略。本研究根據(jù)韶關(guān)市地下水污染調(diào)查項(xiàng)目的有關(guān)成果，基于ArcGIS采用評(píng)分指數(shù)法對(duì)韶關(guān)市地下水污染源荷載進(jìn)行評(píng)估，為韶關(guān)市地下水污染防治提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為其他地區(qū)的地下水環(huán)境保護(hù)提供重要的借鑒和參考。

1 地下水污染源分析

1.1 韶關(guān)市人類(lèi)工程活動(dòng)

1.1.1 工業(yè)聚集區(qū)(工業(yè)園)

根據(jù)《2019年韶關(guān)市水資源公報(bào)》，2019年度韶關(guān)市用水戶(hù)廢污水排放量達(dá)3.22億 t，其中城鎮(zhèn)生活廢污水占26.3%，第二產(chǎn)業(yè)廢污水占64.7%，第三產(chǎn)業(yè)廢污水占9.0%。工業(yè)廢水等有毒有害廢水處理不達(dá)標(biāo)或直接排放水體，滲入地下水中，造成地下水水質(zhì)污染；工業(yè)廢氣如二氧化硫、氮氧化物等隨降雨落到地面，通過(guò)地表徑流下滲對(duì)地下水造成污染；工業(yè)廢渣由于露天堆放或者地下填埋防滲防漏措施不合理，雨水淋濾，其中的有毒有害物質(zhì)隨雨水滲入地下水，或隨地表徑流遷移過(guò)程中下滲入地下水，引起地下水污染。

1.1.2 礦山開(kāi)采區(qū)

據(jù)《韶關(guān)市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016-2020年)》共篩選出191個(gè)涉及污染地下水的礦山開(kāi)采區(qū)，礦山種類(lèi)包含有鉛鋅礦、鎢礦、銅硫礦等。陳志良等[9]指出大寶山尾礦庫(kù)及周邊區(qū)域地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于重金屬鎘(Cd)。重金屬污染的非生物可降解性及其在土壤、水體及生物體中的累積特性，已成為全球性的污染問(wèn)題。

1.1.3 城鎮(zhèn)區(qū)

城鎮(zhèn)區(qū)中各種加油站地下管線(xiàn)及儲(chǔ)罐滲漏產(chǎn)生的污染也是不容忽視的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，韶關(guān)市現(xiàn)有在運(yùn)營(yíng)加油站244座。生活污染主要是廢水、垃圾、糞便，主要分布于韶關(guān)市區(qū)城區(qū)、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)等人口較集中區(qū)域。

1.1.4 農(nóng)業(yè)區(qū)

農(nóng)業(yè)污染源主要涉及水稻田區(qū)及規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))。農(nóng)藥及化肥的施用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的主要污染源，均屬面污染源。抗生素藥物是規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)主要污染源，污染地下水和地表水。

1.2 韶關(guān)市地下水污染源

參考《地下水污染防治分區(qū)劃分工作指南》[10](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)中地下水污染源的分類(lèi)，結(jié)合韶關(guān)市污染調(diào)查結(jié)果，選定工業(yè)污染源、礦山開(kāi)采區(qū)、垃圾填埋場(chǎng)、農(nóng)業(yè)污染源、高爾夫球場(chǎng)、加油站及危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)7類(lèi)重點(diǎn)污染源。

韶關(guān)市各區(qū)縣污染源個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，總共收集到韶關(guān)市評(píng)估區(qū)內(nèi)898個(gè)污染源點(diǎn)。從地理位置上看，污染源點(diǎn)主要分布在曲江區(qū)(13.59%)、南雄市(13.47%)和翁源縣(13.25%)。韶關(guān)市地下水污染源主要以工業(yè)污染源、加油站和礦山開(kāi)采區(qū)為主，分別占污染源總數(shù)的34.52%、27.17%、21.27%，且污染源荷載權(quán)重較高，分別為5、5、3，對(duì)韶關(guān)市地下水造成嚴(yán)重的威脅。

2 污染源荷載評(píng)估體系及方法

2.1 單個(gè)污染源荷載風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

地下水污染源荷載評(píng)分指數(shù)法根據(jù)《指南》，單個(gè)污染源荷載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi=Ti×Li×Qi

(1)

式中：Pi表示污染源i的污染源荷載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Ti表示污染源i的污染物毒性，Li表示污染源i的污染源釋放可能性，Qi表示污染源i可能釋放污染物的量。

2.1.1 工業(yè)污染源

通過(guò)收集2017至2019年《韶關(guān)市重點(diǎn)排污單位名錄》重點(diǎn)排污單位及韶關(guān)市土壤污染狀況調(diào)查和詳查報(bào)告，共統(tǒng)計(jì)出310個(gè)工業(yè)污染源。本次調(diào)查無(wú)法收集到廢水排放量的污染企業(yè)，其企業(yè)的廢水排放量按5000～10 000 t/a來(lái)統(tǒng)計(jì)，污染物可能釋放的量(Q)依據(jù)《指南》要求按4賦值。

2.1.2 礦山開(kāi)采區(qū)

包含有色金屬礦采選業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)及煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)、石油和天然氣開(kāi)采業(yè)(含大、中、小、超大規(guī)模)，煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)、石油和天然氣開(kāi)采業(yè)5個(gè)，黑色金屬礦采選業(yè)13個(gè)，有色金屬礦采選業(yè)52個(gè)，非金屬礦采選業(yè)46個(gè)；礦區(qū)(床)規(guī)模超大型2個(gè)：大型5個(gè)：中型26個(gè)，小型83個(gè)。污染物毒性指標(biāo)(T)、污染源釋放可能性(L)、可能污染物釋放的量(Q)依據(jù)《指南》要求進(jìn)行賦值。

2.1.3 垃圾填埋場(chǎng)

韶關(guān)市縣級(jí)生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的污染防滲措施都經(jīng)無(wú)害化處理，且等級(jí)較高?？赡芪廴疚镝尫诺牧?Q)與填埋量有密切關(guān)系，按照體積為103m3的填埋量進(jìn)行評(píng)分。

2.1.4 農(nóng)業(yè)污染源

本次項(xiàng)目農(nóng)業(yè)種植按水田進(jìn)行處理，根據(jù)《韶關(guān)市2020年統(tǒng)計(jì)年鑒》公布的各個(gè)區(qū)縣耕地面積及化肥年使用量(折純)數(shù)據(jù)，對(duì)韶關(guān)10個(gè)區(qū)縣面狀污染源分別評(píng)分。105個(gè)點(diǎn)狀農(nóng)業(yè)污染源，均屬于規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)，主要污染物為COD和總氮。收集不到的規(guī)?；B(yǎng)殖情況其COD排放量(t/a)統(tǒng)一按2進(jìn)行賦值。

2.1.5 高爾夫球場(chǎng)

韶關(guān)市共有高爾夫球場(chǎng)污染源2處，球洞個(gè)數(shù)分別為18洞和9洞，占地面積分別為400 hm2和66.67 hm2，根據(jù)要求對(duì)T、L、Q分別評(píng)分。

2.1.6 加油站

加油站的污染物主要為總石油烴、多環(huán)芳烴類(lèi)。根據(jù)前文所論述的污染源毒性、污染源釋放可能性及可能釋放污染物的量取值標(biāo)準(zhǔn)，加油站可能釋放污染物的量(Q)與油罐的數(shù)量有密切關(guān)系，按照容量為30 m2的油罐的數(shù)量進(jìn)行評(píng)分。

2.1.7 危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)

韶關(guān)市危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)的污染物以工業(yè)危廢、危險(xiǎn)化學(xué)品為主，均有正規(guī)防護(hù)，可能釋放污染物的量(Q)與堆放量或填埋量有密切關(guān)系，按照體積為103m3的填埋量進(jìn)行評(píng)分。

2.2 綜合污染源荷載評(píng)估方法

根據(jù)區(qū)域上各類(lèi)污染源分布和污染特性，評(píng)價(jià)綜合污染源荷載等級(jí)，并依據(jù)各類(lèi)污染源計(jì)算結(jié)果迭加形成污染源荷載等級(jí)圖。荷載綜合指數(shù)計(jì)算公式：

PI = ∑Wi×Pi

(2)

式中：PI表示污染源荷載綜合指數(shù)；Wi表示第i類(lèi)污染源類(lèi)型的權(quán)重；Pi表示第i類(lèi)污染源的荷載。PI值越大，表明污染源荷載越大。

3 污染荷載評(píng)估結(jié)果

3.1 各類(lèi)污染源權(quán)重

依據(jù)《指南》中荷載指標(biāo)權(quán)重Wi推薦值，本項(xiàng)目污染源的綜合荷載評(píng)價(jià)權(quán)重見(jiàn)表2。

3.2 單類(lèi)污染源荷載等級(jí)評(píng)價(jià)

依據(jù)《指南》中單個(gè)污染源荷載等級(jí)劃分要求，將韶關(guān)市7個(gè)污染源荷載指數(shù)(Pi)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果Pi值由大到小排列平均分為5個(gè)區(qū)間，將污染源荷載分為高、較高、中等、較低、低5個(gè)等級(jí)，詳見(jiàn)表3。利用ArcGIS空間分析功能，并依據(jù)《指南》中各污染源的緩沖區(qū)半徑推薦值，構(gòu)建污染物可能遷移擴(kuò)散的范圍，對(duì)運(yùn)用ArcGIS運(yùn)算構(gòu)造出污染源荷載緩沖區(qū)與污染調(diào)查結(jié)果相沖突的地方，結(jié)合相應(yīng)的地表環(huán)境狀況進(jìn)行修正，最后分別得出7個(gè)污染源荷載等級(jí)分級(jí)圖。

表3 單個(gè)污染源荷載等級(jí)劃分值

3.3 綜合污染源荷載等級(jí)評(píng)價(jià)

運(yùn)用ArcGIS柵格空間疊加分析，將上述7個(gè)污染源荷載等級(jí)分級(jí)圖層，按照前述的綜合PI值計(jì)算公式進(jìn)行疊加，計(jì)算出得到綜合荷載PI值最大為179.4，對(duì)地下水污染源荷載計(jì)算結(jié)果與污染調(diào)查結(jié)果相沖突的地方，結(jié)合相應(yīng)的地表環(huán)境狀況進(jìn)行修正，最終得到韶關(guān)市地下水污染源荷載評(píng)估分級(jí)圖(見(jiàn)圖1)。

圖1 韶關(guān)市地下水污染源荷載評(píng)估分級(jí)圖

將綜合PI值由大到小排列，按表4將污染源荷載由強(qiáng)到弱依次劃為高、較高、中等、較低、低5個(gè)等級(jí)，分別占韶關(guān)市總面積的0.68%、0.27%、0.62%、1.88%、96.55%。

表4 地下水污染源荷載評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表5 韶關(guān)市地下水污染源荷載等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)表

4 地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析及保護(hù)建議

韶關(guān)市主要污染荷載因素為礦山開(kāi)采區(qū)和工業(yè)聚集區(qū)的工業(yè)污染源，對(duì)地下水污染源荷載的貢獻(xiàn)最大。礦山開(kāi)采區(qū)呈串珠狀廣泛分布在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的山區(qū)，普遍遠(yuǎn)離水系河流周邊的地下水受到污染的風(fēng)險(xiǎn)大，周邊是地下水防治的重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)定期開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)；工業(yè)聚集區(qū)(工業(yè)園)大部分呈串珠狀分布在靠近城鎮(zhèn)的水系附近，周邊的地下水受到污染的風(fēng)險(xiǎn)較大，可重點(diǎn)進(jìn)行防控。

5 結(jié)語(yǔ)

本次研究根據(jù)地下水污染源調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS對(duì)韶關(guān)市地下水污染源荷載進(jìn)行評(píng)估，結(jié)論如下：

(1)韶關(guān)市地下水污染源主要分布在曲江區(qū)、南雄市和翁源縣，以工業(yè)污染源、加油站和礦山開(kāi)采區(qū)為主，分別占污染源總數(shù)的34.52%、27.17%、21.27%。

(2)韶關(guān)市地下水污染源荷載劃為高、較高、中等、較低、低5個(gè)等級(jí)，分別占韶關(guān)市總面積的0.68%、0.27%、0.62%、1.88%、96.55%。

(3)礦山開(kāi)采區(qū)和工業(yè)污染源對(duì)地下水污染源荷載等級(jí)的貢獻(xiàn)最大。