基于水质评价的北京市地下水资源开发利用分区

作者:寇文杰等    文章来源:南水北调与水利科技    点击数:3534    更新时间:2013/4/17

摘要:北京是世界上严重缺水的大城市之一,属“资源性”和“水质性”缺水相互交织的地区。该地区在第四系地下水资源开发利用上存在着混层开采、优质地下水资源的浪费和资源利用分配的不合理等问题。因此,利用大量水质数据资料,以《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)为依据,针对常规指标、毒理指标及有机指标,制定地下水质量利用功能划分级别。按照功能区分原则,分别划分出各单指标地下水质量利用功能分区,然后对各单指标进行叠加,最后形成北京市平原区地下水资源开发利用分区。

关键词:北京;地下水;利用功能;分层;分区

中图分类号:X824 文献标识码:A 文章编号:1672-1683201206-0100-04

Partition of Groundwater Resources Utilization in Beijing Based on Water Quality Assessment

KOU Wen-jieZHAO WeiYANG QingJIANG YueYANG Qiao-fengNI Tian-xiang

AbstractBeijing is one of the biggest cities with serious water shortage in the worldwhich is a water shortage area interlaced with"resources" and" water" typesSeveral problems exist in the development and utilization of Quaternary groundwater resources in Beijingsuch as mixed layer miningwasting of good-quality groundwater resourcesand unreasonable utilization and distribution of groundwater resourcesIn this papera large quantity of water quality data were used to develop the partition of groundwater quality functional utilization according to theSanitary Standard for Drinking WaterGB 5749-2006)》.The partition used the following indexes including conventional indextoxicological indexand organic indexAccording to the principle of function zoningthe partition of groundwater quality functional utilization was established based on individual indexesThe individual indexes were combined together to form a comprehensive partition of groundwater quality functional utilization for the plain area in Beijing

Key wordsBeijinggroundwaterfunctional utilizationlayeringpartition

北京是世界上严重缺水的大城市之一,年人均水资源量不足300m3,仅为全国人均的1/8,世界人均的1/30[1]。北京市供水量的1/3来自地表水,2/3来自地下水,是国际上为数不多的以地下水作为城市主要供水水源的大都市。20世纪90年代中后期,为了满足城市化进程的加快、人口的急剧增长以及经济的快速发展需求,地下水资源遭受长期超量开采,原有地下水的补给、径流、排泄条件发生改变[2],地下水污染也日益严重,污染范围逐年扩大,污染深度也有加深的趋势,形成了“资源性”和“水质性”缺水相互交织的局面,水资源供需矛盾日益突出[3]。当前,北京地下水资源在开发利用上还存在着由于混层开采导致的部分地区用水形式上的浪费,比如优质地下水被当作工农业生产用水,客观上造成优质地下水资源的浪费,资源利用分配不合理[4]。解决此问题有效途径之一是对北京平原区的地下水按照质量进行利用功能分区划分。以往水质评价分区多数是以地下水质量标准GB/T14848为基础[5-17],无法区分一般性指标与毒理学指标的不同,本文依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中的水质标准,从水资源利用角度出发,将地下水按利用功能分区划定分级,并据此进行北京平原区地下水质量利用功能分区与评价。

1 北京市含水层组的构造

11 含水层组空间结构与岩性特征

目前,北京市开发利用的地下水资源主要是赋在平原区的第四系松散堆积物中的孔隙水,因此第四系发育和岩性特征控制着含水层空间结构和水文地质特性。北京市平原区面积6 528km2,地势西北高、东南低。第四系厚度由西北、北部山前向东南部逐渐增大。从山前到平原,无论从岩性、结构、富水性等方面都有较明显的规律性:在水平方向上,由山前向平原呈扇形展开,由冲积洪积扇顶部单一的砂卵砾石层,向下逐渐过渡为23层结构的砂卵砾石层,多层砂砾石夹砂层和多层结构的砂层,富水性由大到小,由潜水逐渐过渡为承压水;在垂直方向上,第四系含水层百米以内富水性最好,多为松散的砂卵砾石层,单层厚度较大且较集中,是地下水的主要开采层,而百米以下含水层富水性一般较差,为砂砾石及砂层,有些地区为砾石夹黏性土,有的呈半胶结状态,砾石有风化现象,结构也较密实,透水性差。延庆盆地主要以湖相沉积为主,除山前局部地区有冲积洪积砂卵砾石外,盆地中含水层岩性多以砂层为主,层次多而薄[18]

12 第四系含水层组划分

依据地层沉积规律、时代特征,地下含水层结构,并结合地下水开发利用现状和水质量状况,在垂向上将第四系划分成4个主要含水层组(图1)。

第一含水层组主要为潜水及埋深小于50m的浅层具有微承压性质的含水层组,广泛分布于平原区,面积约6 528km2。第二承压含水层组广泛分布于北京平原承压水区,含水层组底界深度80120m,局部地区以基岩作为底界,含水层组由多层砂砾石、砂、黏性土组成,面积约4 770km2。第三含水层组广泛分布于冲洪积扇中下部地区,含水层组底板埋深150180m,局部地区以基岩作为底界,面积约3 995km2。第四承压含水层组底界埋深在300m,局部地区为第四系基底,面积约3 068km2

1 北京市平原区地下水含水层组划分

Fig1 Partition of groundwater aquifers in the plain area of Beijing

2 资料与方法

21 评价标准及方法

从水资源合理利用的角度出发,依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中的水质标准将地下水资源开发利用功能分区划为3个级别,见表1

1 地下水开发利用功能分级[18]

Table 1 Partition of groundwater quality functional utilization

 评价方法是首先绘制出各个单指标的浓度等值线图,划分出单指标地下水开发利用功能分区,然后对各单指标进行叠加,最后绘制出地下水开发利用功能分区评价图。

22 参评数据

北京市水文地质工程地质大队在2007-2009年充分利用已有的研究成果,在准确把握含水层空间结构和垂向分层特性的基础上,运用国际先进的地下水质监测网优化技术,通过资源整合、优化和新建监测井822眼,形成全市平原区统一的区域“立体分层”地下水环境监测网络,监控4个含水层组[2]。本文充分利用20118-9月份采集的822眼监测井所采集样品的化验数据,监测层位及样品点位分布见表2及图2

2 地下水监控层位样品数量[3]

Table 2 Number of samples for monitoring groundwater quality in different aquifers

23 评价指标

本文所用数据均来源于《北京市平原区地下水环境监测网运行2011年项目》。根据该项目水质检测指标和化验结果,选取氨氮、氯化物、硫酸盐、氟化物、硝酸盐氮、溶解性总固体、铬(六价)、锰、砷、汞、氰化物、亚硝酸盐、高锰酸盐指数、总硬度、pH值、总α放射线和总β放射性共17项无机指标和苯并(α)芘、氯乙烯、11-二氯乙烯、二氯甲烷、12-二氯乙烷、三氯甲烷、111-三氯乙烷、12-二氯乙烷、四氯化碳、三氯乙烯、12-二氯丙烷、溴二氯甲烷、112-三氯乙烷、二溴一氯甲烷、四氯乙烯、溴仿、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、氯苯、邻二氯苯、间二氯苯、对二氯苯、124-三氯苯等26项有机指标作为评价指标。3 地下水资源开发利用分区评价结果依据《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006及表1地下水开发利用功能划分级别。将北京市平原区地下水按利用功能分区评价,评价结果见图3-6

平原区第一含水层组水质相对较差,北部怀柔、顺义、平谷、昌平、延庆大部分地区及北京西南部房山部分地区按地下水开发利用功能分区为Ⅰ级,属符合生活饮用水区;昌平、海淀、通州、大兴、朝阳地区按地下水开发利用功能分区为Ⅱ级,丰台、朝阳大部分地区以及昌平南部、顺义南部、通州大部按地下水开发利用功能分区为Ⅲ级。其中,丰台及朝阳大部分地区为Ⅲ级的主要原因为硝酸盐氮含量高,而昌平、顺义南部及通州大部分地区为Ⅲ级的主要原因为锰含量过高而致。平原区第二层含水层组水质相对较好,大部分地区按地下水开发利用功能分区为Ⅰ级,属符合生活饮用水区;昌平、朝阳及通州局部地区按地下水开发利用功能分区为Ⅱ级;朝阳大部分地区按地下水开发利用功能分区为Ⅲ级。主要因硝酸盐氮含量过高引起;通州东部因锰含量过高而使得该地区按地下水开发利用功能分区为Ⅲ级。

平原区第三、四含水层组水质好,按地下水开发利用功能分区仅第三层零星分布几处Ⅱ级区域,其余地区按地下水开发利用功能分区为Ⅰ级。

3 结论

1)利用大量的水质数据,以《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)及地下水开发利用功能级别划分为依据。区分了常规指标、毒理指标及有机指标的不同地下水开发利用功能级别划分标准,并将划分标准应用于北京市平原区,形成了北京市平原区不同层位的地下水开发利用功能分区,对于合理有效的利用分配和地下水资源,有一定参考价值。

2)从地下水利用功能评价结果来看,第一、二层水质相对较差,单层含水层区多为符合生活饮用水区的Ⅰ级,城中心区及昌平、顺义北部,通州东部地区水质相对较差,为工农业用水的Ⅲ级区,第三、四层水质较好。

3)由于是首次探索性的按地下水利用功能划分,划分级别标准的制定难免存在一定缺陷,其分级标准中各指标含量的确定有待进一步完善。

4)该方法划定的地下水按利用功能分区结果,无法区分哪些区域是由于人为因素影响造成的,哪些是由于地层自身因素影响造成的,因此,有必要对该评价分区结果的影响因素做进一步区分,区别对待不同原因造成的同一评价级别分区,有利于规划部门更合理有效的利用和分配水资源。

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作者简介:寇文杰(1980-),男,吉林永吉人,工程师,硕士,主要从事水文地质、环境地质方面研究。

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