摘要：地下水作為京津冀地區(qū)重要的戰(zhàn)略水資源和飲用水源，其超采問題和環(huán)境質(zhì)量惡化趨勢一直未能得到有效遏制，嚴(yán)重危及該區(qū)域飲用水安全與可持續(xù)發(fā)展.為加快我國生態(tài)文明建設(shè)，落實《水污染防治行動計劃》等國家重點戰(zhàn)略，圍繞改善京津冀地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀目標(biāo)，分析了京津冀地區(qū)地下水環(huán)境存在的四點主要問題：①地下水污染嚴(yán)重，缺乏科學(xué)的風(fēng)險管控與污染防治策略;②地下水污染源點多面廣，污染監(jiān)管體系亟待完善;③地下水污染分類治理技術(shù)集成創(chuàng)新與工程示范亟待開展;④地下水超采問題突出，迫切需要研發(fā)地下水安全回補(bǔ)技術(shù).在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地梳理了京津冀地區(qū)已有的地下水環(huán)境管理基礎(chǔ)，并提出“十三五”期間京津冀地區(qū)地下水污染防治的4個研究方向：①開展地下水污染特征識別與系統(tǒng)防治研究，完善京津冀地區(qū)地下水污染防治頂層設(shè)計;②突破地下水污染精確識別與優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)，提升京津冀地區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)管能力;③研發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的源頭阻控與污染修復(fù)成套技術(shù)，提升污染場地地下水修復(fù)治理能力;④開展回補(bǔ)區(qū)適宜性與環(huán)境風(fēng)險評估，建立協(xié)同高效的安全回補(bǔ)技術(shù)體系.研究成果可為提升京津冀地區(qū)的地下水環(huán)境質(zhì)量管理水平、保障京津冀地區(qū)飲用水安全提供技術(shù)與管理支撐.  

關(guān)鍵詞：京津冀地區(qū)地下水地下水系統(tǒng)防治污染監(jiān)控預(yù)警地下水安全回補(bǔ)地下水污染修復(fù)  

StrengtheningtheInnovationCapabilityofGroundwaterScienceandTechnologytoSupporttheCoordinatedDevelopmentofBeijing-Tianjin-HebeiRegion:StatusQuo,ProblemsandGoals  

XIBeidou,LIJuan,WANGYang,TANGJun,HONGHui  

Abstract:AsanimportantstrategicwaterresourceanddrinkingwatersourceintheBeijing-Tianjin-HebeiRegion,groundwaterhasnotbeeneffectivelycurbedinitsover-exploitationproblemandenvironmentalqualitydeterioration,whichseriouslyendangersthesustainabledevelopmentandthesafetyofdrinkingwateroftheregion.Inordertoacceleratetheconstructionofecologicalcivilizationandimplementimportantnationalstrategiessuchasthe'WaterPollutionPreventionActionPlan',focusingonimprovingthequalityofgroundwaterenvironmentinBeijing-Tianjin-HebeiRegion,thefourmainproblemsofgroundwaterenvironmentintheBeijing-Tianjin-HebeiRegionwereanalyzed:(1)Groundwaterisseriouslypolluted,andlacksscientificriskmanagementandpollutioncontrolstrategies;(2)Groundwaterpollutionsourcesarewide-ranging,pollutionsupervisionsystemneedstobeimproved;(3)Integratedinnovationandengineeringdemonstrationofgroundwaterpollutionclassificationandtreatmentneedtobecarriedout;(4)Theproblemofgroundwaterover-exploitationisserious,andthereisanurgentneedtodevelopgroundwatersafetyreplenishmenttechnology.TheexistinggroundwaterenvironmentalmanagementfoundationsintheBeijing-Tianjin-HebeiRegionweresystematicallysortedout,andfourresearchdirectionsandobjectivesofgroundwaterpollutionpreventionandcontrolinthe'13thFive-YearPlan'wereproposed:(1)Carryoutresearchongroundwaterpollutionacteristicidentificationandsystematicprevention,andimprovethetop-leveldesignofgroundwaterpollutionpreventionandcontrol;(2)DevelopbreakthroughtechnologiesforaccurateidentificationandmonitoringofgroundwaterpollutionandimprovethegroundwaterenvironmentalmonitoringcapabilityintheBeijing-Tianjin-HebeiRegion;(3)Researchanddevelopsourcecontrolandpollutionrepairtechnologiestoimprovethegroundwaterremediationcapacityofcontaminatedsites;(4)Carryoutreplenishmentsuitabilityandenvironmentalriskassessmentofthereplenishmentarea,andestablishacoordinatedandefficienttechnologysystemforsafereplenishment.TheresearchresultscanprovidetechnicalandmanagementsupportforimprovingthegroundwaterenvironmentalqualitymanagementlevelandensuringdrinkingwatersafetyintheBeijing-Tianjin-HebeiRegion.  

Keywords:groundwaterinBeijing-Tianjin-HebeiRegiongroundwaterpollutionsupervisiongroundwatersafetyreplenishmentgroundwatersystempreventionsitegroundwaterpollutionremediation  

地下水是重要的戰(zhàn)略水資源，在保障飲用水供給和生態(tài)環(huán)境安全方面具有重要的現(xiàn)實和長遠(yuǎn)意義，特別在京津冀地區(qū)，地下水是重要的供水資源，75%以上城鎮(zhèn)生活飲用水均來自地下水，地下水環(huán)境質(zhì)量是京津冀地區(qū)的飲水安全與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障.然而，京津冀地區(qū)地下水面臨著水質(zhì)污染和水量超采嚴(yán)重的雙重挑戰(zhàn)，并且存在地下水修復(fù)技術(shù)落后、監(jiān)管能力不足等諸多問題，再加上近年來地下水污染事件頻發(fā)，使得地下水環(huán)境安全受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1].2014年2月，習(xí)近平總書記就京津冀協(xié)同發(fā)展中的水資源保護(hù)問題作出了明確指示，提出要堅持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的水資源、水生態(tài)、水環(huán)境管理原則.《國家十三五規(guī)劃綱要》《水污染防治行動計劃》《土壤污染防治行動計劃》《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)》《華北平原地下水污染防治工作方案(2012—2020年)》等均著力布局京津冀地區(qū)地下水安全保障工作[2-5].為落實國家在京津冀地區(qū)的地下水安全保障戰(zhàn)略，改善京津冀地區(qū)的地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，客觀分析和科學(xué)判斷京津冀地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和存在問題，明確地下水環(huán)境質(zhì)量改善的切入點、著力點和突破點，確定“十三五”期間京津冀地區(qū)地下水污染防治研究方向與目標(biāo)，具有重要的理論和實踐指導(dǎo)意義.  

1京津冀地區(qū)地下水環(huán)境污染現(xiàn)狀與存在問題  

1.1地下水環(huán)境質(zhì)量狀況不容樂觀，缺乏科學(xué)的風(fēng)險管控與污染防治策略  

京津冀地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量狀況不容樂觀.根據(jù)“全國地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評估”項目2013年的調(diào)查結(jié)果，京津冀地區(qū)有72%的淺層地下水受到污染，且深層地下水污染風(fēng)險正在逐年加大，總體水質(zhì)呈逐年惡化趨勢(見圖1).京津冀地區(qū)淺層地下水重金屬污染指標(biāo)以砷、鉛、鉻為主，污染比例為7.98%;淺層地下水揮發(fā)性有機(jī)物污染較為嚴(yán)重，污染比例為29.17%，主要污染指標(biāo)依次為1,2-二氯丙烷、四氯化碳、苯、1,2-二氯乙烷、苯乙烯等.統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，自2010年以來，京津冀地區(qū)地下水中三氮質(zhì)量濃度逐步升高，部分區(qū)域的地下水中甚至出現(xiàn)了致癌、致畸、致突變污染指標(biāo)[6].另據(jù)《2017年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》，2017年全國5100個地下水監(jiān)測點中，水質(zhì)為較差級和極差級監(jiān)測點占66.6%，主要超標(biāo)指標(biāo)為總硬度、錳、鐵、溶解性總固體、三氮、硫酸鹽、氟化物、氯化物等，個別監(jiān)測點存在砷、六價鉻、鉛、汞等重(類)金屬超標(biāo)現(xiàn)象[7].目前對重點區(qū)域和行業(yè)污染源與地下水污染相關(guān)關(guān)系不明、成因不清，并且缺乏科學(xué)的污染風(fēng)險管控和污染防治策略，因此亟需在頂層提出京津冀地區(qū)地下水污染防治技術(shù)框架、思路和戰(zhàn)略體系.  

1.2地下水污染源點多面廣，地下水污染監(jiān)測預(yù)警體系亟待完善  

京津冀地區(qū)地下水污染源點多面廣，工業(yè)園區(qū)、填埋場、加油站、生活、農(nóng)業(yè)污染源均大量分布[2].據(jù)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)分布有1.26×104個地下水污染源，涵蓋加油站、垃圾填埋場、危廢處置場、礦山開采區(qū)、高爾夫球場和再生水農(nóng)用區(qū)等多種污染源類型.加之地下水污染具有隱蔽性、復(fù)雜性和不可逆性等特點[8]，因此,京津冀地區(qū)面臨的地下水污染風(fēng)險和防控壓力十分巨大.然而長期以來，由于對地下水污染防治的重要性和緊迫性認(rèn)識不足，部分地區(qū)地下水污染監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)密度不夠，缺乏針對典型污染源的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，難以查清地下水污染現(xiàn)狀;地下水監(jiān)測層位不足，多針對淺層地下水進(jìn)行監(jiān)測，缺乏對地下水三維空間的立體分層監(jiān)測;地下水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)不足，不能準(zhǔn)確的反映地下水污染問題;地下水監(jiān)測方法落后，未能實現(xiàn)多指標(biāo)在線監(jiān)測，很多地區(qū)仍采用人工檢測的方式進(jìn)行監(jiān)測[9-11].現(xiàn)有的監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)密度、監(jiān)測層位、監(jiān)測指標(biāo)和監(jiān)測方法等均不能滿足京津冀地區(qū)的地下水環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警需求，亟待構(gòu)建和完善京津冀地區(qū)地下水污染監(jiān)測預(yù)警體系，將區(qū)域地下水監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測精度提升至1:50000.  

1.3地下水污染修復(fù)難度大，亟待開展技術(shù)集成創(chuàng)新與工程示范  

京津冀地區(qū)典型污染場地水文地質(zhì)條件及污染狀況復(fù)雜，存在無機(jī)鹽、重金屬、有機(jī)污染物和病原菌的多組分復(fù)合污染問題，地下水修復(fù)技術(shù)選擇難度大，單一修復(fù)技術(shù)存在修復(fù)效率低、污染易反彈等問題[12-13].地下水污染防控與修復(fù)技術(shù)與裝備落后，國產(chǎn)化水平低，無法滿足京津冀地區(qū)地下水污染防治需要.亟需結(jié)合京津冀地區(qū)污染場地的污染特征、水文地質(zhì)條件和社會經(jīng)濟(jì)水平，開發(fā)高效及適應(yīng)性強(qiáng)的地下水污染強(qiáng)化修復(fù)與組合技術(shù).  

1.4地下水超采問題突出，迫切需要研發(fā)地下水安全回補(bǔ)技術(shù)  

京津冀地區(qū)水資源匱乏，多年平均水資源量只有3.70×1010m3，不足全國的1.3%，卻承載了全國約10%的人口.由于地表水資源嚴(yán)重不足，地下水已成為京津冀地區(qū)工農(nóng)業(yè)和生活用水的主要供水水源，占區(qū)域供水量的70%以上[8].地下水長期大量開采導(dǎo)致京津冀地區(qū)地下水超采嚴(yán)重(見圖2)，形成了世界上面積最大的“華北平原-環(huán)渤海復(fù)合大漏斗”，誘發(fā)了嚴(yán)重的地面沉降、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害[14].近20年來，京津冀地區(qū)已累計超采9.00×1010m3，其中淺層地下水3.50×109m3，超采面積達(dá)8.66×104km2，超采造成部分區(qū)域的地下水水位差接近30m，誘發(fā)了400多條地裂縫[15].南水北調(diào)和雨洪作為回補(bǔ)京津冀地區(qū)地下水的重要水源，對有效解決地區(qū)地下水資源短缺和超采問題意義重大，而目前地下水回補(bǔ)適宜區(qū)分布工藝技術(shù)、工程實施與風(fēng)險防控尚處于探索階段，針對不同水源回補(bǔ)地下水后造成回補(bǔ)區(qū)水動力場、水溫度場、水化學(xué)場變化而引起的二次污染問題、回灌堵塞問題以及相應(yīng)的風(fēng)險管控措施尚未開展過系統(tǒng)的研究，缺乏地下水安全回補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和污染風(fēng)險防控政策，因此亟需構(gòu)建適宜的地下水安全回補(bǔ)技術(shù)體系[16-17].  

2京津冀地區(qū)地下水環(huán)境管理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀  

2.1京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險管控和污染防治策略已初步形成  

自20世紀(jì)70年代以來，歐美等發(fā)達(dá)國家在地下水污染防治方面相繼啟動了地下水保護(hù)與污染防治行動計劃，開展了大量系統(tǒng)的技術(shù)研究與工程應(yīng)用實踐，針對地下水污染控制與修復(fù)制定了一系列較為完善的技術(shù)規(guī)范、指南和標(biāo)準(zhǔn).2006年，歐盟出臺了《歐盟地下水指令》，該文件是歐盟地下水環(huán)境管理和保護(hù)的綱領(lǐng)性文件，確立了歐盟地下水污染防治的框架和目標(biāo)，為了實現(xiàn)該目標(biāo)，歐盟各成員國制定了相應(yīng)的實施計劃和最佳技術(shù)指南等.美國、加拿大和日本等國家針對地下水污染控制與修復(fù)制定了一系列較為完善的技術(shù)規(guī)范、指南和標(biāo)準(zhǔn)，用以指導(dǎo)地下水修復(fù)決策、修復(fù)目標(biāo)制定、修復(fù)技術(shù)實施、監(jiān)測及效果評價等行動.國外這些地下水污染控制與修復(fù)的指南和標(biāo)準(zhǔn)，為京津冀地區(qū)地下水修復(fù)頂層設(shè)計、綜合決策和修復(fù)技術(shù)實施、監(jiān)測等提供了科學(xué)指導(dǎo)和重要基礎(chǔ)[18-19].  

近年來，我國對地下水污染防治工作高度重視，相繼出臺了《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》等地下水污染防治文件，提出了未來我國和華北平原地下水環(huán)境保護(hù)總體目標(biāo);同時，在國家“863”計劃、環(huán)保公益專項等項目支持下，針對典型工業(yè)園區(qū)、有機(jī)化學(xué)品泄漏場地、城市生活垃圾填埋場、高風(fēng)險污染場地等重點地下水污染防治對象，開展地下水環(huán)境狀況調(diào)查、污染過程識別、風(fēng)險評估等研究，初步建立了相關(guān)的風(fēng)險評價、污染防控方法，為地下水污染防治技術(shù)方案和管理政策的制定提供了重要支撐[20-24].2014年以來，生態(tài)環(huán)境部(原環(huán)境保護(hù)部)陸續(xù)編制印發(fā)了《地下水環(huán)境狀況調(diào)查評價工作指南(試行)》《地下水污染模擬預(yù)測評估工作指南(試行)》《地下水健康風(fēng)險評估工作指南(試行)》《地下水污染防治區(qū)劃分工作指南(試行)》《地下水污染修復(fù)(防控)工作指南(試行)》《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，科學(xué)指導(dǎo)、推動各地開展地下水污染調(diào)查評估、防治區(qū)劃分、規(guī)劃評估、污染修復(fù)等工作.已取得的地下水污染狀況調(diào)查、污染識別、風(fēng)險評估成果，對構(gòu)建京津冀地區(qū)地下水污染防控關(guān)鍵技術(shù)及管理政策體系提供了良好的基礎(chǔ)[13,25-26].  

2.2初步形成京津冀地區(qū)地下水污染監(jiān)測預(yù)警體系  

自20世紀(jì)70年代以來，京津冀地區(qū)就已開展了地下水水位、水量和水質(zhì)監(jiān)測.目前，河北省共有地下水監(jiān)測井752眼(承壓水井133眼)，其中,5日觀測井603眼，逐日觀測井130眼，開采量觀測井130眼，水質(zhì)觀測井421眼.天津市共有地下水常規(guī)監(jiān)測井422眼，控制著第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組及第Ⅴ組以下各含水巖組地下水動態(tài)，各監(jiān)測層組站網(wǎng)密度：第Ⅰ組183.84km2/眼、第Ⅱ組79.47km2/眼、第Ⅲ組161.08km2/眼、第Ⅳ組195.41km2/眼、第Ⅴ組及第Ⅴ組以下238.4km2/眼.監(jiān)測項目主要包括水位埋深、開采量、水質(zhì)、水溫等.北京市針對地下水含水層建立監(jiān)測井822眼，針對工業(yè)開發(fā)區(qū)、垃圾填埋場等重點污染源建立監(jiān)測井360眼，總數(shù)達(dá)1182眼，達(dá)到了1:50000的立體分層監(jiān)測精度[27].到2019年底，北京市將實現(xiàn)山區(qū)-平原全域覆蓋、巖溶-裂隙-第四系全覆蓋、無機(jī)-有機(jī)并重的監(jiān)測體系，為京津冀地區(qū)地下水監(jiān)測體系形成提供了堅實基礎(chǔ).  

在線監(jiān)測設(shè)備及技術(shù)的研發(fā)方面，美國、荷蘭等國家在20世紀(jì)90年代即已開始重點研發(fā)地下水在線監(jiān)測技術(shù)及設(shè)備，比較有代表性的包括荷蘭的Diver系列、美國的LevelTroll系列及日本的KOSHIN-DL-N-Series系列等，實現(xiàn)了地下水?dāng)?shù)據(jù)的實時監(jiān)測[28].在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“地下水采樣與檢測一體化移動式設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用項目”(No.2013YQ060721)、環(huán)保公益科技專項“地下水污染監(jiān)控預(yù)警與事故應(yīng)急技術(shù)體系研究”(No.201409030)等項目支持下，我國針對地下水采樣與實時監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備，研發(fā)了包含重金屬鉻、苯系物等20多種污染物的快速檢測一體化地下水無擾動采樣設(shè)備，并構(gòu)建了適用于我國的地下水污染預(yù)警技術(shù)框架、應(yīng)急監(jiān)控管理的聯(lián)動機(jī)制與響應(yīng)流程，以及突發(fā)污染事故的應(yīng)急管理技術(shù)[29-31].國內(nèi)外現(xiàn)有研發(fā)的在線監(jiān)測設(shè)備，可實現(xiàn)水位、水溫、電導(dǎo)率以及部分水化學(xué)指標(biāo)的在線讀取、存儲和分析.這些前期的基礎(chǔ)條件，均為京津冀地區(qū)的地下水污染監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)奠定了技術(shù)和理論基礎(chǔ).  

2.3京津冀地區(qū)地下水污染治理技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

從20世紀(jì)70年代開始，歐美發(fā)達(dá)國家在化工行業(yè)及填埋場污染地下水的修復(fù)材料、技術(shù)和裝備方面進(jìn)行了一系列的研究工作，積累了較多的成果[32-34].荷蘭政府在20世紀(jì)80年代就投入15×108美元進(jìn)行土壤修復(fù)技術(shù)的研究和工程應(yīng)用試驗;德國政府在1995年投資60×108余美元進(jìn)行污染土壤修復(fù)工程實施;美國通過超級基金制度從20世紀(jì)80年代初開始，至2009年已經(jīng)投入數(shù)百億美元開展土壤和地下水的修復(fù)工作.目前，西方發(fā)達(dá)國家在場地修復(fù)技術(shù)與裝備研發(fā)、工程應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化方面日趨成熟，已成功應(yīng)用于不同污染狀態(tài)下的場地治理工程，形成了完備的監(jiān)管體系、政策法規(guī)、技術(shù)集成和材料裝備產(chǎn)業(yè)化綜合體系，為構(gòu)建京津冀地區(qū)典型場地地下水污染修復(fù)技術(shù)政策體系提供了借鑒[35].  

在“九五”至“十二五”期間，我國已開展了典型化工場地及填埋場、加油站等地下水污染調(diào)查、修復(fù)和應(yīng)急處理的相關(guān)研究，積累了豐富的理論與技術(shù)成果，初步形成了典型行業(yè)與場地的地下水污染防治技術(shù)體系.在污染物空間刻畫方面，形成了系統(tǒng)的污染場地調(diào)查、精確識別和風(fēng)險評估體系[36-37];在地下水污染擴(kuò)散阻斷方面，研制了立體防滲、抗腐蝕物理阻截材料，創(chuàng)建了物理化學(xué)和生物雙層可滲透反應(yīng)墻等修復(fù)技術(shù)[38];在污染場地地下水污染治理方面，針對地下水的有機(jī)污染、重金屬污染等突出問題，研制了雙層活性介質(zhì)材料、雙層過硫酸鹽緩釋材料等多種針對典型場地地下水中污染物降解的修復(fù)材料[39-42]，為發(fā)展和完善京津冀地區(qū)地下水污染場地的修復(fù)技術(shù)體系提供了重要技術(shù)基礎(chǔ).  

在地下水污染治理技術(shù)的場地應(yīng)用方面，京津冀地區(qū)已針對化工行業(yè)重點污染區(qū)域內(nèi)的污染場地開展了大量地下水污染調(diào)查和修復(fù)工作.據(jù)統(tǒng)計，在京津冀地區(qū)已完成的化工污染場地調(diào)查項目有21個，已完成的場地修復(fù)工程項目有50余項，包括北京化工三廠土壤修復(fù)工程、北京紅獅涂料有限公司北廠區(qū)污染土壤處置工程、北京化工二廠土壤修復(fù)工程、北京煉焦化學(xué)廠南廠區(qū)土壤修復(fù)工程等.這些工程主要采用水泥窯焚燒固化處理、阻隔填埋處理、固廢填埋處理等修復(fù)技術(shù)對場地的污染土壤進(jìn)行處理和修復(fù)，修復(fù)后的場地土壤各項指標(biāo)經(jīng)檢測均符合居民土壤健康風(fēng)險評價建議值標(biāo)準(zhǔn)，為開展京津冀地區(qū)地下水污染防治工程示范提供了良好的經(jīng)驗基礎(chǔ).  

2.4京津冀地區(qū)地下水安全回補(bǔ)技術(shù)體系研發(fā)狀況  

圍繞地下水資源的可持續(xù)利用，國外尤其是澳大利亞、美國等在地下水回補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)、風(fēng)險防范等方面開展了大量工作，建立了相關(guān)技術(shù)規(guī)程，為京津冀地區(qū)典型區(qū)域回補(bǔ)和風(fēng)險管控實踐提供了技術(shù)借鑒.早在19世紀(jì)初，美國及歐洲一些國家開展了回補(bǔ)方面的基礎(chǔ)研究工作，至20世紀(jì)初，已經(jīng)開展一系列的地下水人工回灌工作，如美國的ASR系統(tǒng)、比利時的SAT系統(tǒng)等地下水回補(bǔ)工程至今仍運(yùn)行良好，很大程度上提高了地下含水層的補(bǔ)給水源，恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境[43-45].  

我國在京津冀地區(qū)也開展了一定的地下水回補(bǔ)試驗研究工作.北京市曾多次開展不同入滲途徑的地下水人工調(diào)蓄的試驗研究，先后建立了廖公莊均衡試驗場、西黃村人工回灌試驗站和雨洪利用示范工程等;南水北調(diào)水源進(jìn)京后，在潮白河地區(qū)開展了試驗性回補(bǔ)，估算了河道的入滲強(qiáng)度和地下水環(huán)境影響范圍，評價了南水北調(diào)水源入滲對地下水水質(zhì)的影響，為京津冀地區(qū)地下水安全回補(bǔ)技術(shù)體系研發(fā)提供了重要經(jīng)驗.  

3京津冀地區(qū)地下水污染防治研究方向與目標(biāo)  

京津冀地區(qū)污染場地地下水污染問題突出、風(fēng)險大，嚴(yán)重威脅飲用水安全和人體健康，已成為城鎮(zhèn)化建設(shè)和京津冀協(xié)同發(fā)展過程中亟需解決的重大問題.“十三五”期間，亟需以改善京津冀地區(qū)地下水水質(zhì)、提升地下水污染防治技術(shù)與管理水平為總體目標(biāo)，以京津冀地區(qū)地下水污染防控與管理技術(shù)為出發(fā)點，按照“頂層設(shè)計-監(jiān)測與平臺支撐-重點行業(yè)示范-系統(tǒng)風(fēng)險防控-管理政策”的研究思路，形成適用于遏制京津冀地區(qū)地下水污染趨勢的污染風(fēng)險管控、污染治理技術(shù)體系和綜合保障方案，為京津冀地區(qū)地下水污染防治工作提供系統(tǒng)的技術(shù)體系和管理支撐，綜合提高京津冀地區(qū)的地下水環(huán)境質(zhì)量管理水平和污染修復(fù)治理能力.  

3.1開展地下水污染特征識別與系統(tǒng)防治研究，完善京津冀地區(qū)地下水污染防治頂層設(shè)計  

3.1.1系統(tǒng)識別京津冀地區(qū)地下水污染特征  

京津冀地區(qū)已經(jīng)開展過較多的地下水污染調(diào)查工作，但在污染區(qū)刻畫方面存在精度不高、邊界模糊、未考慮污染物遷移特性和驅(qū)動機(jī)制等問題，需要綜合考慮水文地質(zhì)單元、地下水運(yùn)移特征、土地利用過程等多要素耦合關(guān)系，構(gòu)建地下水污染因素鏈與行業(yè)特征關(guān)鍵參數(shù)相耦合的京津冀地區(qū)地下水污染分類分區(qū)方法，科學(xué)劃分京津冀地區(qū)地下水污染分區(qū)和污染等級，系統(tǒng)識別京津冀地區(qū)地下水污染特征，明確京津冀地區(qū)地下水污染現(xiàn)狀與空間分布，這是明確地下水污染防治重點區(qū)域和行業(yè)的前提.  

3.1.2精準(zhǔn)判定京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險源  

地下水污染風(fēng)險源識別是地下水污染調(diào)查的主要任務(wù)，也是地下水污染防治規(guī)劃與地下水環(huán)境分級管理的基礎(chǔ).京津冀地區(qū)地下水污染源點多面廣，污染防治難度大，因此，建立基于京津冀地區(qū)地下水污染源分布特征的地下水污染風(fēng)險源識別與強(qiáng)度評價技術(shù)方法，精準(zhǔn)識別京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險源并形成重點風(fēng)險源防控清單，對京津冀地區(qū)地下水污染源的分類防控尤為重要.  

3.1.3科學(xué)辨識京津冀地區(qū)地下水污染過程及其主控因子  

地下水污染過程是一個多來源、多路徑鏈接、多介質(zhì)組合、多因素影響、多時間重疊的復(fù)雜過程.不同種類的污染物與復(fù)雜環(huán)境因素的組合，極大地增加了地下水污染作用及其過程的復(fù)雜性和識別難度，造成了地下水污染防控方向不明、措施不力.因此，以重點區(qū)域地下水特征污染物為研究對象，通過數(shù)值模擬和野外試驗等研究方法，識別京津冀地區(qū)地下水污染過程，分析污染源要素、地形因素、含水層因素等對污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的影響程度，識別特征污染物地下水污染過程主控因子，探明地下水污染來源和驅(qū)動機(jī)制，是正確優(yōu)選地下水污染防控對象、準(zhǔn)確切斷污染路徑和科學(xué)采取管控措施的關(guān)鍵.  

3.1.4建立京津冀地區(qū)重點行業(yè)地下水優(yōu)先控制污染物清單  

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重點行業(yè)如化工、冶煉、垃圾填埋場等排放的污染物種類繁多，然而針對京津冀地區(qū)的地下水優(yōu)先控制污染物的清單研究基本是一片空白.因此，結(jié)合該地區(qū)的具體特點(如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、污染源分布、水文地質(zhì)條件等因素)，識別京津冀地區(qū)地下水特征污染物，分析特征污染物的毒性效應(yīng)和環(huán)境行為，建立基于環(huán)境和毒性綜合指標(biāo)的優(yōu)控污染物的篩選原則及多層次篩選模型，確定京津冀地區(qū)地下水優(yōu)先控制污染物清單，是有效開展京津冀地下水環(huán)境監(jiān)管和污染綜合防治的必要前提.  

3.1.5明確京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險區(qū)劃  

京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險區(qū)劃工作的進(jìn)度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地下水環(huán)境質(zhì)量提升和科學(xué)管理決策的迫切需求，地下水污染風(fēng)險水平和等級不清，嚴(yán)重影響京津冀地區(qū)地下水環(huán)境管理工作效率.因此，構(gòu)建京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險評估體系，明確京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險區(qū)劃，將為京津冀地區(qū)地下水污染風(fēng)險分級管控提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐.  

3.1.6形成京津冀地區(qū)地下水污染全過程防治技術(shù)體系與防控方案  

盡管目前已經(jīng)在不同層面開展了有關(guān)京津冀地區(qū)地下水污染防治技術(shù)和方案的研究，但尚未形成系統(tǒng)完整的地下水污染防治技術(shù)方案，導(dǎo)致污染防治工作缺乏系統(tǒng)性和針對性.制訂京津冀地區(qū)地下水污染防治技術(shù)方案，形成京津冀地區(qū)地下水污染防控與修復(fù)技術(shù)優(yōu)化方案和指南，是提高京津冀地區(qū)地下水污染防治與管理水平的關(guān)鍵.  

3.2突破京津冀地區(qū)地下水污染精確識別與監(jiān)測技術(shù)，提升地下水環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警能力  

3.2.1突破地下水污染精確識別與優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)  

突破京津冀地區(qū)地下水污染精確識別與優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)，是提升地下水環(huán)境監(jiān)管能力的基礎(chǔ).目前，我國水利、國土和環(huán)保部門均在京津冀地區(qū)開展了地下水監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè)工作，但不同業(yè)務(wù)主管部門、不同空間尺度的地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)、同一監(jiān)測網(wǎng)的不同類型監(jiān)測井之間缺乏協(xié)同與優(yōu)化，嚴(yán)重制約了京津冀地區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)管能力提升，亟需研究不同空間尺度地下水污染識別與監(jiān)測井優(yōu)化方法，建立地下水污染精確識別與優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)體系.  

3.2.2構(gòu)建不同尺度地下水污染監(jiān)測預(yù)警技術(shù)體系  

創(chuàng)建地下水污染監(jiān)測預(yù)警技術(shù)體系，是提高地下水污染應(yīng)急和風(fēng)險防范的重要手段.針對京津冀地區(qū)不同空間尺度的地下水系統(tǒng)污染指標(biāo)多樣、指標(biāo)閾值差異較大，污染物在包氣帶-含水層間的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不明晰等問題，需開展京津冀地區(qū)不同空間尺度地下水系統(tǒng)污染監(jiān)測預(yù)警技術(shù)體系研究，建立地下水污染監(jiān)測預(yù)警綜合指標(biāo)體系，確定地下水系統(tǒng)污染預(yù)警閾值，研發(fā)包氣帶-含水層污染遷移協(xié)同模擬技術(shù)，為地下水系統(tǒng)污染監(jiān)測、風(fēng)險預(yù)警和污染防控與強(qiáng)化修復(fù)提供關(guān)鍵指標(biāo)、工藝參數(shù)和預(yù)警模型技術(shù)支撐.  

3.2.3突破分層連續(xù)采樣和多因子快速監(jiān)測設(shè)備與數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)  

針對地下水污染原位監(jiān)測技術(shù)方法落后、監(jiān)測指標(biāo)不科學(xué)、系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)缺失的現(xiàn)狀，亟需研發(fā)地下水污染原位監(jiān)測技術(shù)、小型化便攜式地下水多層采樣設(shè)備和多因子在線監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的多維度、多尺度地下水水位、水質(zhì)等污染相關(guān)數(shù)據(jù)動態(tài)采集、遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)體系，為京津冀地區(qū)地下水污染監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支撐和裝備保障.  

3.2.4建立地下水污染監(jiān)控預(yù)警與數(shù)字化技術(shù)平臺  

搭建地下水污染監(jiān)測預(yù)警及數(shù)字化技術(shù)平臺，是地下水污染防控、飲用水安全保障科學(xué)決策和信息化管理的基礎(chǔ).受地下水污染關(guān)鍵指標(biāo)提取分析技術(shù)、地下水?dāng)?shù)據(jù)分析技術(shù)的制約，目前京津冀地區(qū)缺乏能業(yè)務(wù)化運(yùn)行并可復(fù)制、可推廣的地下水污染監(jiān)測預(yù)警及數(shù)字化、可視化平臺，亟需建立立體多維度地下水污染監(jiān)測與預(yù)警體系，形成模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測預(yù)警與數(shù)據(jù)信息處理平臺，實現(xiàn)地下水污染監(jiān)測預(yù)警及數(shù)字化平臺業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為地下水安全保障與信息化建設(shè)、決策管理提供技術(shù)支撐平臺.  

3.3針對京津冀地區(qū)重點區(qū)域和行業(yè)，研發(fā)地下水污染源頭阻控與污染修復(fù)成套技術(shù)  

3.3.1研發(fā)場地尺度地下水污染準(zhǔn)確識別與快速診斷技術(shù)  

京津冀地區(qū)的地下水污染場地存在污染監(jiān)測井布點不合理、監(jiān)測指標(biāo)不科學(xué)等問題，制約了地下水污染診斷的及時性與準(zhǔn)確性，因此需開展地下水污染過程、范圍及程度的識別研究，研發(fā)污染準(zhǔn)確識別與快速診斷技術(shù)，提升典型污染場地調(diào)查評估的科學(xué)性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性.  

3.3.2突破地下水污染源頭控制與總量削減技術(shù)  

地下水污染的源頭控制與總量削減是地下水污染修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié).對于污染物源頭長期存在的污染場地，需開發(fā)源頭控制技術(shù);對于污染源頭已經(jīng)去除的污染場地，污染物以自由相形式或介質(zhì)吸附的形式長期存在于地下水含水層，需開發(fā)污染物總量削減技術(shù)，最大程度地從源頭阻止污染物進(jìn)入地下水.  

3.3.3創(chuàng)新復(fù)雜地質(zhì)條件污染物高效徑流阻斷技術(shù)  

針對京津冀地區(qū)污染物濃度高、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地下水污染場地，亟需開展適應(yīng)性強(qiáng)的高效徑流阻斷技術(shù)研究，研發(fā)兼具防滲性與兼容性的阻斷材料、高效穩(wěn)定安全的反應(yīng)型阻截材料、優(yōu)化的水力截獲技術(shù)，遏制污染場地地下水污染向周邊擴(kuò)散的趨勢.  

3.3.4研發(fā)綠色可持續(xù)修復(fù)材料與技術(shù)方法  

京津冀地區(qū)污染場地污染物積累量大、釋放周期長，并具有多樣性和復(fù)雜性的特點，現(xiàn)有的原位修復(fù)材料針對污染羽修復(fù)處理效果差、成本高、易產(chǎn)生二次污染，亟需根據(jù)污染場地規(guī)模、地層性質(zhì)、污染物成分及濃度的不同，研究提高修復(fù)效率的緩釋材料和低成本的原位修復(fù)綠色功能材料，并通過對衰減能力的評估與長期自然衰減監(jiān)控效果的評估，結(jié)合水文地質(zhì)條件、水化學(xué)及同位素技術(shù)，分析污染物自然衰減過程中揮發(fā)、微生物降解和吸附等作用，研發(fā)低耗高效的強(qiáng)化自然衰減技術(shù). 

3.3.5突破地下水污染修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)組合與優(yōu)化集成  

京津冀地區(qū)典型污染場地水文地質(zhì)條件及污染狀況復(fù)雜，一般都存在復(fù)合污染問題，如化工場地和垃圾填埋場，單一的修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用于復(fù)雜地層和復(fù)合污染情況下的修復(fù)效率低下，無法有效解決復(fù)合污染問題.因此，結(jié)合京津冀地區(qū)污染場地的污染特征和水文地質(zhì)條件，開發(fā)高效及適應(yīng)性強(qiáng)的地下水強(qiáng)化修復(fù)與組合技術(shù)，是提升當(dāng)前污染場地地下水污染修復(fù)水平的迫切需求.  

3.3.6結(jié)合工程示范形成地下水污染修復(fù)規(guī)范性指導(dǎo)文件  

京津冀地區(qū)污染場地地下水污染修復(fù)工程應(yīng)用較少，尚未形成“系統(tǒng)調(diào)查-源頭削減-過程阻斷-污染修復(fù)-優(yōu)化管理”全過程、系統(tǒng)性的管理技術(shù)支撐體系，亟需開展污染場地地下水污染防治工程示范，從地下水污染防治的系統(tǒng)性、整體性、全過程出發(fā)，結(jié)合京津冀地區(qū)的地下水污染修復(fù)規(guī)劃和污染場地的分布特點、地下水污染特征，選取典型的污染場地開展地下水污染防治工程示范，建立京津冀地區(qū)污染場地地下水污染修復(fù)技術(shù)體系，建立符合京津冀地區(qū)地下水污染特點的最佳可行性技術(shù)清單和地下水污染防控、修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與工程技術(shù)規(guī)范，形成可復(fù)制、可推廣的工程技術(shù)模式和場地修復(fù)技術(shù)方案，推動京津冀地區(qū)地下水污染防控與修復(fù)工程技術(shù)應(yīng)用.  

3.4開展回補(bǔ)區(qū)適宜性和環(huán)境風(fēng)險評估，建立安全、協(xié)同、高效的回補(bǔ)技術(shù)體系  

3.4.1開展京津冀地區(qū)地下水回補(bǔ)潛力與適宜性分區(qū)研究  

開展京津冀地區(qū)地下水水源地回補(bǔ)潛力與適宜性評價研究，是科學(xué)劃定地下水回補(bǔ)區(qū)，保障后續(xù)風(fēng)險精準(zhǔn)防控的基礎(chǔ).京津冀地區(qū)由于地下水長期超采，形成了大面積的降落漏斗，同時也騰出了巨大的儲存空間，因此亟需從京津冀地區(qū)地下水水源地的整體布局和可持續(xù)安全供水角度出發(fā)，分析影響地下水回補(bǔ)水量和水質(zhì)的關(guān)鍵場地特征參數(shù)，科學(xué)準(zhǔn)確地評價地下水源地的環(huán)境狀況和回補(bǔ)潛力，篩選出回補(bǔ)潛力大的地下水水源地，開展地下水水源地回補(bǔ)潛力與適宜性分區(qū)評價，形成適宜回補(bǔ)的地下水水源地清單及適宜性排序.  

3.4.2構(gòu)建地下水回補(bǔ)區(qū)污染風(fēng)險識別與管控技術(shù)體系  

構(gòu)建地下水回補(bǔ)區(qū)污染風(fēng)險識別與風(fēng)險管控技術(shù)體系，是安全回補(bǔ)和低風(fēng)險回補(bǔ)的技術(shù)保障.京津冀地區(qū)的回補(bǔ)水源主要為南水北調(diào)水、雨洪水和再生水，而我國對上述不同水源回補(bǔ)地下水過程中可能引起的風(fēng)險以及管控技術(shù)尚未開展過系統(tǒng)研究.因此，開展對不同回補(bǔ)水源在不同回補(bǔ)條件下的地下水污染風(fēng)險識別與風(fēng)險管控技術(shù)的研究，可為地下水資源回補(bǔ)與水質(zhì)協(xié)同控制提供重要技術(shù)保障，亦可為京津冀地區(qū)地下水飲用水源的安全保障提供科技支撐.  

3.4.3開展地下水含水層調(diào)蓄能力和補(bǔ)給能力評估  

開展地下水含水層調(diào)蓄能力和各種回補(bǔ)方式下的補(bǔ)給能力評估，是安全回補(bǔ)的重要保障.既需要調(diào)查研究適宜回補(bǔ)區(qū)的地下可調(diào)蓄空間和回補(bǔ)路徑的暢通程度，也需要在查明回補(bǔ)區(qū)污染源的空間分布、源強(qiáng)和污染風(fēng)險防控研究的基礎(chǔ)上，研究回補(bǔ)水源與地下水聯(lián)合調(diào)控的水質(zhì)安全閾值和調(diào)控技術(shù)，有效調(diào)控回補(bǔ)區(qū)的地下水水位，使得回補(bǔ)工程不僅能夠增加地下水資源儲備量，而且能保障地下水供水安全.  

3.4.4建立地下水安全回補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系和污染風(fēng)險防控政策  

建立回補(bǔ)區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)控體系，制訂回補(bǔ)區(qū)地下水安全回補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和污染風(fēng)險防控政策，是保障安全長期回補(bǔ)的政策基礎(chǔ).京津冀地區(qū)不同區(qū)域的地下水回補(bǔ)，無論從水資源量、水質(zhì)狀況，還是在時空分布特征方面等都存在較大差異.因此需要針對回補(bǔ)水源、回補(bǔ)方式和回補(bǔ)區(qū)特點，開展地下水回補(bǔ)監(jiān)測系統(tǒng)、安全回補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險管控技術(shù)研究，建立覆蓋回補(bǔ)區(qū)地下水及回補(bǔ)水源的聯(lián)合監(jiān)測系統(tǒng)和安全回補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成地下水回補(bǔ)風(fēng)險管控管理辦法和政策，建立地下水安全回補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系.  

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