北京市南部地區典型地下水水源井水質數據分析

焦文婷 康 欣

（北京市自來水集團有限責任公司，北京 100031）

1.前言

北京市作為人口千萬級別以上的超大城市，水資源整體狀況匱乏，隨著社會的發展進步，城市生活生產用水的需求日益增長，供需水矛盾日益突出。北京市南部某水廠供水水源井由于長期持續的過度開采，井水位持續下降，水質不斷惡化，造成了一系列生態與環境地質問題。2014年南水北調中線正式通水，有效的解決了我國北方受水城市水資源嚴重短缺的問題，地下水超采情況才得以有所緩解。但地下水資源仍是保障城市供水安全的珍貴資源，地下水有水質澄清、變化幅度小，便于維護及運行管理方便等諸多優點，符合衛生要求的地下水，仍然宜優先作為生活飲用水的水源。對于礦化度和總硬度、硝酸鹽氮高的地下水，為保證出廠水水質達標，往往需要與地表水進行混合供水，以達到生活飲用水衛生規范要求。

北京市南部某水廠供水水源為地下水，常年過度開采導致其典型地下水源井總硬度、硝酸鹽氮指標值高，現通過地表-地下水聯合調蓄進行調節，使出廠水可達到生活飲用水衛生規范要求。為掌握地下水水源井開采量對水質的影響，依托北京市南部地區地下水水源井典型水質指標，對相應水源井長期出水量和水質數據進行分析和總結，以求合理的控制水源井出水量，為區域地下水資源可持續利用提供理論依據。

2.基本概況

根據轄區內地下水水質特點，選擇01＃至06＃水源井作為本次研究的水質監測點，同時選取2008年至2020年總硬度和硝酸鹽氮兩項具有代表性的指標進行數據整理和分析。

總硬度是水質的重要監測指標，高硬度的水有苦澀味，感官差且飲用后有影響胃腸功能、泌尿功能病變的可能性。由于硬水對人體健康的潛在危害，我國《生活飲用水衛生標準》要求生活飲用水的總硬度以CaCO3計不得超出450mg/L的限值?！兜叵滤|量標準》中也對硬度進行了五類分級，因此水硬度的指標監測是不容忽視的。

相比較水中的總硬度，正常水平的硝酸鹽通常不會對水質產生直接影響，由干硝酸鹽易溶于水且無色無味，許多已被嚴重污染的井水未得到重視。我國飲用水硝酸鹽項目標準限值為10mg/L，水中出現過量的硝酸鹽，不僅影響到水中生物的生存條件，對于人體也有著非常大的危害。水中硝酸鹽超標，能致使出現缺氧、頭昏等癥狀，嚴重時還有致癌、致畸的風險。

圖1 2008年-2020年01#-06#水源井靜水位變化圖

01＃至06＃井是供水廠重要的水源井，也是有代表性的典型井，且六個樣點都有足夠的數據支持研究。2008年至2013年，01#、02#、05#的靜水位隨著時間的變化都有降低的趨勢，而03#、04#、06#的靜水位雖保持平穩但在2013年也都有下降。2014年，南水北調順利通水，各典型井的靜水位都有所上升，尤其是01#和04#。然而這種情況并未得到好的維持，至今，隨著不斷開采，各典型井的靜水位也在快速下降。其中04#的靜水位降幅達到了5.5米，對各典型井的開采分析確有必要。

3.水質數據分析

整理編號為01#至06#的水源井1997年至2020年的監測數據，分連續供水、斷點供水及南水北調后供水三種情況對水源井年總出水量、硝酸鹽氮和總硬度進行分析。

圖2 1997年-2020年01#-02#總出水量與總硬度動態曲線圖

3.1 連續供水對硝酸鹽氮、總硬度的影響

01#、02#近20年一直處于使用狀態，無停用情況。01#出水量浮動值達到111.4%、總硬度和硝酸鹽氮變化幅度分別為17.4%和43.2%；02#出水量浮動值達到164.2%，總硬度和硝酸鹽氮變化幅度分別為40.2%和58.2%。分別建立水源井硝酸鹽氮、總硬度指標與出水量的動態曲線圖，兩指標的變化與出水量確有一定相關性。

1997年至2020年間，01#-02#的出水量與總硬度的變化趨勢一致。當水源井出水量增加時，總硬度隨之出現明顯升高；當出水量減少后，硬度下降明顯。尤其是02#自2013年后，隨著出水量的不斷減少，硬度指標有明顯下降趨勢。

圖3 1997年-2020年01#-02#總出水量與硝酸鹽氮 動態曲線圖

1997年至2020年間，01#的硝酸鹽氮指標數值相對穩定，雖然年際間有所波動，但總體變化趨勢不明顯。02#的硝酸鹽氮指標變化幅度與出水量有較明顯相關性。2005年至2009年，當出水量不斷減少時，硝酸鹽氮也隨之下降。2009年至2013年出水量增加，硝酸鹽氮也大幅度上升，漲幅超過10mg/L。2013年至2020年，當出水量再次減少時，硝酸鹽氮也再次出現了明顯的下降趨勢，對比2013年與2020年，出水量減少了約160萬m3/年，硝酸鹽氮降低了16mg/L。

3.2 斷點供水對硝酸鹽氮和總硬度影響

03#水源井于1999年至2003年停用，04#水源井于1999年至2003年以及2005年停用，停用前后總硬度和硝酸鹽氮都有所浮動。

圖4 1997年-2020年03#-04#總出水量與總硬度動態曲線圖

2004年，03#水源井恢復使用后，硬度指標未有明顯變化。但隨著總出水量的不斷減少，尤其是近10年內的壓采，硬度指標下降幅度近200 mg/L，水質有逐漸好轉的趨勢。04#水源井恢復使用后，2006年其硬度指標有所好轉，但隨著出水量的增加，硬度也出現惡化的趨勢。近年內，出水量的改變與硬度的變化也呈現高度的一致性。

圖5 1997年-2020年03#-04#總出水量與硝酸鹽氮動態曲線圖

2004年，03#水源井重啟后硝酸鹽氮降低26.5%?；謴褪褂煤?，2005年硝酸鹽氮上升47.8%，2006年以后隨著出水量的減少，硝酸鹽氮明顯下降。

2006年，04#水源井重啟后硝酸鹽氮同比1998年降低22.3%?；謴褪褂煤?，2007年硝酸鹽氮上升21.2%，2008年后硝酸鹽氮隨著出水量變化，趨勢一致。對比2012年與2020年，出水量減少了約60萬m3/年，硝酸鹽氮降低了約6mg/L。

由03#-04#的動態曲線圖看出，地下水源井的總出水量變化與水質硝酸鹽氮指標的變化呈正相關。尤其是近幾年當總出水量減少時，硝酸鹽氮的數值也隨之大幅降低。

數據表明超過5年的停井整修、維護對降低水源井總硬度、硝酸鹽氮含量有明顯效果。然而若考慮到完全或長期停用，可能導致水源井報廢，所以停井維護的時間間隔非常重要，間隔時間需要保證既有效保護水源井設備，又能保障水質指標狀況好轉。

3.3 南水北調對硝酸鹽氮、硬度影響

南水北調工程全線通水進京后，北京市每年增加約10億立方米的水資源，市內利用南水替代部分地下水進行供水，南水進京前后相比，由于地表水廠供水量的補充，該地下水廠的出水量大幅度減小。

圖6 .1997年-2020年05#-06#總出水量與總硬度動態曲線圖

南水通水后，2015年05#水源井的總出水量減少43.1%，06#水源井減少30.3%。兩典型井的水質指標有明顯好轉，總硬度維持較低水平。2015年，05#的總硬度降低了4.3%，06#降低了12.5%且06#的總硬度指標依然呈現降低的趨勢。

圖7 1997年-2020年05#-06#總出水量與硝酸鹽氮動態曲線圖

硝酸鹽氮含量的變化更為明顯，整體呈現下降趨勢。2015年，05#水源井硝酸鹽氮含量降低了13.5%，06#水源井降低了16.1%，并且兩典型井的水質指標還在不斷改善。整理數據表明，南水北調通水補充后，地下水開采量得以減少，對該轄區內地下水源的涵養和恢復起到了顯著的作用。

4.結論

（1）水源井持續出水且出水量穩定時，水源井總硬度和硝酸鹽氮無明顯變化。

（2）轄區內地下水源總硬度、硝酸鹽氮含量偏高，兩項指標的變化與總出水量的變化有一定相關性。分析數據表明隨著開采量的增加，水質逐漸變差，說明對地下水的過量開采是造成水質逐年惡化的主要原因，對地下水的開采應采取合理的、科學的方式。

（3）超過5年的停井整修、維護對降低該轄區內水源井總硬度、硝酸鹽氮含量有明顯效果。轄區內兩典型井停井5年后進行檢測，發現總硬度和硝酸鹽氮指標數值均有所下降，尤其是硝酸鹽氮，降幅分別達到了26.5%和22.3%。

（4）南水北調供水及壓采后，對該轄區內區域水質改善具有一定的積極作用。利用南水替代部分地下水進行供水，使地下水開采量減少，水中總硬度和硝酸鹽氮含量明顯降低。南水通水后，轄區內兩典型水源井的總出水量分別減少了43.1%和30.3%，水源井水質指標得到改善改善，總硬度分別降低了4.3%和12.5%，硝酸鹽氮含量分別降低了13.5%和16.1%，并且保持繼續下降的趨勢。

但要求總硬度和硝酸鹽氮含量低于《生活飲用水衛生標準》（GB/T 5749—2006）中規定的限值，還需要采取兌水等調整措施?？紤]到南水北調通水時間較短，工程需要逐步發揮效益，壓采工作亦應循序漸進，下一步會繼續深入研究，通過水量與水質相關關系的建立，進一步分析南水北調供水對地下水改善的影響，探尋更加合理的地下水開采量，從供水效益和環境效益等方面優化南水與地下水聯合調蓄的能力。