农村饮用水水源地硝酸盐污染特性

　　在我国广大农村地区，饮水安全是农村居民正常生活的基本保障，关系着农村居民的身体健康和社会稳定。农村地区饮用水源地类型复杂且规模较小，按照供水规模，主要为日供水量小于1000a服务人口小于1万人(“千吨万人”以下)的小型水源地，且大部分水源地分布在农村承包地或宅基地周围。随着化肥、农药等大量使用，农业面源污染问题日益突出，严重影响着农民群众的饮水安全。农业面源污染形式以硝酸盐污染最为突出。自20世纪初实现氮素化肥的人工合成以来，农田化肥施用量大幅增加。由于农作物种类和施肥技术不同，大部分氮肥经各种途径进入水环境中，尤其是农田氮肥的径流损失和淋溶损失，使得地下水中硝酸盐含量过高。目前对农村饮用水源地的保护工作较为薄弱，对硝酸盐污染特性及影响方式的研究较少。开展农村饮用水水源地硝酸盐污染特性研究，能够针对水源地污染现状采取科学有效的预防和保护措施，而且可以为新建水源地的选址提供技术指导，具有非常重要的意义。

　　根据《生活饮用水卫生标准》(GB5749―2006)，地下水源硝酸盐浓度限值为20mg/L。本文以山东省临沂市沂水县作为研究区，对研究区内279个“千吨万人”以下地下水型饮用水源地的硝酸盐污染状况进行了系统调查。调查结果显示，有80个水源地硝酸盐浓度超标，超标率为28.7%。为研究水源地硝酸盐污染特性，本文从水源地取水深度、海拔高程、地形坡度等方面开展了系统研究。

　　一、硝酸盐污染与取水深度关系

　　基于农业面源污染对地下水的影响方式，通常情况下认为农业面源污染对浅层地下水的影响大于深层地下水。根据研究区水文地质状况，浅层地下水主要为风化裂隙水和松散层孔隙水。沂水县大部分区域为低山丘陵区，风化层厚度一般在10~25m之间，赋存浅层风化裂隙水；沂河、沐河两侧为冲洪积平原区，第四系含水层厚度一般在5~10m，赋存第四系孔隙水。深层地下水主要为碳酸盐岩溶裂隙水，水位埋深较大，分布不均匀，5研究区大部分农村饮用水水源地取水井深度小于300m，其中20m以下取水井数量较多，取水类型主要为冲洪积平原区第四系孔隙潜水和部分山地丘陵区出露的山涧泉水。

　　为探讨研究区水源地取水深度与硝酸盐浓度超标之间的关系，根据各水源地取水井深度分布状况，对硝酸盐超标水源地数量进行了分类统计，见表1。根据统计结果，硝酸盐超标率随着水源地取水井深度的增加而逐渐减小。

　　为进一步研究超标水源地取水深度与硝酸盐浓度之间的关系，对二者之间的相关性进行了统计分析，分析结果见图1。

　　根据相关性分析，研究区水源地硝酸盐超标率和超标程度均随着井深的增加呈现出明显减小趋势，说明硝酸盐污染对浅层地下水和深层地下水均产生了较大影响，且呈现出污染现象逐渐由浅层地下水向深层地下水扩散的趋势。

　　二、硝酸盐污染与海拔高程关系

　　为了研究农村饮用水源地硝酸盐污染与海拔高程之间的关系，本文获取了研究区地形DEM数据，并将各水源地地理位置定位于沂水县地形图上。研究区东南部沂河、沐河冲洪积平原区域海拔较低，县域西部和北部为山地丘陵区，海拔较高。经统计，硝酸盐浓度超标的水源地主要集中于海拔高程相对较低、地势平坦的河道两侧冲洪积平原区域。

　　通过地理信息系统软件，从研究区地形图上对各水源地的海拔高程值进行了提取，根据统计结果，研究区各水源地海拔高程主要位于114~459m之间。为研究水源地海拔高程与硝酸盐超标现象之间的联系，本文根据水源地海拔高程分布情况，对水源地硝酸盐污染状况进行了分类统计和相关性分析，结果见表2和图2。

　　由表2可知，硝酸盐超标率随着海拔高程的增加呈现出明显的减小趋势，即海拔高程越高，水源地硝酸盐超标概率越低。同样，硝酸盐浓度超标程度随着海拔高程的增加也呈现出逐渐降低趋势，即海拔高程越高的区域，硝酸盐超标程度相对越轻。水源地硝酸盐超标现象与海拔高程之间存在明显的相关性。

　　三、硝酸盐污染与地形坡度关系

　　为研究水源地硝酸盐污染问题与地形因素之间的关系，本文利用研究区地形DEM数据，通过地理信息系统软件进行坡度分析，并将水源地地理位置与地形坡度图进行了叠加，从地形坡度图中可以看出大多数超标水源地位于坡度较小、地势相对平坦的区域;而硝酸盐浓度达标的水源地主要位于坡度较高的区域。

　　利用地理信息系统软件，从地形坡度图上对各水源地的坡度值进行了数据提取。结果显示，279个水源地中，地形坡度最大值为13.32^。，最小值为0.05^。。为研究水源地地形坡度与硝酸盐浓度超标之间的联系，根据水源地地形坡度分布情况，对硝酸盐污染状况进行了分类统计和相关性分析，结果见表3和图3。

　　根据上述统计分析结果，研究区279个地下水水源地中，硝酸盐超标率随着地形坡度的增加呈逐渐降低趋势，即地形坡度越大的区域，硝酸盐超标率越低。同样，水源地硝酸盐浓度超标程度随着地形坡度的增加也呈现出明显的减小趋势，即地形坡度越大的区域，水源地硝酸盐超标程度相对越轻。水源地硝酸盐超标现象与地形坡度之间表现出明显的相关性。

　　四、污染形成原因分析

　　研究表明，农业面源污染主要是由于过量施用化肥，化肥残留在土壤或经雨水淋滤后通过包气带进入地下水环境而引起的。根据分析结果，从统计学角度，海拔高程越低、地形坡度越小的区域，水源地硝酸盐浓度超标的概率越大，超标程度越重；海拔高程越高、地形坡度越大的区域，水源地硝酸盐浓度超标的概率越小，超标程度越轻。这是由于在海拔较高、地形坡度较大的山地丘陵区，土壤相对贫瘠，农业生产活动相对落后，化肥等施用量相对较少，农田灌溉体系相对较落后，降雨是地下水的主要补给来源。而降雨后由于地形限制，雨水容易形成地表径流，直接补给地下水的量较少，包气带及地下水中污染物的入渗速度、入渗量较小，因此，地下水受污染程度相对较低。

　　海拔较低、地形坡度较小的冲洪积平原区域，农业生产活动比较发达，农田化肥等施用量较大，且农田水利工程相对发达。平原地区农田灌溉和降雨是地下水的主要补给来源，在农田灌溉或降雨后，水分除部分蒸发和被植物吸收外，大部分渗入包气带或地下水中，化肥中所含的氮素组分会随着地下水的入渗逐渐进入地下水环境，从而导致地下水中硝酸盐污染状况发生。因此，与海拔较高、地形坡度较大的山区相比，海拔较低、地形坡度较小的冲洪积平原区域地下水更易受到农业面源污染的影响。

　　另外，农业面源污染是由于长时间的积累形成的，地下水污染造成的水质型缺水，会进一步加剧人们对地下水的超采，使地下水漏斗面积不断扩大，地下水水位大幅度下降;地下水位的下降又改变了原有的地下水动力条件，引起地面污水向地下水的倒灌，浅层污水不断向深层流动，地下水污染向更深层发展，使得地下水污染程度不断加重。研究表明，长期以来，农业面源污染对浅层地下水和深层地下水均产生了较大影响，且硝酸盐污染逐渐由浅层地下水向深层地下水扩散。

　　五、结语

　　加强对农村饮用水安全的保护已刻不容缓。在农村饮用水水源地污染防治方面，单纯对取水口采取隔离措施已不能满足环境保护需求。主管部门应加大对农业面源污染的防治力度，在区域范围内，广泛推广使用测土配方施肥、施用缓释肥等方法，优化施肥方案，确定化肥合理用量，鼓励施用有机肥，发展有机农业。在农田和水源之间建立生态缓冲带或保护带拦截农田流出的养分，防止养分直接流入水源。

　　农村饮用水源地建设选址时，建议优先选择开发利用程度低、农业生产活动相对薄弱的山地丘陵区域，地下水开采类型应以深层水为主。并在取水井末端采取有效的水质净化措施，保证居民用水安全。(来源：临沂君和环保科技有限公司;山东君成环境检测有限公司)