取水水源保护区划分方法

取水水源保护区划分方法摘要：城市用水在水质、水量等方面有较高的要求，地表水源地的安全问题必须给予高度重视，又由于一直以来未形成统一的城市供水水源保护区划分标准，这给水源地保护措施的执行带来了诸多弊端，对城市供水安全造成了风险。当前水污染问题尤为严重，保护饮用水水源刻不容缓。建立水源保护区是有效保护集中式供水水源地，保障持续供水的有效手段。试结合我国水质情况，饮用水水源地保护现状依据《规范》及参考国内外研究来简要阐述取水水源地保护区划分方法。关键词：地下水地表水饮用水源保护区划分水质划定饮用水水源保护区是防治饮用水源污染、保障人民身体健康以及保障经济可持续发展的重要环节。而现有《饮用水源保护区划分技术规范》（HJ/T338-2007以下简称《规范》）仅仅是定性、定量地提出了分级、分块保护水源地的划分方法，以及对保护区的划分范围和对保护区的沿岸两侧工农业污染源分布和支流汇入情况进行了原则性的说明。然而，要使水源水质真正得到保护，不能仅仅局限于此，应该将《规范》中的基本模型根据实际河流、湖泊及地下水系统进行细化，并选择合适所研究水体的划分方法进行相关计算。其中涉及的水质指标按国家建设部颁布的《城市供水水质指标》和国家环保总局颁布的《地表水水质标准》（GB3838-2002）确定。《规范》中规定划分的一般技术原则：确定饮用水水源保护区划分的技术指标，应考虑以下因素：当地的地理位置、水文、气象、地质特征、水动力特性、水域污染类型、污染特征、污染源分布、排水区分布、水源地规模、水量需求。其中：地表水饮用水源保护区范围应按照不同水域特点进行水质定量预测并考虑当地具体条件加以确定，保证在规划设计的水文条件和污染负荷下，供应规划水量时，保护区的水质能满足相应的标准。地下水饮用水源保护区应根据饮用水水源地所处的地理位置、水文地质条件、供水的数量、开采方式和污染源的分布划定。各级地下水源保护区的范围应根据当地的水文地质条件确定，并保证开采规划水量时能达到所要求的水质标准。划定的水源保护区范围，应防止水源地附近人类活动对水源的直接污染；应足以使所选定的主要污染物在向取水点（或开采井、井群）输移（或运移）过程中，衰减到所期望的浓度水平；在正常情况下保证取水水质达到规定要求；一旦出现污染水源的突发情况，有采取紧急补救措施的时间和缓冲地带。在确保饮用水水源水质不受污染的前提下，划定的水源保护区范围应尽可能小。划分方法：对于河流型水域保护区划分及理论基础根据《规范》我们发现划分水源保护区范围时要在保证水源地水质的安全及基本要求下，尽量协调好水域保护区的面积足够大，在此范围内保证能够满足污染物迁移、扩散以及衰减所需要的距离；此外还得保证迁移扩散距离尽量小，这样才能减少由于划分大块面积的水源

保护区而对当地生产与经济发展产生消极影响。这两方面相互矛盾，共同限制水源地保护区的划分。根据以上效果分析原理与思路，对于一般河流型水源地，采用二维水质模型计算，运用环境规划多目标函数的原理和方法，综合考虑社会、经济、环境代价（包括损害费用，防护费用，环境保护费用等）等可以建立水源地保护区划分最优化模型，并采用最小费用法构建目标函数。采用插值法、差分法、最小二乘法等来解决线性函数，对于非线性最优化模型，可以采用计算机编程如FORTRAN语言以及神经网络等求解。以下给出两种模型来计算水源保护区长度：一维水质模型计算水源保护区当污染物在河流断面达到充分混合后，污染物浓度收到纵向扩散和污染物的自身分解作用（非持久性污染物）而不断减少。利用质量守恒原理列式，对污染物浓度变化进行求解得一维稳态衰减微分方程udX=-KC,积分解得C=C0•e-kx/u根据水质标准以研究河段的相关污染物（COD和氨氮等）作为计算指标，得到污染物衰减达到水质指标浓度所需距离，取较大值作为保护区长度。二维水质模型计算水源保护区dyydx-KC=0ux,uy河流纵向和横向流速分量，m/sK降解系数，d-1污染物在断面充分混合之前，水污染物浓度沿横向和纵向均有明显变化，水深方向基本均匀情况，此节的为横向混合阶段，应用二维模型对水质分析。建立稳态水质模型TOC\o"1-5"\h\zd2Cd2CdCDx寇+Dy砂-Uxdx-UC某点（x,y）处污染物浓度，mg/Lexp[-ux(2nB-y)2]}exp[-KuqDx,Dy河流纵向和横向的混合系数，m2/s;水质模型解为C(x,y)=——{Z+8-_.n=—dyydx-KC=0ux,uy河流纵向和横向流速分量，m/sK降解系数，d-1exp[-ux(2nB-y)2]}exp[-KuqM污染物排放量，g/s；n边界反射次数，次；y距岸边距离，m；h水深，m。（1）采用一维模式计算，水源地保护区在上游来水水质满足III类水质标准，水源地水质就能得到保证；作为水源的河流，水质一般较好，采用这种计算方法得到的保护区过长，严重制约经济发展。（2）采用二维计算模式，计算长度较短，也比较容易执行，若上游断面处水质达到III类标准，通过一维模式可知水源地水质达不到标准，同时，这种算法把所有污染物都集结于一点，按点源排放，与实际不符。对于地下水源地保护区划分及理论基础划分水源保护区的目的是保护供水井不受污染。地下水源保护区边界的划分主要考虑研究区的水文地质条件（含水层性质、地下水形成特征和运动规律、水文地质参数等，以及污染物迁移和病菌、微生物生长条件及其他人为因素。划分依据主要包括地下水的动力学特征、地下水中细菌的消减规律和含水层及覆盖层的性质。水源保护区范围过小会引起饮用水水质不安全，影响人民群众身体健康；范围过大则不利于对土地的合理开发利用，浪费自然资源。水源保护区划分原则是：①在污染物达到供水井时，使浓度降到目标含量；②为意外污染事故提供足够的清除时间；③保护水源补给区不受污染，使供水井水质在长时间内保持稳定；④便于环境立法和分区管理。由于我国在划分和建立地下水源保护区方面的工作还比较薄弱，因此主要借鉴欧美等发达国家的研究成果和技术规定。目前，国外划分地下水源地保护区普遍采用三级划分的方法，我国在这方面也还没有统一的规定和标准。在参考国内外经验作法的基础上，以地下水流运移至水源井的时间长短为标准来确定地下水各级保护区的范围，将地下水水源保护区划分为一级区、二级区和准保护区三种类型。一级保护区：根据地下水运动规律，计算出当细菌及污染物从地表渗入到地下再迁移到水源井所用时间为60d时该地表点至水源井的距离，其所圈定的范围即为一级保护区。其功能主要是保证集水有一定滞后时间，以防止细菌类和污染物直接进入开采井中，保证水源地出水安全。二级保护区：位于一级保护区外，应包括被开采含水层的补给区，其作用是保证集水有足够的滞后时间，以防止病原菌以外的其他污染。污染物从二级保护区边界运移到一级保护区边界的时间大于其在覆盖层土壤和含水层中被吸附、衰减到期望浓度水平所需的时间。参照国内外的划分经验，二级保护区地下水运移时间一般定为10年。准保护区：其功能是防止未经达标排放的污水流入二级保护区，保护水源地的补给水量和水质。准保护区的防护范围是集水区，在其范围内开采层的地下水均流向开采井群，一般以污染物在地下水中运移25年的距离作为准保护区的范围。采用解析单元法（AEM）来对地下水运动进行分析。避免了利用网格或单元对含水层系统的离散化，对复杂的区域地下水问题主要依靠模型中解析单元的叠加来解决。它是基于势函数理论，以饱和含水层中的流量势函数取代常用的速度势函数，将地下水流基本方程转化成承压与非承压含水层具有同一形式的拉普拉斯方程。利用与地下水流动相关的特征元素如a自然或人工地表水体b抽水井及水源地c入渗或越流补给含水层d含水层参数等在基本方程满足条件①稳定流②含水层水平且厚度均一③均质各向同性④无垂向入渗或越流补给等来构建函数模型。通过对函数的求解可得到含水层中任一点的综合势函数，同样各流量分量也会被计算出来。地下水污染具有不易被发现和难于处理的特性，地下水一旦污染很难恢复。因此，为使地下水资源免遭污染，进行地下水源地保护区划分是十分必要的。对于地下水源保护区的划分，采用时间标准有其科学性、合理性及适用性。在全面了解研究区环境水文地质特征、污染源的空间分布以及地下水的污染种类特征的基础上，采用适当的计算模型，即可确定各级保护区的范围。利用解析单元法计算水源保护区边界通常在以下情况时应用：研究区边界条件未知；区内地表水体或其他结构（如井等）影响或主导了地下水流；地下水位出现突变时；地下水流为稳定流状态。水源地保护措施与建议水作为重要资源，是生态环境的基础，而中国的水资源又面临总量多但人均很少，分布不均，水脏，污染严重等严峻问题，要建立水的可持续利用格局，支持社会可持续发展就一定要进行水源地及水资源的保护。为保障保护区划分实施效果及保护水资源，需通过划定保护区来保护采水点，限制配水系统中的水流失，制定并实施各项用水安全条例，制定饮用水水源地保护的监督管理能力建设方案，重点在于保护区的基础设施建设、监督管理自身能力建设、环境监控信息系统建设。建立健全法律做到保护法制性，常态化，以及普及节水和保护水资源知识等。建议：注重水源地保护区划分理论的完善以及保护区的建设，我们通过上述模型可以知道上游水体流入下游的水质对水源地保护区划分影响很大，所以在保护区内及其上游区域严格控制向该水体排放污染物的建设项目与水源保护，监测无关的水上活动项目建设，保护区周边山林植被资源，要严禁乱砍滥伐，毁林开荒，开山取石，防止水土流失，严格控制禽畜牧养殖，禁止使用剧毒和高残留农药，鼓励建设无公害农业生产基地等。还要注重备用水源地保护建设，研究气候等的变化对水质的影响制定有效的措施并确切实施。另外雨水尤其是暴雨，对水源水质也有很大的冲击作用，可以考虑收集并处理雨水及废水再利用来保护水源地水资源及作为新的水资源加以合理利用。参考文献【1】《饮用水水源保护区划分技术规范，中国环境科学研究院，2006【2】生活应用水卫生标准【S】，GB5749-2006【3】常德政，袁金华，王有乐，河流型水源保护区划分方法探讨【J】环境科学与技术，2010（2）【4】苏荣辉，集中式生活饮用水地表水源保护区划分与规划研究【期刊论文】海峡科学，2009（8）【5】张保祥，李龙昌，王明森，孟凡海，地下水源保护区划分原理及其应用【6】唐克旺，朱党先，唐蕴，