东北村镇地下饮用水污染防控与安全保障技术研究
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第2章 东北村镇饮用水特点及存在问题

2.1 东北村镇饮用水特点

2.1.1 供水水源现状

2.1.1.1 辽宁省供水水源现状

1.水利工程现状供水能力

辽宁省共有蓄、引、提、井等各类水利工程1 万多处。其中,蓄水工程:现有水库工程900 座(水利部门管理的水库),大型水库23 座,中型水库62座,设计供水能力61 亿m3左右,现状供水能力55 亿m3;引水工程近270 处,设计供水能力56 亿m3,现状供水能力47 亿m3;提水工程4100 多座,设计供水能力50 亿m3,现状供水能力37 亿m3;地下水井工程9 万多眼,设计供水能力72 亿m3,现状供水能力69 亿m3。上述4项合计供水能力208 亿m3。在地表水蓄、引、提工程的供水量中,存在着重复计算的供水量,如水库将水放入河道,又经引、提水工程再把水引、提到工农业用水部门中去,有的中间又经过二级或三级提水,这部分重复水量约50亿m3左右,所以目前辽宁省的现状供水能力为158 亿m3

2.污水资源化及可利用量分析

辽宁省每年排放废污水量28亿m3左右,造成地表水体严重污染。据监测,辽河、浑河、太子河、大辽河、大凌河的大部分河段为Ⅳ~Ⅴ类水质,有的超过Ⅴ类,水污染造成了整个生态环境恶化,加剧了水资源的供需矛盾。根据环保规划,沈阳、抚顺、鞍山、本溪、辽阳、大连等城市将建城市污水处理厂,部分处理后的污水可用于环境、工业和农业用水。2000 年为0.9亿m3,2005 年为2.4亿m3,2010 年达到5.4亿m3,2015 年达到6.5亿m3。实施三、四级处理后,辽宁全省可获得6 亿多m3的水资源,可以增加环境用水、城市绿化用水和农业用水,城市水环境的改善将带来一系列的综合社会经济效益。

3.2015年可供水量分析

2010—2015年大伙房水库输水工程每年还可为辽河流域中下游城市群增加提供5.2亿m3可供水量(扣除2005—2010年间已利用的12.8亿m3)。假设“北水南调”工程已实施,可提供15.5亿m3可供水量。其中2015 年使用8 亿m3可供水量。其他如小荒沟等水库工程和引水工程再加上小型水利工程和污水处理回用可增加提供6 亿m3的可供水量。2015 年与2010 年相比,辽宁省可增加可供水量20 亿m3,到2015 年全省可供水量将达到208 亿m3,如果没有“北水南调”工程的供水,辽宁全省总可供水量为200 亿m3

2.1.1.2 吉林省供水水源现状

1991 年乡镇供水归口水利部门管理以来,吉林省的乡镇供水工作,按照“巩固挖潜、积极发展、综合利用、讲究实效”的原则,积极开展工作,取得了显著的经济效益和社会效益。截至2003年年底统计,全省已建成供水工程673 处,其中,打井532处,引泉71处,引库河水70处,解决了598 个乡镇的供水问题,同时为19000 多个企业提供了生产用水。

1.水资源概况

全省水资源总量为420.45 亿m3,其中,地表水资源量353.80亿m3,地下水资源量123.42亿m3,重复水量56.7亿m3

地表水资源量折合成径流深平均为189mm,占水资源总量的84.1%。其中,东部山区多年平均年径流深为350mm;西部平原区年径流深不足10mm。

地下水资源量占水资源总量的29.4%。其中,平原区地下水资源量为54.5亿m3,山区地下水资源量为68.87亿m3。全省地下水可开采量为57.48亿m3,其中平原区为40.94亿m3,山区(山间盆地)为16.54亿m3

2.水资源开发利用现状

1998 年全省用水总量为104.3亿m3,水资源利用率24.8%,其中,地下水用水量为29.57亿m3,占地下水资源量的24.0%;地表水用水量为74.76亿m3,占地表水资源量的21.1%。

全省乡镇用水量为0.54亿m3,其中,生产用水0.28亿m3,生活用水0.19亿m3,公共建筑用水0.02亿m3,其他用水0.05亿m3,受益人口共计128.6万人。

3.乡镇供水现状

吉林全省已建成供水工程685处,其中,打井544 处,引泉71处,引库河水70 处。目前东部地区已有12个县全部实现了乡镇自来水化,而中西部地区由于经济基础较薄弱和自然条件差,导致乡镇供水发展相对缓慢。

2.1.1.3 黑龙江省供水水源现状

1.黑龙江省水流域污染状况

随着资源大规模开发和人口增长,黑龙江省天然水体已出现不可忽视的恶化趋势。黑龙江省的江、河、湖、泊,除黑龙江上游水质基本良好外,大部分已受到不同程度的污染。

松花江是黑龙江人民的母亲河,是黑龙江省沿岸城市十分重要的城市供水水源。该流域由嫩江、牡丹江、松花江干流3个水系组成,目前嫩江水系水质现状为Ⅲ~Ⅳ类,牡丹江流域水质现状为Ⅲ~Ⅳ类,松花江流域哈尔滨段水质现状为Ⅲ~Ⅳ类。

松花江流域多年平均年径流量为383.4亿m3,但同时该流域也是相对缺水地区。流域人均、亩均水资源量为全国平均值的77%和36%。松花江流域径流的主要特点是地区水量分布不均匀,年内分配相差悬殊。中小河流在冬季枯水期断流较多,流域内水资源量年际变化很大,且有连续丰枯交替发生。

松花江沿岸的石油化工、造纸、制药、印刷等污染严重行业排放的工业废水对松花江流域的水质造成了污染,给松花江的生态安全带来严重威胁。

2.城市供水现状

在过去的20年里,东北地区分析33个地级以上城市供水状况,供水不足的城市为32个,其中属区域水资源量不足而致城市缺水的占18个;属缺水源工程而致供水不足的有14个。黑龙江省哈尔滨市、齐齐哈尔市、牡丹江市、佳木斯市等城市均以松花江及嫩江作为主要城市水源,目前水源地是以Ⅲ~Ⅳ类水体为主。如哈尔滨市区城市生活饮用水源地朱顺屯、四方台水源地都受到不同程度的污染,丰水期为Ⅲ类水体,枯水期为Ⅳ类水体。松花江水体的污染已使原来依靠松花江作为饮用水水源地的哈尔滨市区,不得不投入近50亿元巨资,在180km外的五常市建设磨盘山水库作为新的城市饮用水水源地,以解决市区300多万人口的饮水问题。

黑龙江省大多城市缺水率在10%以上,黑龙江省的供水形势不容乐观,必须超前部署,建立应急后备水源。

据2008年《黑龙江省水资源公报》及相关资料,13地市行政区地表、地下水供水量配比见图2.1。

图2.1 2008年黑龙江省行政分区供水量图

2.1.1.4 松辽流域水资源现状

松辽流域泛指东北地区的松花江、辽河、沿黄渤海诸河及国境河流(中国侧)流域,行政区划包括黑龙江、吉林、辽宁3省和内蒙古自治区东部4盟(市)及河北省承德市(松辽片),行政分区面积分别为45.5万km2、18.7万km2、14.4万km2、45.9万km2和0.4万km2,流域总面积124.9万km2。流域主要河流有额尔古纳河、黑龙江、松花江、乌苏里江、绥芬河、图们江、辽河(含浑太河)、鸭绿江以及沿黄渤海诸河等。

松辽流域水资源量按流域分区和行政分区分别统计,河流水质按河段长统计,流域水质按水资源一级区省界水体断面水质类别和重点水功能区分别进行统计。流域分区包括松花江区、辽河区2个一级区,14个二级区;行政分区包括黑龙江、吉林、辽宁3省和内蒙古自治区及河北省承德市,共计42个市(盟、州)。松辽流域水资源分区见图2.2。

2008年松辽流域年降水量5940.02亿m3,折合年降水深度475.6mm,比多年平均值偏少7.6%。年地表水资源量1093.58亿m3,折合年径流深度87.6mm,比多年平均值偏少35.8%。地下水与地表水之间的不重复量279.79亿m3,年水资源总量1373.37亿m3,比多年平均值偏少31.0%。

图2.2 松辽流域水资源分区图

2008年松辽流域总供水量613.63亿m3,比上年度增加8.62亿m3。在总供水量中,地表水源占总供水量的52.9%,地下水源占总供水量的46.7%,其他水源占0.4%;松辽流域总用水量为613.63亿m3,其中生产用水占92.4%,生活用水占6.4%,生态用水占1.2%;松辽流域总耗水量349.06亿m3,综合耗水率57%。

2008年松辽流域72座大型水库和271座中型水库,年末蓄水总量288.73亿m3,比年初减少了15.83亿m3,其中松花江区减少了11.05亿m3,辽河区减少了4.78亿m3。据不完全统计,2008年松辽流域废污水排放量为52.88亿t,入河废污水量为35.06亿t。

2008年松辽流域主要江河水质污染仍然比较严重。全年期:在评价总河长19059.1km中,劣于Ⅲ类水河长10162.1km,占53.3%。汛期:在评价总河长19059.1km中,劣于Ⅲ类水河长11508.7km,占60.4%。非汛期:在评价总河长18548.4km中,劣于Ⅲ类水河长9391.0km,占50.6%。

2008年对松辽流域23条省界河流上共计41个监测断面进行了监测和评价,总体较去年污染程度有所加重。其中西辽河的白市断面和郑家屯(下)断面全年断流,余下的39个监测断面统计结果表明:全年期优于Ⅲ类水质标准的断面17个,占总评价断面数的43.6%。劣于Ⅲ类的断面22个,占总评价断面的56.4%。

2008年松辽流域共有22座水库参加水质评价。其中松花江区17座,辽河区5座。全年期评价的22座水库中,浑河的大伙房水库、东北沿黄渤海诸河的碧流河水库水质良好,为Ⅱ类水质;松花江的磨盘山水库、香么山水库和龙凤山水库水质较好,为Ⅲ类水质;其余水库水质均劣于Ⅲ类,主要超标项目为总氮、高锰酸盐指数和化学需氧量。

2008年松辽流域评价的重点水功能区有194个,达标水功能区73个,占37.6%。水功能区全年评价河长15071.3km,达标河长5239.2km,达标率为34.8%。松辽流域水功能区主要超标项目是铵态氮、高锰酸盐指数、化学需氧量和五日生化需氧量。

2011年,松花江区、辽河区用水量增加较多,与2008年、2010年相比,分别增加了57.1亿m3和38.9亿m3,主要是农业用水增加所致(表2.1~表2.3)。

表2.1 2011年各水资源一级区水资源量 单位:亿m3

表2.2 2011年各水资源一级区供水量和用水量 单位:亿m3

续表

注 生态环境用水不包括太湖的引江济太调水16.0亿m3、浙江的环境配水23.7亿m3和新疆的塔里木河大西海子下泄水量、塔里木河干流沿岸胡杨林生态用水、阿勒泰地区河湖补水等25.0亿m3

表2.3 2011年各省级行政区供水量和用水量 单位:亿m3

续表

注 生态环境用水不包括太湖的引江济太调水16.0亿m3、浙江的环境配水23.7亿m3和新疆的塔里木河大西海子下泄水量、塔里木河干流沿岸胡杨林生态用水、阿勒泰地区河湖补水等25.0亿m3

2.1.1.5 辽河流域村镇水资源现状

辽河流域位于我国东北地区西南部,地跨河北、内蒙古、吉林和辽宁4省(自治区),是重要的钢铁、机械、建材、石油、化工、粮食和畜牧业基地。随着我国东北老工业基地振兴战略的深入实施与流域内工业化、城市化、产业集群化进程的不断加快,社会经济的发展对水环境造成持续压力,辽河流域水污染严重,主要污染物排放量远远超过受纳水体环境容量。2007年,辽河流域主要河流化学需氧量(COD)、铵态氮的实际排放量分别为40.7万t和4.2万t,分别超过水环境容量1.0倍和3.7倍;2008 年两项指标分别超过水环境容量0.5倍和3.3倍,而农业面源在整个流域污染物中所占比重愈来愈大。据中国环境状况公报,2010年辽河水系总体为中度污染,在37个国控监测断面中,Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为40.5%、16.3%、18.9%和24.3%,主要污染指标为铵态氮、高锰酸盐指数和石油类。截至2011年,辽河水系37个国控断面中,Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例达到59.5%,城市河段污染尤为严重。检出新型的有毒有害、难降解、特征污染物,辽河流域特征污染物共7类60种,其中多环芳烃、取代苯类、酚类和有机氯农药为主要特征污染物。

长期以来,水污染严重破坏了辽河流域水生态系统健康。对比20世纪70年代数据资料,东辽河与辽河干流鱼类物种丰度锐减,由资料记录的99 种下降至2010 年调查发现的29 种。其中,鱼类群落结构简单化、渔业资源小型化现象严重,而养殖导致的外来物种入侵比例明显增加。铵态氮、COD等污染指标对水生生物群落组成产生限制作用,敏感物种分布范围狭窄,而耐污型藻类、大型底栖动物等水生生物分布广泛。辽河流域70%以上河段处于亚健康状态,水生态系统健康状况总体较差。

辽河流域村镇饮用水源主要有地下水源和地表水源两类。地下水源主要有手压井、管井、傍河取水井;地表水源主要有水库、河流和引泉。辽河流域水资源严重短缺,且季节性分布不均,村镇饮用水主要来源于浅层地下水,特别是傍河取水,饮用地下水的人口占总人口的80%左右。河北省山区农村以水库水或泉水作为供水水源,平原地区供水水源以地下水为主;内蒙古村镇主要供水水源有浅层地下水、雨水、河流、湖泊、山泉,且以地下水源为主;吉林省农村饮用水主要以打井为取水方式,还存在以傍河取水、引泉、水库、河流引水等取水方式;辽宁省村镇饮用水源大多为地下水,近年来,地下水位总体呈下降趋势,地下水开采量占总供水量的比例已经接近50%,辽宁省14个市农村共有手压井335.22万处,受益人口1217.01万人,占农村人口总数的50.92%,此外,还存在极少量的建水窖收集雨水作为生活用水(图2.3~图2.7)。

图2.3 管井

图2.4 小管井

图2.5 傍河取水井

(1)傍河取水类型:傍河取水是地表水与地下水联合开发的一种模式。傍河取水是在水量充沛河流附近打井取水,通过大量开采地下水,使地下水位大幅下降,形成大的开采漏斗区,当漏斗区地下水位明显低于河水水位时,会激发河水对地下水的大量渗透,使大量的地表水补给到地下水含水层,从而使地下水源地获得更多的取水。

图2.6 水库取水

图2.7 东北村镇典型透河取水井

(2)水库取水类型:水库取水是指水库汇水到一定程度后,利用水泵或人工溢洪道将水引进饮水处理站,对于水质差、供水量较大及供水人口较多的情况,需进行处理后通过PVC管送入用户,对于供水量较小的情况,一般不作处理直接送入用户。

(3)河流取水类型:河流取水是将河流水阻隔后,采取引水和提水、水处理等措施后,将水送入用户。这种取水方式要求饮用水源必须临河,且河流水源丰富。

(4)引泉取水类型:泉水是地下水的天然出露,一般位于地势较高的山根或半山腰。泉水量受大气降水影响较大,农民根据泉水量的多少来建集水池进行取水。

2.1.2 供水设施现状

据调查,辽河流域约有1/3的乡镇缺乏符合标准的供水设施,在供水安全保障方面存在较多问题。

河北省虽然大都实现了自来水入户,但缺乏必要的净化和处理设施,只有少数集中供水点供水工程设置了咸水淡化和改水降氟装置;分散式工程供水的人口为1783万,供水设施为雨水集蓄工程(水池、水窖、水柜、塘坝)、泉水和浅井(大口井、手压井)等类型,由于缺乏消毒净化设施,水质得不到保障。

内蒙古供水设施为雨水积蓄工程(旱井、水窖)、自打浅井等,无供水设施直接取用的有河流、湖泊、泉水等。

辽宁省村镇供水主要有集中式供水和分散式供水两种,且以分散式供水居多,分散式供水基本没有净化设施。集中式供水有净化设施占集中式供水工程总受益人口的15.53%,无净化设施工程占集中式供水工程总受益人口的84.47%。另外,即使有净化设施的供水工程由于设备老化、供水能力下降、供水管道运行时间过长、管道内污垢腐蚀严重、管道破损严重等,水质污染严重。

近年来,随着辽河流域工农业生产的快速发展,水污染呈现加剧的趋势,地下饮用水中检测出的污染物种类及数量逐年增加,由于农村饮用水净化技术和设备较落后,加之农村经济状况及水源选取等条件的限制,供水过程中又缺乏必要的管道和防护措施,饮用水容易受到二次污染,水质不达标,安全性较差,直接威胁到村镇居民的饮水安全、身体健康以及新农村建设。

辽宁省抚顺市清原满族自治县是辽宁中部城市群的主要水源供给地,村镇饮用水形式在辽河流域极具代表性,也是重点研究区。清原县农村饮水主要有3种形式:一是通过手压井提取地下水,井深一般为6~10m左右,人畜饮用水主要依赖于手压井;二是通过管井提取地下水;三是傍河打井开采浅层地下水,将傍河井作为农村小集中式供水的水源即“透河井”(图2.8~图2.10)。由于缺乏必要的水处理与净化设施,供水系统存在较多问题。

图2.8 典型手压井

图2.9 典型小管井

图2.10 村镇集中供水傍河取水井

2.1.3 供水水质现状

河北省是全国氟中毒重病区之一,全省饮用氟超标水的村庄达8210个、869万人,饮用污染水人口为653万人。集中式供水主要污染物为总磷、总氮。分散式供水:水窖中的水细菌总数和大肠杆菌严重超标;井水一般深度不够,色度、细菌总数和含盐量等超标。氟、碘、重金属等指标超标属于内源污染。

内蒙古自治区管辖12个盟(市)、101个旗(县、市、区),总人口2384万人,根据“十二五”人口复核结果,饮水不安全人口有601.5万人,水质超标人口共337.4万人。其中,氟超标183.17万人,苦咸水54万人,铁锰超标17.87万人,污染水等其他水质问题62.95万人,细菌学指标超标19.41万人。

截至2009年年底,辽宁全省农村饮水水质不安全人口为110.62万人,其中:氟超标人口38.08万人,苦咸水人口22.70万人,未经处理的Ⅳ类及超Ⅳ类地表水人口0.10万人,未经处理的地表水1.43万人,未经处理的地下水人口26.19万人,其他饮水水质超标问题人口22.14万人。

2004年底,国家核定吉林省农村饮水不安全人口为659.4万人,占农村人口的45.4%。高氟水、高砷水及苦咸水、污染水等农村饮水安全问题,在吉林省9个市(州)、60个县(市、区)都不同程度存在。

辽河流域村镇饮用水处理工艺较简单,大体分为3种类型:一是简单的氯化消毒工艺,主要用于以地下水为水源的水厂,采用该工艺处理的水量占总处理水量的49%;二是接触氧化除铁除锰和氯化消毒工艺,主要用于以铁锰含量超标的地下水为水源的水厂,采用该工艺处理的水量占总处理水量的8%;三是混凝、沉淀、过滤和氯化消毒常规工艺,主要用于以地表水为水源的水厂,采用该工艺处理的水量占总处理水量的43%。以上3种传统水处理方法仅适用于未受污染的天然水源,不能去除水中有机物、氨态氮、挥发酚等污染物质,因此不适用于处理受到不用程度污染的地下水源和地表水水源。

河流等地表水体是浅层地下水的重要补给水源,河流水质对地下水源有较大影响。随着社会的快速发展,生活水平的提高,生活垃圾、污水排放等的增加,加上不合理使用化肥农药,饮用水水源受到不同程度的污染,特别是生活污水基本处于随意排放状态,通过下渗或进入地表水体直接或间接污染地下饮用水源,造成地下水源地污染严重。此外,辽河流域因地质结构特点引起的高砷水、高氟水及重金属超标等问题也不容忽视。