黄河流域地下水环境现状、问题与建议
黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，党中央已将黄河流域生态保护和高质量发展上升至重大国家战略。本文基于黄河流域地下水环境现状分析，针对地下水资源现状、地下水型饮用水水质安全、农业面源污染、重工业源集中分布污染风险等问题，提出了开展地下水超采治理、“双源”调查以及监测管理能力建设等方面的建议，以期为黄河流域地下水的生态环境治理与保护提供参考。
黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，是打赢污染防治攻坚战、脱贫攻坚战的重要区域，在我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。高质量发展对黄河流域生态环境保护提出了更高的要求。由于自然资源条件和承载能力的制约，黄河流域生态环境问题始终脆弱，水资源保障形势依然严峻。而地下水本身具有资源、环境、生态等多重属性，对维护黄河流域水资源安全、改善黄河流域水生态与水环境质量发挥着至关重要的作用。
黄河流域地下水资源环境现状
黄河发源于青海省巴颜喀拉山脉，于山东省东营市垦利区注入渤海，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省(区)，流域总面积79.5万km2，其上中游分界是内蒙古自治区托克托县河口镇，中下游分界是河南省洛阳市孟津县。黄河横贯我国的西、中、东三大战略区域，上、中、下游自然条件差距显著，水资源分布极不均衡：上游水资源丰富，中游地下水超采现象严重，下游生态流量不足、湿地受损。
黄河流域地下水主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、岩浆岩和变质岩类裂隙水、多年冻结层水等类型。其中，松散岩类孔隙水广泛分布在干流和支流的河谷平原以及山间盆地和黄土高原地区;碎屑岩类裂隙孔隙水主要分布在中、上游的中、新生代构造盆地内;碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布在吕梁山、太行山、中条山等地区;岩浆岩和变质岩类裂隙水广泛分布于丘陵山区。
黄河流域承担着全国13%的粮食产量区域、15%的耕地面积、50多座大中城市的供水任务，水资源开发利用率接近80%。流域内拥有我国一半的煤炭基地和七成的煤电基地，是我国重要的人口、工农业集中地。黄河流域地下水开发历史长，但受大气环流和季风环流的影响，流域降水分布不均，多数地区年降水量为200～650mm，多年平均径流量约为580亿m3，仅占全国河川径流总量的2%，流域内人均水资源量不足全国人均总量的30%，且水质污染严重，仅60%的水功能区水质达标。地表水不足促使人们利用地下水，加之原生地质环境问题，黄河流域地下水环境污染形势严峻，“双源”(地下水型饮用水水源地及重点污染源)周边地下水环境面临较大的风险。
黄河流域地下水面临的环境问题
地下水资源超采严重，综合功能下降，中上游区域水生态环境存在恶化风险
黄河流域是我国生态脆弱区面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的流域之一。2019年黄河流域浅层地下水动态监测主要集中在流域内的(河谷)平原(盆地或黄土台塬)区，总监测面积为9.28万km2，浅层地下水蓄水量比2018年减小7.87亿m3。宁夏、内蒙古和山西3个省(区)地下水超采，造成6个浅层地下水降落漏斗，与2018年同期相比，山西太原盆地的宋股漏斗中心地下水埋深增大了1.87m。陕西和河南共计有18个浅层地下水超采区，与2018年同期相比，有4个超采区平均地下水埋深增大，有5个超采区中心地下水埋深增大。地下水过量开采以及由此引发的降落漏斗区域扩大会削弱区域地下水资源、生态、地质功能。
黄河河源生态亚区年降水量为300～400mm，属于半湿润—半干旱区，其水文情况影响该区域植被的生长发育，进而调控土地荒漠化进程。因此，面对草场湿地退化、湖泊干涸等问题，该区域地下水的补给、储存、更新能力尤为重要，地下水资源的减少使地下水对该区域的供给保障作用减弱。
黄土高原生态亚区，土质疏松、坡陡沟深、植被稀疏，水土流失面积为45.17万km2，侵蚀模数大于8000t/(km2·a)的极强烈及剧烈水蚀面积为8.5万km2，占全国同类面积的64%，是我国乃至世界上水土流失面积最广、强度最大的地区。因此，面对水土流失、湿地退化等问题，该区域地下水对其地表植被、湖泊、湿地或土地质量的良性维持作用尤为重要。地下水资源的减少使地下水对该区域的生态环境维护作用减弱。
黄河流域中上游大部分属于干旱半干旱地区，水资源较为贫乏，经济发展使水资源的需求量不断增大，供需矛盾日趋突出。以地下水为主要水源的城市，地下水水位存在持续下降风险，如西宁、兰州、银川、太原、西安等城市。漏斗区范围不断扩大，导致地面沉降。地下水资源的减少使其对该区域的环境支撑作用减弱。
人为污染与环境背景叠加，地下水型饮用水水源地水质底数不清、风险不明，安全保障难度大
除生活及工农业生产造成地下水污染外，黄河流域地下水环境背景问题也较为突出，地下水中的一些物质如砷、氟、碘、盐分等存在超标问题，对县级及以下小规模水源地、农村分散式水源水质安全威胁大。饮水型地方病广泛存在，包括高氟引起的氟中毒(氟骨病、氟斑牙)，低(高)碘引起的地方性甲状腺肿，低硒引起的克山病和大骨节病，高砷引起的地方性砷病等。黄土高原、鄂尔多斯沙盖、山西运城北部、山东省黄河下游等地区存在高氟背景值，地下水中氟含量较高，导致出现地方性氟中毒现象。黄土高原、吕梁山西坡、青海高原等地区地下水中碘缺乏，导致当地易发地方性甲状腺肿。山东省黄河下游地区土壤地下水中含有丰富的碘，导致当地高碘甲状腺肿的流行。内蒙古河套平原、宁夏银川平原、山西大同盆地等地的水文地质条件有利于砷富集，导致地下水中砷含量较高。除地级及以上饮用水水源开展定期监测外，县级尤其是乡镇及农村地区大多缺乏监测，水质底数不清，给地下水型饮用水水源安全造成严峻挑战。
农业活动密集，资源环境利用效率偏低导致地下水污染问题突出
黄河流域农业面源污染面广、量大、程度深，是地表河湖水环境污染的主因，也是地下水污染的重要原因。2018年年底，黄河流域9省(区)的农业人口占比为45.97%，第一产业占比为8.67%，高于全国7.9%的平均水平。黄河上、中、下游地区农业资源环境效率由高到低分布是黄河下游>黄河上游>黄河中游，农业资源环境效率总体偏低[12]。长期的引黄灌溉和施肥导致以硝酸盐为主要污染物的农业面源污染，化肥的过量施用及低效率利用造成地下水中NO3- 含量增加。黄河下游地区地下水NO3- 平均含量高达45.3mg/L，黄河三角洲地区地下水中NO3- 平均含量甚至高达101mg/L。黄河下游山东省德州市潘庄引黄灌区长期存在过量施肥问题，导致土壤的养分结构发生较大变化，各种环境问题(如NO3- 淋失等)凸显，10%的地下水样品中NO3- 浓度超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中NO3- 的上限值88.6mg/L。灌溉产生的地下农田退水对地下水环境造成显著威胁。2010—2019年，黄河流域地下农田退水量达10.16亿～11.62亿m3，占退水总量的15.95%～17.24%。一方面，地下农田退水可通过水力联系汇入退水沟渠，污染地表水体，造成污染空间范围进一步扩大;另一方面，地下农田退水携带的污染物将加重浅层地下水污染，进而危及深层地下水水质。
煤矿、石油等资源大规模开发及重工业集中分布影响地下水资源循环条件及水环境安全
黄河流域煤炭资源主要分布在中上游地区，煤炭产量占全国的80%左右，我国14个大型煤炭基地中9个地处黄河流域，黄河流域石油资源主要分布在中下游地区。黄河流域上游几乎涵盖所有西部煤炭资源区，中游经过我国最大的产煤区山西、陕西等地，下游流经胜利油田、中原油田等地。黄河流域主要资源型城市的资源类型分类见表1。缺少水资源与纳污水体，影响地下水补给条件是黄河流域能源基地的通病。以山西省煤炭基地为例，其水资源供需矛盾，水环境、水生态问题日益突出。一方面，煤炭基地多位于半干旱地区，降水量在400～600mm，水资源总量及人均水资源量较少，黄河需承担该区域生活、生产、农业与生态等多种供水需求;另一方面，大型煤炭基地的产业链，如煤炭开采、火力发电及煤化工行业均属于高耗水产业，一个产出百万吨的煤化工项目，每年一般需消耗水量上千万吨，同时还排放大量废。煤炭基地的大规模开发生产不仅改变了下垫面结构，使降雨径流转化关系随之改变，还改变了地下水的补给规律，对水资源的赋存和循环条件产生了严重影响。地下水水位下降，地表河流水量减少，泉水流量下降直至干涸，沼泽地消失，导致鱼类及其他生物失去了生存条件，水生态问题严峻。黄河流域的资源条件决定了其工业发展的重点是能源、化工、冶炼、造纸等传统工业。多年来传统工业的迅猛发展、工业废水的未达标排放、城市污水处理率低，加之因河川径流的过量开发导致的河道内水体自净用水不足，造成了黄河流域水污染形势十分严峻，进而增加了地下水污染负荷。重工业源土壤污染的下渗迁移也是地下水污染的重要风险源。总体来看，工业源周边地下水污染风险高且底数不清。
黄河流域地下水生态环境治理与保护的对策与建议
地下水对于维护黄河流域水资源安全、水环境系统改善及生态系统保护具有重要意义。针对黄河流域地下水存在的资源过度开发、环境风险不清、生态功能下降等问题，统筹做好地下水资源、环境、生态的保护，以地表、地下协同治理与保护的思路，做好黄河流域地下水环境保护工作。
一是开展地下水超采的治理，保障地下水资源及生态安全。借鉴华北平原地下水超采治理经验，通过采取“一减、一增”综合治理措施，系统推进黄河流域地下水超采的治理。“一减”即通过节水、农业结构调整等措施，减少地下水超采量;“一增”即通过多渠道增加水源补给，实施河湖地下水回补，提高区域水资源承载能力。逐步实现地下水采补平衡，降低流域和区域水资源开发强度，保障地下水支撑地区的生态系统安全。
二是以“双源”为重点，摸清地下水环境家底。黄河流域各地级市根据实际情况，有计划地分步实施“双源”调查评估项目，中央支持、地方配套，摸清“双源”周边地下水环境底数，完成重点风险源和地下水型饮用水水源地清单，识别“双源”周边地下水环境风险，构建“双源”数据库系统，提出地下水污染分区防治措施，全面开展污染分区防治。
三是构建地下水环境监测网络及地表地下协同防控机制。建立长期监测系统、数据库和专业化平台，实现地下水环境常态化动态高效监管与预警，提升区域地表水、地下水联防联控的系统监管能力。降低农业面源污染、重工业废水、废渣不规范处置及土壤污染对地下水水质的影响，构建源头控制、路径阻断、监测预警的地表、地下协同防控机制。
作者简介贾永锋：中国环境科学研究院副研究员姜永海：通讯作者，研究员，中国环境科学研究院地下水模拟与控制重点实验室主任
