地下水水质保护的概念框架

1 概述

地下水是欧洲城市供水的基本水源之一。在欧洲的许多国家，像奥地利、德国、意大利或丹麦，有超过70%人口的供水水源是来自地下水。在西班牙，是将一定比例的地下水作为供水的主要水源，大致为:对人口密度超过2万居民的，比例为19% ，对人口密度低于2万的，比例为70%。

2000年通过的欧盟水框架指令(WFD)已经生效，地下水保护在欧洲政策中也已经成为一个高优先级的环境目标;欧洲议会和理事会的2000/60/CE指令，更具体地说，于2006年通过的欧洲议会和理事会的2006/118/CE指令，是保护地下水、防止其遭受污染及恶化的法律依据。为此，欧盟成员国必须采取最方便的保护水质措施，因而，首先应该对取水点处的水进行治理，以保证该处水质不至于发生明显的恶化，这样就要求必须增加对水的净化处理程序。

按照WFD，“压力”被定义为是由人为原因而引起的一种活动，这种活动可能会对水造成一种消极影响。至于谈到地下水，可将压力分为点污染源、传播感染源、取水、人工补给地下水、海水入侵5种类型。

由于这些活动可能会将污染物带到水中(比如，来自农业活动、牲畜、城市住宅区、工业生产活动、危险的废物储存和垃圾填埋场的污染物)，这样，水的物理化学性能就有可能会发生变化(主要是指受人工回灌或垃圾填埋场的影响)，或者使水资源减少(指抽象概念上的水资源)。

由于受人类活动的影响，易受污染是地下水含水层对污染的敏感性。可将其划分为内在的脆弱性和特定的脆弱性。虽然它是独立于自然的污染介质，但是考虑到一个给定区域的地质和水文地质特征，内在脆弱性是对于人类活动产生的地下水污染的敏感性。

另一方面，具体的脆弱性就是地下水对污染介质或者是对一组特定的污染介质的敏感性，这些都与其特点有关，而且也与它们内在的脆弱性综合体有关。

非常有必要开展社会经济活动以保护地下水的质量和数量。历史上，虽然这一最重要的问题是通过基于自然地理学特征对土地的利用进行规划而得以解决的，但是由于要实施保护地下水的策略，因此要开展一些相应的工程。

迄今为止，最常用的地下水保护措施就是建立水源保护区以及对污染的内在脆弱性进行评价，这是利用水资源的预防性保护措施。水源保护区的重点是关注水资源，或者是关注用于饮用水的取水，而绘制脆弱性分布区域是为了保护水资源，这个水资源也就是指的地下水水体。

用于饮用水取水点的水源保护区在欧盟所有国家的水保护立法中被广泛采用，只是不同的国家对其边界定义各不相同。不管怎样，在欧盟一些国家之间，所建立的保护措施存在着很大的差异，比如在德国，其水源保护区覆盖其国土面积的20%，而在西班牙，在这方面所采取的措施几乎为零。在西班牙，最经常使用的分区系统是被用于将取水点周边划分为3个区域。

为了测绘具有粒间孔隙度的含水层的水源保护区，可以运用水文地质和分析方法以及数学模型的一些特征，对不同项目进行分析。由于其具有很大的异质性，因此可以将大量的限制方法用于岩溶和裂缝性的环境。对于这些类型的地下水而言，最先进的保护工具就是对其内在脆弱性进行评价。

建立水源保护区和绘制地下水内在脆弱性分布图，对于保护水资源来说是比较有效的保护工具;但是，与此同时，也要对其他一些标准开展评估，以建立健全一个有效的全球性的地下水水体保护措施。尤其是考虑将污染看作是压力和污染脆弱性的综合体，是非常明智的想法。

WFD的第6条要求所有用于饮用水取水的水体，平均每天要提供超过10 m3的饮用水，或者是平均每天要为50人以上的人口提供饮用水，而且这些水体，其中也包括已经考虑到的水源保护区的水体，注定了在将来也会像现在这样使用(饮用水保护区(DWPA))。

由于制定有这些严格的要求，在众多欧盟成员国中，大多数地下水水体都必须在这种保护区的考虑范围内，因此，这些成员国的地下水水体保护范围覆盖了其大部分国土面积。

WFD的第7.3条要求欧盟各成员国必须确保DWPA的安全，“同时要避免水质恶化，以降低在生产饮用水过程中所必须的水的净化处理程度”。

划为保障区的地区(在WFD中已经确定的保护区)，应当侧重于对地下水保护措施的研制，以避免饮用水水质恶化以及降低饮用水处理过程中所要求的水质净化程度。这是一个非常值得推荐的做法，因为它已经在众多不同的欧盟成员国中被广泛地用于水体保护区的界定。

因此，根据WFD中第7.3条的规定，它们应当与建立的用于饮用水的地下水水体的“水源保护区”是属于同一等级的。但是目前，这些尚未纳入西班牙的法律范畴。在该背景条件下，开展这个工作的目的，是为了制定一个概念性的框架，根据该框架来界定一些保障区，并将其作为对所有饮用水水体所采取的一项全球性的保护措施。

2 研究方法

西班牙提出的描述流域之间地下水水体保障区的研究方法，在所开展的这个工作中已有所体现。该方法依次可以分为3项工作阶段，其中，第一阶段是对所考虑的不同层次的信息进行分析，然后，对该阶段的工作进行定义。

2.1 纳入考虑的标准定义

为了划分水源保障区，应当将以下所有信息层都纳入考虑的范畴。

2.1.1 用于饮用水的地下水取水位置分布及特点

根据WFD要求(平均每天要提供超过10 m3的饮用水，或者是平均每天要为50人以上的人口提供饮用水)，以及以前定义的水体中的水源保护区，同时还应该对涉及供水和矿物质水的取水区实施保护。有必要强调的是，这是一个动态的过程。

2.1.2 地下水水体污染内在脆弱性评价

内在脆弱性评价对于土地利用和水资源开发来说，是非常有效的预防性措施或纠正措施。其目标就是根据必须保护地下水的下层材料容量，对区域进行详细分类。在过去的几十年，已经开发出了各种不同的方法来绘制污染脆弱性分布图，常用的有以下各种方法。

控制优化(COP)方法和降低脆弱性方法，常常分别被用来对碳酸盐岩含水层的脆弱性和碎屑岩/混合岩含水层的脆弱性进行评价。

COP方法被成功地应用于西班牙南部地区不同碳酸盐岩含水层的处理。该方法也在其他一些国家得到了应用，旨在与其他处理碳酸盐岩含水层的方法相比，测试该方法是否适合这种类型的介质。

该方法中包含有3个因素:C(汇流)、O(覆盖层)和P(沉淀物)。因素C认为汇流在随着岩溶快速渗透的同时，也降低了含水层的自然保护能力;因素O考虑的是含水层必须具有保护其自身的能力，该含水层源自渗流区岩层;因素P取决于雨量计的特点，该特点能确定污染物通过雨水从地表输送到地下水的水位。COP指标是由这3个因素的结果计算出的，取值范围从0到15，该取值范围把脆弱性划分成5类(见表1)，其中，较低的值表示脆弱性较高。

西班牙政府一些相关机构在其国内的2个流域中，对DRASTIC方法开展了旨在进行修正的研究工作。在这次修改研究的过程中，提出了将DRASTIC方法中原先需要考虑的7个因素减少为4个因素(即简化的DRASTIC)，以避免在绘制各种专题图表时出现资料数据重复的现象。

在简化的DRASTIC方法中，这4个因素对应于在开展内在脆弱性评估时必须考虑的基本因素之一:表层土、包气带岩性、包气带厚度和净补给。这些参数值是从1到10，表示其脆弱性强度是从较轻微到最脆弱，而且由于其权重不同，所以该指标值的范围是从16到156，将该范围的指标值划分为10个脆弱性等级，分别用数字1～10表示，这10个数字分别表示脆弱性的等级从最低到最高等级(见表1)。

表1 用于COP方法(碳酸盐岩含水层)和降低脆弱性方法(碎屑含水层)的脆弱性计算指标

2.1.3 地下水水体压力和风险评估

累积的压力至少应当包括每次活动的系统标识、其地理位置以及其特征，这些将被用于识别可能会导致水质恶化的活动区域，或者是被用来分析造成已知的水质恶化的原因。应当对每一种压力都进行评估，以确定其自身改变地下水水质状态的能力。

2.1.4 水文地质条件

这是一个在对测压图以及地下水流向进行分析的基础上，对地下水水体开展详细研究的行为。通过测压图可以深入了解地下水的流向，以及其与用于饮用的地下水取水的关系。因此，为了改善水体特性和研制综合性的保护措施，对于遭受取水影响的区域应专门划分出来，并进行相应的规划。

2.1.5 今后需要考虑的一些其他因素

(1)界定含水层补给区。将要确定的补给区，是最容易受到污染以及将污染物输送至地下水水体的区域，因此，需要对这些区域实施保护。

(2)在保护区(即饮用水保护区)建立控制网络，旨在对水压波动的趋势(数量上)和水中化学性质随时间的变化(质量上)情况进行评估。这些对于保护人类赖以生存的地下水资源来说，是必不可少的管理工具。建立适当的监控网络，应当基于对这些地区的水文地质状况有着详细的了解。

(3)现有的净化处理措施，像控制点，可以防止可能的源于不同压力的地下水污染。

(4)海水入侵的影响。按照WFD，海水入侵是地下水的压力之一，因此，有必要对这些沿海含水层加以考虑，因为这里的地下水由于含盐度问题而没有被利用。

2.2 工作方法实施的各阶段状况

使用地理信息系统(GIS)工具，对之前描述的参数及其综合评估开展分析，可以确定一个界定保护区域的方法，将其作为全球用于饮用水地下水水体的保护措施。本文是介绍第一和第二阶段工作实施以后的结果，以及第三阶段工作的实施状况。

所建议的方法包括3个连续工作阶段。在第一阶段，是划定保护区域。根据所应用的方法，将脆弱性等级分成两组，这两组分别为低脆弱性和高脆弱性，其相应的赋值分别为1和2。小组为有压力或者是具有不是太大的压力(见表2)。

表2 西班牙早期界定保障区的进展情况(第一阶段)

保障区域的大小具有高度的可变性。在许多情况下，划出的这些保障区域会比实际的地下水水体，包括高脆弱性区域以及压力都要小一些，这样可能会对取水产生影响，或者结果发现那些是位于同样的水文地质流域内。

也有可能几个保障区都是位于同一个水体以及由这同一个水体向外扩展，但是，由于其本身所具有的特性和处于补给区的位置，这样就很容易，比如说，发生卡斯特岩溶现象。另一方面，这些保障区域可以有效地保护(应对)整个地下水水体的扩展，或者就环绕着现有一些取水点的取水保护区。

在第二阶段，考虑的同样是目前存在的用于饮用水取水、用于供水和矿泉水这两种目的水源保护区、水压分布图、地下水流量评估以及压力风险。因此，当需要把这些新的因素都考虑进去时，可以对在第一阶段所划定的保障区域进行修改。

第三阶段，需要对压力分布图以及在取水点附近已确定存在的各种压力进行详细研究。同时，还应该对海水入侵到受这种现象影响的水体开展研究。为了对获得的结果进行验证，一般来说，有必要对水体，特别是对于在分布有一些取水点和存在着净化处理区域的水体目前所遭受到的影响因素开展研究。

以考虑这些标准的重要性为例。欧洲委员会给出了一个实例，这个实例就是水质问题。就是说，水质有可能是由于自然因素、也可能是由于人类活动所造成的，但是现在为了解决这个问题，正在实施水质治理，而且已经在执行一种饮用水标准，该标准明确规定，饮用水的污染物浓度必须满足污染物1类的标准要求。这种治理也有可能会使污染程度进一步恶化，达到污染物2类的标准。无论如何，这个系统隐藏了一个事实，那就是未经处理的水的质量已经显著恶化。换句话说，防止水质恶化的目的并没有达到。

一旦关于界定保障区域的最终提案获得批准，就必须颁布和执行与开展各种新的活动相关的限制性条件、建议和行动指南，以及对现有压力的调节因素、或新的取水点所在的位置。为了使保护措施能够发挥积极的作用，应当将其纳入城市法规和一些对土地利用产生影响的政策决策中。

3 分析结果

本文介绍了在西班牙一些具有共性的河流流域实施前两个阶段工作之后的结果，归纳如下。

3.1 水源保护区

水源保护区数据库所采用的数据，包括一般数据在内，均来自西班牙地质调查局、环境和农村及海洋事务部(水质网络数据)、卫生与消费部(国际饮用水信息网络)，以及来自各流域的专门数据库。

结果显示，大量的取水点能够满足WFD所制定的目标。由于取水点数字庞大，几乎不可能单独地划定水源保护区，因此，对于西班牙来说，最完善的保护措施就是建立水体保障区。同时还需要指出的是，在西班牙的国土上，几乎就没有实施建立水源保护区。

3.2 污染的脆弱性

研究表明，碎屑型岩层和混合型岩层水体中存在着由低度到中度污染的脆弱性。在沼泽和沉积层地区，由于有浅深度的包气带存在，因此其脆弱性程度是由高到非常高。应当注意的是，这个因素一旦与岩石的性能相结合，那么将会对最终的结果产生相当大的影响。

对碳酸盐岩类地下水水体脆弱性空间分布状况的分析表明，具有高度脆弱性和非常高度脆弱性的区域，在大多数情况下，均与因素0具有更大的脆弱性值的区域以及优先流区域相一致。尽管这些区域只占领着西班牙领土的较小部分，然而，当需要考虑污染的脆弱性时，这些区域却是最重要的区域。应当在这些区域采取预防措施，以避免其自然水的质量恶化。

3.3 压 力

针对该项工作，只考虑是否存在重大的压力。为此，为了达到WFD规定的目标，以及满足所获得的各个不同流域初始特性的结果，采用了源自水数据库集成系统、CORINE土地覆盖数据库、西班牙地质采矿研究院数据库和尾矿池数据库的数据，以及总结报告中第5条有关各种压力的归纳总结数据。

3.4 保障区的初始界定

根据所提出的方法论，对第一阶段和第二阶段工作相继实施之后的保障区A'和保障区D'的状况进行了总结(对各种不同压力风险的准确评估工作还有待完成)。表3显示的是保障区A'类所覆盖的西班牙国土面积的百分比，和通过实施第二阶段工作而得到的D'类保障区所覆盖的西班牙国土面积的百分比。

表3 A'型和D'型保障区所覆盖的面积占国土百分比

杜罗(Duero)河和瓜达基维尔(Guadalquivir)河流域是A'类保障区覆盖国土面积最大的区域。在杜罗河流域，这种现象的形成是由于冲积岩具有最高的脆弱性，同时，在瓜达基维尔河流域，由于已经确定了数量众多的水源保护区，使其覆盖面积的百分比占到了国土面积总数的10%。

4 政策影响

为了符合WFD的要求，有可能会界定“保障区”。界定保障区的技术项目(为了该项目，应当界定水源保护区)必须包含在实施方案的规划中，而且应该马上开始实施。因为这些都必须包括在相应的河流流域管理规划中。

河流流域管理规划(包括保护区的统计登记工作)将对各级政府水保护机构提出的基本措施和补充措施方案进行协调和整合。这些措施对于保证在欧盟水保护立法中确定的目标的实现非常必要，具体包括用于饮用水取水的水保护法规。这些措施计划将采取参与式的方式实施。

在具有共同性的河流流域已经成立了主管部门委员会。为了保证在实施各种不同的水保护措施方面能够相互合作，该委员会不能干预各公共行政部门的管理权限和职能，它包括流域管理局的代表、各行政部门、流域行政区范围内的各行政自治区以及当地政府。同时，它还负责促进各不同主管部门之间的合作。

流域管理局必须对作用于水体的整体措施实施之后产生的效果进行检查，目的在于保证其相互间的良好合作并找到最合适的合作方式。对于所提出的这些措施的效率，还需要对其可能产生的经济影响进行分析，因为其结果可能会导致在土地使用、城市污水排放和粪便处理、工业污水排放及处理、关闭违规垃圾堆积场、修改污水处理授权书、修建适宜的垃圾堆积场和加油站、建立可用于农业实践的良好规范、建立合乎规范的废水收集系统和化粪池，以及购买一些能够保护地下水水体的土地方面发生变化。

在对保护区进行规划和采取保护措施方面，欧盟各成员国具有高度的灵活性。但是从在该保护区实施保护效率的观点来看，重要的是，应当制定能适应每一个地方特性的综合性措施，而且其准则和行动必须是在同一个框架内。希望所建议的方法力争为这一共同目标的实现提供支撑。

此外，将来在对流域规划、保障区的界定及其实施进行评论时，可以说，(经过与其他标准的比较)这是根据WFD的要求而划定地下水水体范围的。

包括所有参与者在内的积极合作，对于制定必须采取的必要措施及一些限制性的条件至关重要。

在完成项目的过程中，土地利用和城市规划方面的政府职能部门必须考虑划定保障区和研制其保护措施。比如，拟定应执行的计划措施，以及对可能的取水点发放取水许可证。

建议在已划定的保障区内应当限制这些活动。为了保证其在欧盟成员国中能够顺利实施，这样就需要对WFD中的条款进行调整。

5 结论

为了人类生存而保护地下水，是WFD高优先级别的环境目标之一。为此，有必要制定适宜各种不同环境的保护措施。正是因为有了这个目的，在欧盟许多国家，都已经划定了保护饮用水取水区水质的水源保护区;同时，为了保护地下水水体，在这些国家已经开展了内在污染脆弱性评估工作。

在这次的研究工作中，已经确定了建立用于划定人类赖以生存的所有地下水水体保障区的概念性框架。保障区是属于饮用水保护区内的区域，根据WFD的要求，在这些区域必须采取措施，以对地下水水质实施重点保护，如此一来，这些区域就相当于是地下水水体的水源保护区。因此，应当研制一种建立保障区的方法，并将其作为全球性的保护措施，同时还考虑到，可以将其用于其他一些方面，比如饮用水取水点的分布区、取水区水文地质条件、各种压力评估(其中必须包括危险压力评估)、脆弱性评估、补给水的评估，以及对现有一些取水点的水源保护区开展研究。希望所建议的方法能试图有助于欧盟各国该项目的实施。

最后，需要说明的是，本文是基于较为全面的考虑，已经考虑到了政策的影响、经济的影响，以及其可能会对法律框架及土地管理带来的后果。

所建议的方法可以分为3个阶段实施，在这次的工作中，开展的是其中前两个阶段的工作。从开展的前两个阶段工作中获得的结果表明，应当对所记录的取水点和水源保护区的动态特性加以关注，正如在此所讨论的一样，由于其目前的状况影响到了对保障区的界定，因此，明智的做法就是不断地对这些记录进行实时更新。

至于脆弱性，结果仅仅是限于用于不同数据层的工作尺度。需要研制一种能够识别脆弱性的方法，该方法应能适合用于所有类型的地下蓄水层，以便统一后续工作主题层和工作尺度的标准。至于压力，所获得的结果认为首先应评价其是否存在;同时，有必要通过开展详细的野外勘探工作，对压力风险进行量化。空间分析工具在地理信息系统内的使用，使其可以同时处理各种不同的因素，因此，在研制方法的过程中，可以对其加以考虑。

在此次工作中提出的保护策略，对于在各个不同主管部门和公共参与之间开展对话交流过程中所提议的一些计划措施进行归纳总结而言，非常有必要。只有这样，才能制定出对实施土地利用规划和规划手段有效的措施。这也是西班牙目前迫切需要的。