Evaluación económica del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas por contaminantes superficiales
1. Información básica del área de estudio
Beijing está ubicada en la esquina noroeste de la Llanura del Norte de China, con coordenadas geográficas de 39° 28" ~ 41° 05" de latitud norte. y 115° 21" ~ 117° 30 de longitud este. ", un clima monzónico continental templado.
Beijing es la capital de nuestra gran patria, el centro político y cultural del país, una antigua capital de fama mundial y una ciudad internacional moderna. La construcción de Beijing debe promover una excelente cultura nacional, desarrollar aún más la cultura, la educación, la ciencia, la tecnología y los deportes, construir una civilización espiritual socialista, proteger las características tradicionales de la antigua capital y crear el estilo único de la capital socialista de China.
Pekín es una metrópoli con una población de más de 6,5438 millones, y su economía y productividad están muy desarrolladas. El agua subterránea es una importante fuente de suministro de agua, con un volumen total explotable de 2,67 mil millones de metros cúbicos por año.
Llevar a cabo una evaluación económica de los riesgos de contaminación de las aguas subterráneas en Beijing es de gran importancia práctica para proteger los valiosos recursos de aguas subterráneas de la ciudad. Los métodos de evaluación también tienen una importante importancia orientadora para las evaluaciones de riesgos de contaminación de las aguas subterráneas en otras regiones.
2. Identificación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas
1. Las condiciones hidrogeológicas de Beijing hacen posible la contaminación de las aguas subterráneas.
1.1 Condiciones hidrogeológicas en el área de la llanura (imagen en color 8) [116, 133 ~ 140]
La llanura de Beijing está compuesta principalmente por el río Yongding, el río Chaobai, el río Juma y Shahe. Río, río Cuo y Es una vasta llanura formada por la acumulación aluvial y de inundaciones de ríos como el río Wenyu, el río Chan, etc. Debido a sus sedimentos sueltos, porosos y espesos, se ha convertido en un reservorio natural de aguas subterráneas. Bajo la influencia de procesos geológicos a largo plazo y factores hidrometeorológicos, se ha almacenado abundante agua subterránea y se ha convertido en una importante fuente de suministro de agua para Beijing.
(1) Zona de Piamonte: zona de transición de zonas montañosas a llanuras. La pendiente del terreno es relativamente grande, superior al 3% al 5%, y el ancho varía de 1 a varios kilómetros. El acuífero está compuesto principalmente por capas de grava arcillosa formadas por pendientes e inundaciones. La permeabilidad cambia mucho y el nivel del agua subterránea está enterrado a una profundidad, generalmente superior a los 10 m. El rango de cambios del nivel del agua es generalmente superior a 5 m y puede alcanzar entre 10 y 20 m ~ 20 m en algunas áreas. El agua subterránea proviene de fisuras en el lecho rocoso, suministro de agua de montaña e infiltración de precipitaciones en la zona. La principal zona de recarga es la zona aluvial del piedemonte a la salida de los valles montañosos, que constituye una de las principales zonas de recarga de aguas subterráneas en las zonas de llanura.
(2) Abanico aluvial del Piamonte y zona superior del abanico aluvial: ubicado al norte de Sucun en el río Dashihe, al oeste del lago Kunming y Lianhuachi, al oeste de Machikou, Yangfang y el río Bei'an en Changping y Niulan en Shunyi La zona llana al norte de las montañas y al este del valle llano. El acuífero está compuesto principalmente por gravas y guijarros de diferentes espesores formados por varios ríos. Tiene buena conductividad hidráulica y un coeficiente de permeabilidad generalmente superior a 0,116 cm/s. El agua subterránea se abastece principalmente de escorrentía superficial y precipitación de la zona. Del 15% al 20% de la escorrentía superficial en las zonas montañosas y del 40% al 60% de las precipitaciones en esta zona se filtran en esta zona, que es la principal zona de suministro de agua subterránea en las zonas llanas.
Desde el piedemonte hasta la llanura, la conductividad hidráulica del acuífero empeora, la profundidad del nivel freático se vuelve menos profunda, el rango de nivel del agua cambia y el gradiente hidráulico del agua subterránea se vuelve más pequeño, y la aumenta la salinidad del agua. En el área del piedemonte en la desembocadura del río, el coeficiente de permeabilidad del acuífero generalmente puede alcanzar 0,35 ~ 0,58 cm/s, y el nivel del agua subterránea tiene más de 20 m de profundidad. En la aldea de Beiliu, en la entrada sur, puede incluso alcanzar más de 60. ~ 70 m, y el rango de cambios del nivel del agua es de más de 3 m. El gradiente hidráulico es superior a 2 ‰ ~ 3 ‰. Cerca de la zona de desbordamiento del agua subterránea del abanico aluvial, el acuífero se compone gradualmente de múltiples capas de grava, el coeficiente de permeabilidad disminuye por debajo de 0,116 ~ 0,232 cm/s, la profundidad y el rango de variación del nivel del agua subterránea disminuyen gradualmente hasta aproximadamente 1 m, y el gradiente hidráulico disminuye gradualmente hasta el 1‰.
El agua subterránea de esta zona se consume principalmente por escorrentía lateral y extracción artificial. Dado que el nivel freático es profundo, la evaporación del nivel freático juega un papel muy menor. Las fluctuaciones en los niveles de agua subterránea reflejan directamente cambios en la recarga y el consumo de agua subterránea, con similitudes obvias.
(3) Zona de desbordamiento de agua subterránea del abanico aluvial: Ubicada en el borde superior del abanico aluvial, es una zona variable cuya posición no es fija y cambia con la fluctuación del nivel del agua subterránea. En años húmedos y períodos de recarga de aguas subterráneas, el nivel del agua aumenta y el límite superior de la zona de desbordamiento se mueve por encima del flujo de agua subterránea; en estaciones secas y períodos de agotamiento de las aguas subterráneas, el nivel de agua subterránea desciende y el límite superior de la zona de desbordamiento retrocede por debajo del agua subterránea; el flujo en el río Yongding y las áreas de abanicos aluviales donde el agua subterránea está sobreexplotada, desapareció debido a la disminución regional de los niveles de agua subterránea.
La anchura de este cinturón es limitada, generalmente de unos pocos kilómetros, y el mayor no supera los 10km. El acuífero debajo de esta área cambia gradualmente de una capa a varias capas y su permeabilidad se vuelve pobre. La profundidad y variación del nivel freático no es grande, generalmente inferior a 1 m, y en algunas zonas incluso se acumula agua durante todo el año. Esta área se abastece principalmente de escorrentía de aguas subterráneas aguas arriba e infiltración de precipitaciones, pero se consume rápidamente por el desbordamiento freático y la evaporación de aguas subterráneas, y no puede formar una gran cantidad de suministro efectivo de aguas subterráneas. Es la principal área de descarga de aguas subterráneas en el área de la llanura. La extracción de agua subterránea se logra principalmente aumentando la recarga efectiva en el área, reduciendo su desbordamiento y evaporación del nivel freático.
(4) Áreas de llanura aluvial: a saber, las vastas áreas de llanura en el sureste de Fangshan, el norte de Haidian, Machikou en Changping, el este de Yangfang, el oeste de Pinggu y Chaoyang, Shunyi, Tongzhou y Daxing. El acuífero en esta área consiste en un acuífero poco profundo y agua confinada profunda de múltiples capas. En la capa freática poco profunda, el acuífero en la zona del paleocanal es principalmente una capa de arena, en la zona sin paleocanal es principalmente una capa de arcilla, o el suelo arcilloso y la primera capa inferior de grava forman un acuífero unificado; con mala permeabilidad al agua. El agua subterránea proviene principalmente de la precipitación atmosférica y las filtraciones de riego, siendo la circulación vertical la forma dominante y las condiciones de escorrentía horizontal malas. El agua subterránea se consume principalmente mediante extracción artificial, evaporación del nivel freático e infiltración en acuíferos profundos y confinados. Los acuíferos profundos confinados están compuestos en su mayoría por varias capas de arena y grava de distintos espesores. El coeficiente de permeabilidad generalmente está entre 0,0232 ~ 0,116 cm/s, mayor que 0,116 cm/s cerca de la parte superior del abanico aluvial y menos de 0,0232 cm/s en Daxing, el sur de Tongzhou y el centro de Yanqing. En áreas no mineras, hay una carga de presión más alta que el nivel del agua subterránea, y algunas pueden ser incluso más altas que la superficie. Se suministra principalmente por escorrentía lateral desde la parte superior del abanico aluvial. Las partes estructurales locales se recargan con el agua de la superficie del lecho rocoso y el nivel del agua cambia muy poco, con cambios anuales generalmente menores a 2 m. Además de la recarga anterior, el área minera también se recarga mediante la infiltración de la capa de agua superior. A medida que aumenta la intensidad de la minería, el nivel del agua presurizada cae gradualmente por debajo del nivel freático, lo que resulta en una recarga freática, y también aumenta el rango de cambios en el nivel del agua, que generalmente es mayor que el nivel freático. En zonas con poca permeabilidad, los cambios anuales en los niveles del agua pueden incluso superar los 10 m.
1.2 Descripción general de la hidrogeología ambiental en áreas planas [116, 133 ~ 149]
Como se mencionó anteriormente, la geografía física, la geología y las condiciones hidrogeológicas de Beijing: áreas montañosas, piedemonte y llanuras Las diferencias en las rocas, las estructuras y las condiciones dinámicas de las aguas subterráneas; los cambios en la litología y las características de distribución del espesor de la zona vadosa; las diferencias en la distribución de la composición química y el contenido total de sal establecen el entorno químico natural de las aguas subterráneas de Beijing y se convierten en la base de la contaminación de las aguas subterráneas bajo la influencia de los seres humanos. actividades .
El agua de fisuras kársticas, el agua de fisuras erosionadas y el agua de poros en la zona montañosa de Beijing tienen buena calidad de agua debido a las buenas condiciones de drenaje de la escorrentía subterránea.
La parte superior de la zona de la llanura es mayoritariamente freática, con un único acuífero, un gran gradiente hidráulico, escorrentía suave, fuerza hidráulica alterna y buena calidad del agua. Sin embargo, debido a que el área está compuesta de arena y grava, las partículas son relativamente gruesas y algunas incluso están expuestas o tienen una fina capa de cobertura, lo que hace que el agua subterránea sea susceptible a la contaminación humana.
El acuífero en la parte media e inferior de la llanura aluvial ha pasado de una sola capa a múltiples capas, con partículas finas y riqueza hídrica débil. La capa superior es agua freática y la inferior es multicapa. agua confinada en capas. Debido a las partículas finas, el pequeño gradiente hidráulico, la mala permeabilidad y la lenta escorrentía horizontal, los acuíferos freáticos están dominados por la recarga y descarga vertical. Hay muchas capas de agua a presión en esta área y la calidad del agua es mejor que la del buceo. La capa que cubre la superficie es gruesa, lo que tiene un cierto efecto protector sobre el agua a presión profunda.
A lo largo de los ríos de esta zona, a ambos lados del río Dashi y del río Wenyu, en el norte de Changping, en el este de Miyun, Huairou, Shunyi y en el norte de Yanqing, el espesor del suelo arcilloso superficial es inferior a 2 m, y la litología es arcillosa, arena gravilla o directamente expuesta. El suelo arenoso en la superficie y las condiciones naturales de protección del agua subterránea son pobres. Ciudad de Qinghe - Haidian - Calle Jinding - Yamenkou - Nanyuan, Granja Daxing 104 - Xiliyuan, Lixian - Anding, Tongzhou Shicun - Guanlongzhuang, Canal Norte de Tongzhou y Río Chaobai, Puente Hanshi - Beiwu, Miyun Hangezhuang, Yangsongzhuang, Pueblo Huairou Chengguan-Xisan, Distrito de Shunyi, etc. El espesor del suelo arcilloso superficial es de 2 a 5 m y el agua subterránea está protegida de forma natural. El espesor del suelo arcilloso superficial en los suburbios del este de Beijing, el este de Tongzhou, el sureste de Daxing, Fangshan Changyang, el sur del embalse de Huairou hasta el este de Shunyi y el sur de Pinggu es de 5 a 10 m, y las condiciones naturales de protección de las aguas subterráneas son mejores. El espesor del suelo arcilloso adyacente a Pinggu en los suburbios del sureste de Beijing, el suroeste de Changping, el este y sureste de Fangshan, el norte de Daxing, el sur de Tongzhou y el oeste de Shunyi es superior a 10 m, y las condiciones naturales de protección del agua subterránea son buenas.
2. Hay muchas fuentes de contaminación en el suelo
Se aplican fertilizantes y pesticidas químicos a una gran cantidad de tierra cultivada en la llanura de Beijing, y grandes áreas se riegan con aguas residuales; una gran cantidad de aguas residuales domésticas y de producción se vierten en acequias o puntos dispersos, al mismo tiempo, según muestran los estudios, existen cerca de 200 vertederos de basura simples o aleatorios y 7 rellenos sanitarios; Todos estos constituyen fuentes de contaminación de las aguas subterráneas en la llanura de Beijing y representan una amenaza para la calidad de las aguas subterráneas con un volumen total explotable de 2,67 mil millones de metros cúbicos.
3. Los pozos de agua pueden formar canales de comunicación entre las fuentes de contaminación superficial y las aguas subterráneas.
Las investigaciones de campo muestran que una gran cantidad de pozos en la llanura de Beijing (incluida el Área A con mejores capacidades de protección) se han convertido en pasajes para que aguas residuales, basura y otras fuentes de contaminación ingresen al acuífero subterráneo, y han causado que las aguas subterráneas Contaminación en edificios residenciales.
En resumen, el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas en la llanura de Beijing se debe principalmente a la presencia de una gran cantidad de fuentes de contaminación en el suelo. Las condiciones geológicas hidrogeológicas y ambientales, los pozos excavados artificialmente, etc. permitir que los contaminantes entren fácilmente en las aguas subterráneas y causen contaminación.
3. Evaluación probabilística de la contaminación de las aguas subterráneas
Para el método de evaluación probabilística de la contaminación de las aguas subterráneas, este ejemplo utiliza el método introducido en el Capítulo 8, Sección 2. Es decir, primero divida las capacidades regionales de protección de la contaminación de las aguas subterráneas y luego calcule la probabilidad de contaminación de las aguas subterráneas en función del desempeño de la protección de la contaminación.
1. Zonificación del desempeño de protección de las aguas subterráneas
1.1 Determinación de los parámetros de distribución
La contaminación del medio geológico por el vertedero de basura se refleja principalmente en las aguas subterráneas, y Todo el espesor de la capa barrera eficaz Hz desempeña un papel decisivo en la protección de las aguas subterráneas. Por lo tanto, consideramos el espesor total de la capa de barrera efectiva Hz como el factor principal en la zonificación del entorno geológico del vertedero de residuos.
1.2 Determinación de estándares de parámetros de distribución
Los componentes contaminantes en los lixiviados de vertedero son muy complejos y se pueden clasificar en dos categorías: contaminantes orgánicos y contaminantes inorgánicos. Según los resultados de investigaciones nacionales y extranjeras [108, 117, 213] sobre las propiedades bioquímicas de los contaminantes en los lixiviados de los vertederos, la migración y transformación de los contaminantes en el estrato y la capacidad de purificación y bloqueo del suelo arcilloso para los contaminantes de los vertederos, la Las condiciones del entorno geológico se dividen en La determinación de los parámetros se muestra en la Tabla 9-1-65438+.
De acuerdo con los estándares de la Tabla 9-1-1, dividimos los futuros planes de eliminación de basura de la Llanura de Beijing en cuatro categorías: áreas con condiciones geológicas ideales, áreas con buenas condiciones geológicas, áreas con condiciones geológicas básicamente calificadas. condiciones geológicas, y áreas no aptas para relleno.
Tabla 9-1-1 Estándares de parámetros de zonificación de condiciones del entorno geológico [116]
1.3 Resultados de zonificación de condiciones del entorno geológico
Según un gran número de estudios geológicos, Hidrogeológico. Los datos de perforación geológica de ingeniería y los datos de nuestra encuesta se utilizaron para dividir el área de la llanura de Beijing utilizando los estándares de zonificación anteriores. Los resultados de la zonificación se muestran en la Figura 9 en color.
2. Cálculo de la probabilidad de contaminación de las aguas subterráneas
Según el espesor del suelo arcilloso (incluyendo arcilla arenosa, arcilla limosa, arcilla y arcilla) en la Tabla 9-1-1 anterior (incluyendo Espesor acumulativo), utilice la fórmula (8-2-11) para obtener la distribución de probabilidad del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas en el área de estudio.
Cuatro. Evaluación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas
1. Cálculo de las pérdidas por contaminación de las aguas subterráneas
El daño causado por la contaminación de las aguas subterráneas incluye la pérdida de funciones de las aguas subterráneas, daños a la salud física y mental humana, afectaciones al crecimiento de las plantas y daños. el entorno ecológico. En teoría, todos estos peligros, incluidas todas las pérdidas económicas directas e indirectas, deberían incluirse en el cálculo de sus riesgos. Sin embargo, en la práctica no es posible cuantificar todas las pérdidas. En este caso, es difícil calcular la pérdida de valor funcional tras la contaminación de las aguas subterráneas debido a la falta de datos. Considerando que el propósito de este ejemplo es evaluar el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas proveniente de todas las fuentes del área, fuentes lineales y fuentes puntuales, en ausencia de parámetros más detallados, la pérdida causada por la contaminación de las aguas subterráneas se calcula mediante la contaminación de las aguas subterráneas por unidad de área ( km2) que puedan causar las fuentes del área Expresado en cantidad.
Con base en el análisis de los datos hidrogeológicos y los resultados de investigaciones recientes del área de estudio, incluido un estudio integral de la estructura, las propiedades, el espesor, la dinámica del nivel del agua subterránea y los resultados del estudio del potencial de las aguas subterráneas del área de estudio, estimar el por metro cuadrado del área de estudio. La distribución de las reservas de agua subterránea por kilómetro se muestra en la Figura 11 en color.
2. Evaluación del riesgo causado por la contaminación de las aguas subterráneas
Según el método de cálculo: riesgo = probabilidad de riesgo × pérdida, calcular la cantidad de agua subterránea por unidad de área (km2) en el área de evaluación. , y la cantidad de agua subterránea es 0 ~ 20 10.000 m3/km2, 200.000~654,38+00.000 m3/km2, 654,38+00.000 m3/km2, 2,2 millones~4 millones de m3/km2. La Figura 12 en color muestra los resultados de la evaluación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas en el área de evaluación.
Verbo (abreviatura de verbo) evaluación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas
(1) Cuanto más grueso sea el suelo arcilloso sobre el acuífero, menor será la probabilidad de riesgo de contaminación o viceversa, Dallas a; A juzgar por la distribución de probabilidad del riesgo de contaminación del agua subterránea en el área de evaluación (Figura 10 en color), el auditorio muestra que el lado este del área de evaluación tiene menos probabilidades de estar contaminado que el lado oeste. Consulte la Figura 10 en color para conocer la distribución específica de. probabilidad de contaminación. Sin embargo, el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas no sólo está controlado por la probabilidad de riesgo de contaminación, sino también por el tamaño del almacenamiento de agua subterránea: cuanto mayor sea el almacenamiento de agua subterránea, mayor será el riesgo y viceversa, la distribución específica del agua subterránea almacenada; Dallas al Auditorio se muestra en la Figura 11 en color.
(2) Los resultados de la evaluación de riesgos muestran que incluso en las áreas A1, A2 y A3 (imagen en color 9), donde la capa de arcilla sobre el acuífero es más gruesa y tiene un mejor rendimiento protector, el agua subterránea puede estar contaminada. La probabilidad relativa es inferior al 5%. El riesgo es generalmente de 0 ~ 200.000 m3/km2 (imagen en color 12). Los riesgos de contaminación surgen principalmente de los pozos mineros artificiales conectados a sistemas acuíferos de aguas subterráneas.
(3) B1 y B2 (Figura 9 en color) son áreas con un desempeño de protección contra la contaminación solo superado por A1, A2 y A3 (Figura 9 en color). La probabilidad relativa de contaminación del agua subterránea es del 5 % al 55 %. El riesgo de contaminación del agua subterránea en la mayoría de las áreas es de 200.000 a 2 millones de m3/km2 (Figura 12 en color). Las principales causas del riesgo de contaminación son la arcilla fina en la parte superior del sistema acuoso y los pozos mineros artificiales conectados al agua subterránea. .
(4) Las áreas con mayor riesgo de contaminación se distribuyen principalmente en el oeste de Qinghe, Dahongmen y Xihongmen, al este de Jushan Village y Gaolizhuang, al sur de Qinghe y al norte de la ciudad de Daxing (imagen en color 12) . La probabilidad relativa de contaminación del agua subterránea en esta área es del 55 % al 95 % (imagen en color 10), y el riesgo de contaminación del agua subterránea es de 2,2 millones a 4,2 millones. La razón principal es que la barrera del suelo arcilloso sobre el agua subterránea en esta área es delgada y tiene una capacidad protectora débil. Además, esta zona es la principal fuente de agua subterránea en Beijing, con grandes y abundantes reservas de agua subterránea y una gran abundancia de recursos hídricos.
(5) Al oeste de la aldea de Jushan y la línea Gaolizhuang, y al este del embalse de Daning y la línea Beimiao, la probabilidad relativa de contaminación del agua subterránea es superior al 95%, y el riesgo de contaminación del agua subterránea es 654,38+00.000~2,2 millones de m3/km2 (imagen en color 654,38+02). Aunque la probabilidad de contaminación es mayor que en el área mencionada en "3" arriba (más del 95%), el riesgo es menor que en esta área debido a las reservas de agua subterránea relativamente pequeñas (Figura 12 en color).
La razón principal del riesgo es que la barrera del suelo arcilloso sobre el agua subterránea en esta área es delgada y tiene capacidades protectoras débiles, y parte de ella es fuente de agua subterránea.
(6) En la parte más occidental del área de evaluación, aunque la mayor parte del lecho de roca está expuesta, la capa de barrera de suelo cohesivo es extremadamente delgada y la probabilidad relativa de contaminación del agua subterránea es superior al 95% ( Color Figura 12). El riesgo está relacionado con las grandes reservas de agua subterránea. El área donde la capa de barrera cohesiva del suelo es extremadamente gruesa es igualmente pequeña, oscilando entre 1.000 y 200.000 m3/km2 (color figura 12).
Control de riesgos de los verbos intransitivos para la contaminación de las aguas subterráneas
Pekín es una ciudad con una escasez extrema de recursos hídricos, y las aguas subterráneas son su principal fuente de suministro de agua. Una mayor contaminación de las aguas subterráneas provocará una mayor escasez de agua y la contradicción entre la oferta y la demanda de agua se agudizará. Para lograr un desarrollo sostenible en Beijing, se deben tomar medidas para reducir o controlar la contaminación de los recursos de aguas subterráneas. Las medidas opcionales son las siguientes:
(1) Establecer vertederos sanitarios o sitios de incineración de acuerdo con las normas y especificaciones, y llevar a cabo tratamientos inocuos como el vertido o la incineración de los residuos municipales actualmente vertidos y apilarlos en zonas altas; zonas de riesgo Los residuos sólidos de la zona (más de 200.000 m3/km2), especialmente los "tres residuos" con un riesgo superior a 654,38+0 millones de m3/km2, deben ser decididamente retirados y transportados a rellenos sanitarios para su eliminación.
(2) Limpiar o tratar los canales o zanjas de aguas residuales existentes (especialmente áreas con una probabilidad de contaminación superior al 55%) y no descargar más aguas residuales en ellos; impedir que cualquier unidad o individuo descargue aguas residuales indiscriminadamente. Eliminar fundamentalmente las fuentes de contaminación de las aguas subterráneas.
(3) En áreas con una probabilidad de contaminación superior al 55%, se debe detener el riego con aguas residuales y, en su lugar, se deben fertilizar las tierras de cultivo.