铅冶炼威胁下岩溶含水层公共供水的可持续管理：基于地下水模型的实证研究

为解决亚洲最大铅(Pb)冶炼厂周边土壤污染(>500 mg/kg Pb)对公共供水井群的长期威胁，研究人员通过构建区域地下水流动模型与污染物粒子追踪模拟，量化了埋藏岩溶(163–296 m)与第四纪砂砾(100–150 m)含水层的污染风险(R)与最小运移时间(Tmin )。创新性提出可持续性指数(SI)评估框架，发现当前抽水量需减半至3×104 m3 /d(岩溶)和0.5×104 m3 /d(第四纪)方可维持百年安全供水，揭示了断层带FMK作为"水力屏障"的关键缓冲作用，为整合水质风险的可持续评估提供方法论突破。

　　

在华北平原南部的济源市，一场关于生命之源的地下暗战正在上演。这里有两组公共供水井群，每天为70万居民提供7万立方米饮用水，却与亚洲最大的铅(Pb)冶炼厂比邻而居——厂区周边10平方公里土壤中铅浓度超过500 mg/kg，如同悬在头顶的"达摩克利斯之剑"。更令人忧心的是，这些水井分别开采的是埋藏深度163–296米的岩溶含水层和100–150米的第四纪砂砾含水层，两类含水层均对污染极度敏感。这种"高危供水"模式能否持续百年？中国的研究团队在《Water Research》发表的研究给出了量化的答案。

研究团队首先构建了三维地下水流动模型，结合稳定同位素(1?O和D)数据刻画水流系统，通过粒子追踪模拟污染物运移过程。创新性提出可持续性指数(SI)，综合污染风险率(R<1%百年尺度)和最小运移时间(T_min

5年)双重标准。研究发现当前5.55×10⁴
m³
/d(岩溶)和0.95×10⁴
m³
/d(第四纪)的抽水量必须减半才能达标。令人惊喜的是，北部230–500米深的埋藏岩溶通过FMK断层带形成"水力屏障"，其向上水流使污染物运移路径发生弯曲(图2d)，但这种保护效应会随抽水量增加呈非线性衰减。

【埋藏岩溶与浅层第四纪含水层的公共供水井】
济源市供水井群位于蟒河北部冲积平原，15口深井开采中奥陶统灰岩岩溶水，4口浅井取用第四纪砂砾水。两者被150米厚的C₂
+P泥页岩隔开，形成独立水流系统。

【水头与同位素数据揭示第四纪与岩溶地下水流系统差异】
氢氧同位素与水位数据证实，岩溶水接受北部山区补给，而第四纪水受当地降水影响。FMK断层带形成水力分界，使岩溶区出现反常的向上流动。

【铅冶炼威胁下的埋藏岩溶含水层能否可持续管理？】
模拟显示可持续抽水量下，FMK断层带的向上水流可使污染物运移时间延长至25年。但当前抽水导致第四纪含水层污染风险达12%，远超1%的安全阈值。

【结论】
该研究开创性地将水质风险纳入可持续评估框架，证明单纯基于水量平衡的"安全开采量"会严重高估实际承载力。建议采取抽水量减半、优先治理11%高风险区土壤、开发南部泉水等组合策略。这一成果为全球工业污染区的地下水资源管理提供了范式转移——真正的可持续性必须同时守住水量红线与水质底线。