意大利地下水质量监测-欧盟水框架指示的执行.docx

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1、2008年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测 31欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测*G. Onorati a,*, T. Di Meo a等（a Environmental Protection Agency of Campania Region, Naples, Italy）翻译：宋清；校对：孙建平【摘 要】 1999年意大利国会通过了有关所有水循环内容的法令，包括地下水监测。依据水框架指令（WFD）的第八部分，新的法令考虑了欧盟的水框架指令，指示建立监测网络区域。整体上看，意大利法令的制定方针符合WFD附件II和V中所列出的技术指导方针。根据新的法规，国家环境机构（APA

2、T）收集资料并对意大利地下水的污染进行了评价。【关键词】 地下水 意大利 监测 硝酸盐 污染物质 WFD1 导言* Groundwater quality monitoring in Italy for the implementation of the EU water framework directive. Physics and Chemistry of the Earth 31 (2006) 10041014意大利85%以上的饮用水取自于含水层，因此，保护地下水是至关重要的。在最近几年里，地方环境机构收集了大量的地下水质量资料用于分析水化学状况：一年最少两次对3000多个监测点进行采

3、样，可显示地下水水体状态的一组最小的14个化学-物理参数按照优先顺序被确定。根据临界方法对水化学数据进行了分类，这些方法都考虑了污染物和自然物质的浓度。收集的资料表明，硝酸盐（NO3-）是主要污染物,部分多环芳烃(PAHs)、重金属和有机化合物显示的浓度都超过了所容许的界限值。综述了意大利地下水2003年分类。污染最严重的水体位于冲积平原的高渗透性部位。受污染较小的含水层沿着阿尔卑斯山脉和亚平宁山脉的碳酸化区域的山脉延伸，其地区人类活动稀少，大部分地区受到了保护。由于火山和地质构造活动，28.4%的地下水监测点被划分为“特殊类型”，作为热能矿产资源进行开发；此外，部分波河冲积含水层中含有特殊的

4、地下水（含有天然的铁、锰、砷物质）。一些值得注意的例子，即关于地下水监测的意大利方法，是翁布里亚管理100多个测距点的泉和水井实例；在威尼托区绘制了不同的水体深度图；在坎帕尼亚区确定了区域相关地下水水体的化学状况，并建立了同位素实验室。意大利地下水监测有助于欧盟WFD所贯彻的环境保护方针的执行。此外，对于欧盟地下水指令最终编制的讨论集中于以下几个主要问题： 地下水的等级分类，显示了天然的不适宜物质； 有害物质的欧盟质量标准； 监测点数据的分区。2 前言在意大利，85%以上的饮用水是地下水。由于人口密度大、工业和农业分布广泛，地下水资源承受着很大的压力，而且很多含水层的补给平衡没有得到重视。因此

5、，地下水保护和可持续利用是国家环境优先考虑的问题。在意大利，监测和管理活动是地方政府的职责，利用地方EPA（ARPA）的技术组织来研究这些问题。依据由国家项目PRISMAS（翁布里亚，2000）编制的标准来建立监测网络，建议逐步进行： 通过水文地质-水文化学研究发展一个相应的学科基础知识； 考虑到场地的实用性和人为压力，建立初步的监测网络； 配合实施地区的法规选择化学物质； 监测和化学状态等级分类的数据处理；32 水文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期 根据初步的结果重新评估监测网络。3 立法机构框架3.1 欧盟WFD2000/60/欧共体指令建立了水域的欧盟一般方针的框架结构（欧洲议

6、会和理事会，2000）。为了保护所有地下水水体处于良好的环境状态，确保污染大量减少，并防止更深层的恶化，需要监测地下水。由WFD建立的相关目标是为了防止整个地下水水体状况的恶化，预防或限制污染物质进入地下水，维护、加强、恢复整个地下水水体的采补平衡，以达到一个良好的地下水状况。此外，依照对于所保护地区规定的人类耗水的标准和目标，易受硝酸盐污染区和动植物栖息地保护区应将得到保护。这个复杂的系统需要一个健全的地下水水体知识。然而，普遍认为，总体上一般的会员国都没有足够了解地下水方面的知识。监测网络作为支持进行工作的主要技术工具，其密度和采样频率可用于评估地下水水位，包括在补给平衡中长短期的变化，对

7、在未能达到良好的数量和化学状况的处于危险中的地下水水体进行特殊的调查。地下水水体可分为两类：良好的化学和数量状况（地图表示为绿色），不良的化学和数量状况（地图表示为红色）。WFD建议用污染物质的浓度和传导率这两个特征来说明其化学状况。附件中列出的33个优先污染物质，其中11个是优先有害污染物质，在2020年前必须逐渐地淘汰。在表1中说明了良好的化学状况。对于河流盆地的地下水水体，WFD要求三个不同的监测程序。还需要一个监测程序来补充和确保河流中地下水的影响，并确定自然或人为污染物的长期趋势。基本的质量参数包括：氧、pH值、传导率、硝酸盐、铵及其相关污染物质。两个监测程序之间的时间间隔期间，应进

8、行监测以评估地下水水体的危险化学状况和确定人为引起的污染物浓度增加趋势。当需要时应进行调查监测以解释不清楚的污染现象。3.2 地下水指令由于地下水的流动性,尤其在评估其状况时，WFD 第17部分要求一个地下水“子方针”用于实施特殊的措施来控制和防止地下水污染，达到一个良好的地下水化学状况。子方针制定了评估地下水化学状况、鉴定和逆转地下水水体污染趋势的标准。地下水的化学成分因地区不同而有差异，并且缺乏用于建立质量标准的可用数据和学科知识（COM，2003），因此欧洲委员会采用分散处理步骤于2003年9月，对于一个地下水指令提出了它的建议。依据此建议，各成员国应确立所有污染物的临界值，这些污染物显

9、示了在处于危险状态的地下水水体特性，根据监测结果评估化学状况。此外，依据严格的欧盟技术指导方针, 应该能够确定持续增长的趋势和起始点转换的趋势。根据评估状况采取措施。表 1 良好的地下水化学状况的定义（欧洲议会和理事会指令 2000/60/EC）要 素良好的状况一般的地下水水体的化学状况就是污染物的浓度：如下详述，没有显示盐碱或其他侵入物的影响；依照第17部分，不会超过其他相关共同体法规以下的适用质量标准；不会造成达不到在第四章对于有关地表水所制定的环境目标的这种结果，也不会造成这种水体的生态或化学质量的明显下降，也不会对直接依靠地下水生存的陆地生态系统造成严重的损害。传导率传导率的变化不是预

10、示着盐碱或其他物质对地下水水体的侵入。2008年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测 33欧洲议会通过了部分修改过的最初决议。通过的修改决议主要集中于：地下水量状况与污染之间的紧密相互影响；地表水状况作为不重要的参考条件；应保护作为饮用水的优先水源的地下水及继续保留80/68/EC指令中的保护条例（WFD的附件中的1-12的要点）；考虑自然背景值；在确立临界值时需要采用毒性标准。2005年6月，欧洲理事会的多数成员国通过了一个共同决议（德国，匈牙利，意大利和瑞士持反对票），其决议仅考虑了少数的建议，使指令在保护地下水中缺乏说服力与效力。大纲中新的要点是：由会员国制定临界值；不修订欧盟

11、共有值的条款；基于监测点的重要性和整个水体的迹象进行地下水状况的评估；声明目的而不是采取措施来预防或限制污染物入侵的职责；没有防止扩散入侵，尤其是来自农业中的硝酸盐；由于硝酸盐污染的敏感问题，免除条例提供了硝酸盐指令规定的易受硝酸盐污染地区的地下水标准，因此，其50毫克/升的质量标准不是一个临界值，而是一个触发值。目前，期望2005年欧洲议会上二次审阅法规，但不会有大的改变。3.3 意大利法规意大利国家立法提供了法案的参考框架,法令第152条,从1999年起实施，于2000年完善,条例中预先考虑了WFD制定的地下水保护和处理的基本法则、目标和标准（意大利政府，1999，2000）。国家立法机构

12、制定的主要目标，是在2016年以前达到一个良好的化学和水量状况， 这与WFD设想的目标一致。在两个立法文件中都建议结合实施保护措施和监测监督程序，逐步地改善地下水状况，了解地下水体结构。作为提高对地下水资源状况的认知、验证预防和修复措施有效性的方法，要求一个有效的具有针对性的地下水水体监测。4 意大利的分类方法首先是确定有效信息如：河流盆地含水层的详细记录、地下水-地表水水体之间的关系、补给和流动模式、水化学，包括详细记录的泉和井的水利用。意大利立法机构更加细化了关于WFD的方法，确定了地下水水体的多临界值的分类方案。根据表2（D.lgs.258/2000的附件1）中的5种等级分类，对一个年监

13、测程序中包括任何相应的地下水水体进行化学状态评估。根据7个基本参数（表3：传导率，Cl-, Mn, Fe, NO3-, SO24 -,NH4+）的浓度和涉及微型污染物扩散的附加参数的浓度，必须对以上述的地下水水质分类进行评估。此外,为了评估含水层的水文地球化学状况,必须进行温度、总硬度、重碳酸盐、钙、镁、钾、钠、铁的测量。所有的这些参数是由EPAs在地区监测网的每个监测点来监测的，而其他的POPs，如新型化学污染物和PCBs，是根据当地土地的利用和盆地内工业污染的扩散进行监测的。化学状况和有关水量状况信息的综合（有关水平衡和基于水压、径流、抽水量及泉流量趋势的等级分类A-B-C-D），根据表4

14、，可以对地下水的环境状况进行从差到优的最终等级分类。表 2 确定化学状况化 学 状 况等级1无人为影响，质量为优等级2人为轻微的影响，质量较好等级3明显的人为影响，质量有所恶化等级4严重的人为影响，质量很差等级5无人为影响，但显示特殊的自然水化学特征34 文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期表3 地下水化学状况分类的基本参数参 数单 位等级1等级2等级3等级4等级0传导率S/cm(20)400 2500 2500 2500 2500氯化物/l25250250250250锰g/l2050505050铁g/l50200200200200硝酸盐/l di-NO3-525 50 50 -硫酸盐

15、/l di-SO4225 250250 250 250铵/l di-NH4+ 0.05 0.5 0.50.50.5表 4 环境状况的确定环 境 状 况优1A好1B 2A 2B较好3A 3B差1C 2C 3C 4C 4A 4B自然特性0A 0B 0C 0D 1D 2D图1 地下水监测点5 监测在2002年1月到2003年12月期间的地下水水体监测完成了意大利20个区域中的12个区域作品，总共完成了2768个监测场地的取样和每个监测点的地下水环境状况的第一次评估。大多数区域地下水网络的监测点位于波河平原（图1），而最密集的监测点位于马奇区(位于意大利中部偏东，从亚平宁山脉东坡到亚里亚海的一个200

16、8年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测 35地区)和皮埃蒙特区(图2和表5)。从过去的几年几个区域内已建立了EPAs，意大利南部和主要岛屿计划在2005年底完成国家监测网络的一体化。监测网络包括位于意大利12个冲积的、火山的和喀斯特的成因的地下水区中的井和一些主要的泉（表5）。监测场地大多数的监测井和监测泉是由地区和当地饮用灌溉用水供给管理员或用于工业的工厂来管理的。这些场地都是净化系统的逆流取样。只有少数的场地是专用于监测系统的。根据EIONET标准，用地区监测网所收集的数据，建立了一个有效的数据库（EEA，ECT/WTR，2005）。图 2 地下水监测网密度（2002）6 监测

17、结果虽然在第3段中图解说明的意大利等级分类方法涉及到地下水水体,但目前为止它已应用于每个单独的监测点,用于收集和管理同组的分析数据。自2002年在意大利等级分类标准中没有明确列出的一些新的介质等级质量（0-2，0-3，0-4），已被用于说明地下水特殊自然的水化学特征（0级）和日益增加的人为污染物。6.1 质量分类在2003年监测的整个2768个监测点得出了以下的百分比分配：大约35%的监测点显示人类影响造成的污染(3级分类:13.2%和4级分类:21.5%),而37%的监测点显示了不受人类影响或受到人类极少的影响(2级分类:30.2%和1级分类:6.8%)；大部分由于火山和地壳活动,相当数量的

18、监测场地被划分为“特殊的”(0级分类),时常作为热能矿产资源被开发(APAT，2003，2004，2005)。多数被污染的含水层位于冲积平原渗透性较强的地区；污染较少的地下水水体沿着阿尔卑斯山脉和亚平宁山脉的碳酸化区域的山脉延伸，其地区人类活动稀少，大部分地区得到了保护（见图3。）36 文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期表5 地区的监测点的数量和质量分类（2003年在2005APAT中修改过的）区 域质 量 等 级监测点数量123400-20-30-4瓦莱达奥斯塔区01900300022皮埃蒙特区302091141501320046681伦巴第区569405366410238特伦蒂诺

19、上阿迪杰区-特伦托区121400300029威尼托区464212555000169弗留利-威尼斯朱利亚区12123000027利古里亚区2313218590000232艾米利亚-罗马涅区 2716449238000424托斯卡那曲171222965106000344翁布里亚区6513011118400220马奇区530334460900226坎帕尼亚区356413355310156总 计1888363645946321197462768 图 3 意大利地区的化学状况分类（自APAT修正（2005）6.2 主要污染物几乎对于全部的受污染水,在3级分类或4级分类中分类的关键参数是NO3-的浓度。局

20、部浓度很高的NO3-在地下水中广泛存在，该浓度值常常超出所规定的饮用水临界值（50毫克/升；见图4）。如在图5中显示硝酸盐含量最低的地下水储存在阿尔卑斯山脉和亚平宁山脉的碳酸化的含水层，而污染最严重的含水层位于波河冲积平原城市化区域和工农业密集区。2008年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测 37此外，一些监测点说明了部分地下水污染具有有害无机物和有机物浓度高的特点，主要是重金属如镉、铬、铅、汞和有机卤素化合物，时常有一些农药，视为有害物质在WFD的附件X中最先列出。在几个地区发现了浓度很高的重金属和重金属化合物（APAT，2005）。在伦巴第区和托斯卡纳部分区域发现多环芳烃（PA

21、Hs）的浓度超过了容许极限浓度。高浓度的有机卤素化合物，如1,2-二氯乙烷，氯仿，三氯乙烯，四氯乙烷，四氯化碳也在12个地区之中的7个地区的几口水井中发现，而伦巴第区的ARPA有时还发现了如氯甲桥萘，氧桥氯甲桥萘类的农药。高浓度的锰、铁、砷、氟离子和NH4+的存在通常都有自然的成因，并不是污染物，划分等级为零（见威尼托区和坎帕尼亚区历史记录）。图 4 意大利地下水监测中硝酸盐浓度的百分比分配（2003）7 典型地区监测7.1 翁布里亚在过去的30年中，进行了调查翁布里亚区主要含水层的一些研究活动，首先进行了含水层的水文地质评估，最后参与了关于地下水保护的国家科技项目。根据这次监测，翁布里亚当地

22、政府调整了区域相互间的PRISMAS方案，重建、发展并优化地区水文地质学科的理论知识（2000）。在1998年翁布里亚开始对主要的含水层进行监测（图6.），在一年的四个季节期间对遥测站和水井、泉中的取样观测（Frondini等,2001）。点监测和持续远程系统数据的结合，可以进行化学和水文地质变化的研究，从而区分季节长期变化趋势与当地污染情况的扩散过程。对于监测的开发目前进行着几项工作：100个远程自动遥测数量站的一体化。38 文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期关于WareHouse-GIS系统数据流量的建立和数字流动模型的建立。水质/水量状况、趋势的评估和对于环境状况差的含水层修复

23、。根据WFD和监测网络饮用水抽取点的综合情况,进行水文地质、地球化学、水量和压力分析，定义地下水水体。关于主要含水层环境状况的最重要的结果是:冲积含水层受到了很大的影响，并通常处于不良的状况（硝酸盐、有机挥发性化合物、杀虫剂和部分地区过量抽水），除了通过地表水补给来稀释污染物并保持水位平衡的地区。钙质含水层状况良好，仅是饮用水的抽取受到部分影响；火山岩含水层状况优良，水质受到微弱的影响。图 5 意大利地下水的硝酸盐浓度（2003）为了执行WFD的ARPA，翁布里亚提供了关于台伯河河流盆地试验计划的数据和技术经验:水管理应经常更新关于地下水的综合科学知识（Di Domenicantonio等,2

24、005）。7.2 威尼托区威尼托区位于意大利东北部，地处东西延伸约100千米，南北延伸约为50千米的冲积平原，由地方EPA代表当地管理机构对该区进行监测。监测网地理位置的确定考虑了水文地质环境：监测了非承压、承压和潜水含水层，也包括附近地区一些场地的上游区。野外监测工作是在春季和秋季进行的（高值和低值）。自1999年以来确定了每个监测场地（图8）的化学状况（2003）。污染最严重的含水层是位于威尼托区平原中部易受污染区的潜水含水层和部分承压含水层。分布最广泛的污染物为硝酸盐、杀虫剂、卤素化合物（三氯乙烯，四氯乙烯）和2008年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监测 39图 6 翁布里亚

25、区的监测网络重金属。在威尼托区冲积平原的地下水中出现了一个引人关注的现象：存有自然成因的不适宜物质：铁，锰，砷，NH4+ ，浓度超出了低质量等级的容许浓度。因此这些场地划分为0级自然-特殊类。实际上对深井中的粘土采样进行的化学岩石分析显示：存有伊利石、亚氯酸盐、高岭石和蒙脱石。在一个还原环境中这些矿物的来源是如铁、锰、砷类金属，而在威尼斯泻湖周围，承压含水层中高浓度的NH4+与第四纪透镜体的存在有关。威尼托区管理机构积累的经验证实了含水层水文地质特征在合理解释化学数据和对于0级分类的需要及避免污染源的错误分类中的重要作用。7.3 坎帕尼亚区2002年冬季，考虑到水文地质单元（Celico 等,

26、2003），坎帕尼亚区的EPA(ARPAC)开始了主要的泉和水井的监测工作。监测网络由自2002年的117个增加到了2004年的160个；几乎所有污染水分类的关键参数是硝酸盐的浓度（Onorati 40 文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期等,2003），此外，坎帕尼亚区依照欧盟法规，略述了易受污染的地区，并承担了修复方案。此外，在2003年9%的监测点具有特殊的自然水化学特征（0级；0-2级；0-3级；0-4级），这些特征大都与火山、地壳活动有关（ARPAC,2003）。根据国家和欧洲法规，在地下水体范围内用综合地理方法来进行分类，如下章节讨论。图 7 威尼托区的监测网络（2005）

27、为了巩固监测网络，由欧盟基金会的POR坎帕尼亚2000-2006-措施1.1“区域环境监测系统” 建立了一个关于地下水的项目。这个方案详细说明了一个具有224个场地的监测网络和一个测量40个场地的地下水水位、pH值、Eh、温度、硝酸盐和氧气的遥测系统，新的监测站应在2005年年底建成。为了应对POPs的决定，区域实验室引进了新的分析仪器。为了追溯污染途径和水的补给来源，建立了一个稳定同位素实验室。8 地下水分类的地理方法在地下水分类中最重要的一点是对于重要的地下水水体监测点数据分区。意大利法令要求“制图分类”和“根据其状况对每个单独的地下水2008年第1期 欧盟水框架指令下的意大利地下水质量监

28、测 41水体进行带状排列”。此外，如果这些分类显示不同的化学状况，可以用地下水水体扇区分类图，而由WFD报告的成员国所提议的方法仅要求比例为1：250.000的监测点和地下水体图。图 8 威尼托区地下水的化学状况分类（2005）前不久，意大利EPA（图3）遵循了报告中方案要点，而地方EPAs正在试验新方法。例如，翁布里亚区计划对整个巨大的水体进行等级分类，坎帕尼亚区采用一种混合的方法，运用先进技术对监测点和水体进行等级分类（图9）(DiMeo 等,2004)，根据意大利法规绘制分段区域地图。通过克里格法和专题图重叠法，运用地质统计学和GIS方案对监测点数据进行分区。这样就减少了错误的分类，等级

29、分类间的划分更加清楚。对于欧盟指令的两种化学状况等级的分类系统，一种GIS方法对于强烈受到监测点位置影响的监测点结果的均值计算更加适合。9 结语意大利地下水监测实验与欧盟水框架指令的环境保护条款的实施是一致的。河流管理机构和地方政府已广泛运用由当地EPAs收集的数据来制定河流盆地的管理计划（WFD第13部分），以确保地下水水资源利用的可持续性。在意大利一些地区监测活动的延迟很难保证WFD的及时实施。然而，这是由于主要的社会问题和经济发42 文地质工程地质技术方法动态 2008年第1期展问题造成的，也是欧盟强调的问题（这些地区包括在2000-2006期间受资助政策的少数特权区域）。因此，意大利立

30、法在这些地区（西西里区，普利亚区，卡拉布里亚区，撒丁区）实施的失败，不是由于水立法体系的薄弱，更多归因于不完整的联邦体系。图 9 坎帕尼亚区的地下水化学状况（2005）关于硝酸盐的污染，一些地方EPAs机构也提供了技术来支持硝酸盐指令91/676/EEC的执行，完成初始监测，增加所选场地的监测频率，分析NO3-数据的时间序列。这些行为，如绘制等值线图，评估NO3-的趋势，被用于确定易受硝酸盐污染的地区。在不久的将来需要充足的投入和措施来恢复监测点所涉及到的被污染的地下水水体，完成欧盟和意大利立法机构所设立的目标良好的水化学状况。在这个过程中更多的努力是为了完成整个国家的监测，建立一个关于地下水的信息系统（Fabiani 等,2005）。此外，欧盟WFD和欧盟地下水指指令中提出了一些建议： 含有大量有害物质的地下水需要一个质量等级划分。为了考虑到欧盟对污染物的定义(WFD第2部分第33条)，这一等级划分在意大利法规中明确标出：必须减少人为污染物，而一些物质的存在，如砷或铁，常常是岩石水的交互作用的结果，并不是污染物。 需要控制有害物质污染的欧盟质量标准。 如果单独的地下水水体或扇形区显示一个不同化学状况，需要用GIS和地质统计学，用更多的综合方法进行化学状况带状分类。总之，意大利地下水监测实验应协助欧盟地下水指令的最后编定，与在本文中提到的主要问题是一致的。