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西部水窖水质问题
中国疾控中心环境与健康相关产品安全所 研究员 凌波
在中国广袤的西部，不少地区由于降雨量少、光照强、蒸发量大，缺少人畜饮水，严重影响了当地民众的生活。修建混凝土构造的水窖，利用屋面、场院、沟坡等设施蓄水，解决西部地区缺水问题，帮助西部地区老百姓特别是妇女摆脱因严重缺水带来的贫困和落后。温家宝总理等中央领导批示指出“母亲水窖”公益项目是解决农村饮水问题的有效办法，也是扶贫济困、改善民生、促进贫困地区发展的有益探索；不仅是解放了农村妇女劳动力，而且是促进妇女发展的成功实践。一眼眼“母亲水窖”缓解了西北农民饮水难问题。据统计，母亲水窖工程累计在水资源相对缺乏的西部地区修建水窖超过12万口，小型集中供水工程1300多处，解决了西部干旱地区170多万民众的饮水困难。
我国西北地区是一个水资源极为缺乏的区域，当地农民为了应对旱魔，解决人畜饮水问题，发明了雨水利用技术——水窖。利用水窖蓄集雨水，不但可以缓解黄土高原干旱与水土流失的矛盾，同时也是解决部分水资源短缺地区饮水困难的重要途径。随着不同形式水窖在解决农村饮水安全中的大规模应用，窖水水质问题日益受到关注。水窖是在缺水地区挖建的用于蓄存雨、雪水的地窖，窖水主要来自降水，部分是地下水及人工注入的河流水。
西北宁夏中部干旱地带，作为全国最干旱的地区之一，常年干旱少雨，蒸发强烈，既无地表水又无地下水，资源性缺水严重，是水窖应用最为广泛的地区之一。宁夏南部山区10个县区，属于中西部严重干旱带，为解决南部山区人畜饮水问题，至2010年宁南山区已建成40万眼水窖，许多地区，现已达到每家有一口甚至两口水窖，窖水已经成为当地居民饮水的主要水源。
在下列缺水地区水窖的应用极其普遍。
(1) 资源性缺水区，指既无机井、浅井等地下水源，也无泉水等地表水源，完全依赖雨水蓄积的地区，如宁夏中部干旱带、甘肃定西地区。
(2) 季节性缺水区，附近有泉水，但是泉水量受季节影响很大的地区，如云南一些山区。
(3) 工程性缺水区，某些地方有深井，但由于水量不足制水成本较高的地区，如贵州的喀斯特地区。
(4) 水质性缺水区，地表水或地下水水质特别恶劣的地区，如有机物污染严重，或者是苦咸水，氟砷污染严重等。
(5) 部分乡镇几乎无法获取地下水。加之近年来，大量青壮年外出打工，留在家里的大部分为老弱病残者，他们无力获取地下水，这样窖水就成了他们的生活饮用水。
一些地方水窖水质中氨氮、总磷、化学需氮量、大肠菌群、浑浊度和PH值等严重超标。
一、 水窖的组成
水窖系统通常由集雨场、拦污栅、沉砂池、过滤池进水管和水窖等配套设施组成。常见的窖水的集雨场：农田山坡、土质场院、水泥场院(100m2)+屋面、蛇皮袋编织布铺面。常见的水窖材质主要包括两种：一种称为“砼水窖”，窖体是用混凝土浇筑而成并通过混凝土地面集雨。另一种则是通过天然土质集雨场收集雨水。窖体由泥土（红粘土）夯制而成，俗称“土桶窖”。其工程规模小、施工简单、施工期短、造价低廉、运行管理费用低、蓄水的方式多元化以及水质相对有保证等特点，成为众多农村地区解决饮用水问题的重要手段。
二、 水窖水质特征
窖水检测结果表明部分窖水感官指标超标，主要是由于集雨区域及水窖周围环境状况差，雨水冲刷地面后同泥沙、柴草、垃圾、腐败动植物等一起沿着引水沟直接进入水窖所致。理化指标中，超标的项目主要是氨氮、耗氧量、pH值、铁。有研究表明，引起氨氮、亚硝酸盐氮、耗氧量及微生物超标的污染物主要来自人畜粪便、生活污物、动植物残体等。pH值超标的原因与水窖的材质以及周围的地理环境有关。铁高可能是与当地的地质结构或者建造水窖的水窖材料有关，有待进一步研究。
以云南省木美地下河流域为例，就西南岩溶区水窖的水质状况进行分析，结果表明水窖的水质状况尚为良好。由于水窖建材及水源类型等的不同，导致水窖水质的差异。水窖的污染类型有四类：颜色、肉眼可见物异常：超长时间放置导致生物性污染：pH呈碱性：生活垃圾和污水引起碳酸盐(CO3-2)，钙(Ca2+)，钠(Na+)，氯（CI -）等离子超标。
宁夏山区某县农村窖水总硬度没有超标，溶解性总固体超标率为4.5%；锰超标率为3.0%；铁超标率为56.7%；pH值超标率为7.5%；氨氮超标率为29.9%；COD超标率为8.96%。宁夏山区某县农村窖水部分感官指标和理化指标都有不同程度的超标。
以上可见，各地窖水水质随当地具体环境而有所不同，由下表所列水质指标的范围可知，一般情况下窖水的浊度和微生物指标不合格者居多。
水质指标
实测值
标准值
pH
8.0～10.0
6.5～9.5
CODMn(mg/L)
3～12
5
浊度(NTU)
3～18
5
Fe(mg/L)
0.3～1
0.5
Mn(mg/L)
0.1～0.3
0.3
氨氮(mg/L)
0.5～1.2
0.5
硬度(mg/L)
450～520
550
TDS(mg/L)
800～1600
1500
细菌总数(cfu/ml)
920-不可计数
500
大肠菌群(MPN／１００ml)
12-167
不得检出
三、 水窖水质的主要问题
水窖是在缺水地区挖建的用于蓄存雨、雪水的地窖，窖水主要来自降水，部分是地下水及人工注入的河流水。降水在集流入窖过程中，受到一次污染，尤其是地面杂质、悬浮物、细菌等，是窖水感官性状较差的主要原因；在农村，为方便集水，大部分水窖建在低洼地、菜地、草地、耕地和人畜活动频繁的地方，使微生物、农药和化肥污染窖水的可能性增大；大部分窖水来自于雷阵雨雨水，因一时雨量较大，对地面冲刷作用较强，且农民普遍缺乏对水窖环境卫生的保护知识，卫生意识淡薄，平时根本没有清洁集水路面、水道，这样大量的泥沙、柴草甚至人畜粪便会随水流进入窖水中。集雨设施不全，农民缺乏卫生科学知识的有效指导，是窖水卫生质量难以保证的一个重要原因。
针对雨水集蓄利用在解决农村饮水安全中出现的水质问题，基于国家饮用水水质新标准，通过对天然降水的水质和广泛使用及新研发的水窖长期贮存水进行监测，重点对试验地全年雨水水质、不同材质、水窖位置对水窖水质影响进行研究。
(1) 降雨过程 试验地降雨过程中，pH值开始呈现上升趋势，后期趋于稳定，pH值变化在6.5～8.5之间，略偏碱性；由于反应条件、天气等的影响，降雨N03-含量变化趋势不明显；除pH和NO3-外，其它指标随降雨历时，其含量逐渐下降，多数指标从开始降雨到降雨后期离子含量下降在40.8%～90.1%之间；且各指标含量的变化趋势与收集水样时的平均雨强有关，雨强大，指标含量低，雨强小，指标含量高。天然降水中多数水质指标月变化规律一般表现为离子浓度随降水量的增加而降低。降雨量最大的7、8月份，其水溶性离子含量最低，pH值春季、冬季值较低，7、8月份最高，即H+离子浓度最低。在试验条件下，雨水中Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cr6+、挥发酚、氰化物等毒理学指标均没有检出或者其含量远远低于国家标准，天然降水各指标全年平均值与国家生活饮水标准比较，只有浊度、氨氮两项指标超过标准，其它指标含量均较低，窖水水质较好，能够满足生活饮用水标准要求，可以作为生活饮用水水源。
(2) 水窖材质 试验研究结果表明固化土干性水窖、固化土塑性水窖、水泥砂浆抹面水窖等三类水窖在贮存地下水180天后，没有检出有毒有害物质，除由地下水引起的各水窖SO42-超标外，其他指标均满足国家饮用水水质标准，且固化土干性水窖水质相对较好。固化土干性窖、固化土塑性窖价格低廉、施工方便、可以就地取材，长期贮存地下水没有产生有毒有害物质，有利于保持水质，值得推广。
在地上、地下使用橡塑水窖贮存地下水的试验表明：当橡塑水窖存贮井水超过一定期限后，其COD、亚硝酸盐、色度等部分指标超出国家标准；在内蒙古地下使用橡塑水窖贮存雨水的试验表明：橡塑水窖对水质没有产生明显影响；橡塑水窖具有一次成型、便于运输、施工速度快、使用寿命长、防渗性能好、建设成本低的优良性能，而且便于企业化、标准化和规模化生产，应用灵活，不受地域、交通条件的限制，本研究中由于试验条件限制，其对水质的影响有待于进一步研究。
(3)水窖位置 通过对修建的不同地点的水窖窖水进行为期一年的跟踪调查及较全面的水质分析，并参照国家饮用水标准对窖水作为水质比较，调查的重点是雨水系统的卫生状况（周边环境），测试内容主要包括，总氮，磷，挥发性酚，氯化物，金属离子，化学需氧量，大肠杆菌及水温、pH、浊度，残渣等，结果表明，绝大多数窖水中各种物质的含量基本符合国家饮用水标准，只有紧靠公路边修建的水窖水质较差，化学需氧量，总磷，硒，汞，大肠杆菌的含量均超出饮用水标准，其中大肠杆菌群的量超出指标数10倍，为改善窖水水质，须对雨水采用更为合理，科学的收集方法，并相应地进行水质净化处理。
四、水窖水质污染的主要来源
(1)集流过程
降水在集流入窖过程中，受到一次污染，尤其是地面杂质、悬浮物、细菌等，造成窖水感官性状较差；在农村，为方便集水，大部分水窖建在低洼地、菜地、草地、耕地和人畜活动频繁的地方，使微生物、农药和化肥污染窖水的可能性增大。建在公路边的水窖，由于降水经过公路集流，水中会有微生物及重金属检出。
(2)储水过程
窖水在储存过程中，水质的变化与水窖的材质有关。例如采用红粘土的“土桶窖”，水中铝离子含量会有所升高；采用水泥砂浆抹面的水窖，水的pH值会升至9-10。试验研究结果表明固化土干性水窖、固化土塑性水窖、水泥砂浆抹面水窖等三类水窖在贮存地下水180天后，没有检出有毒有害物质，除由地下水引起的各水窖SO42-超标外，其他指标均满足国家饮用水水质标准，
(3)大气污染
远离城市的山区降水受大气污染的影响极微，故此可忽略不计。
五、水窖水质改善措施
在被调查的所有农户中，他们的窖水全部没有采取任何消毒措施，而长期饮用卫生质量差的窖水，会对群众的健康构成潜在的威胁。
(1)加强水质监测。卫生防疫部门及其他有关部门应定期对窖水进行监督、检测。
(2)制定窖水水质卫生标准。应在窖井的选址、雨水的采集方式、水质净化、窖水的卫生防护等方面进行研究，制定出改善窖水卫生质量的相应标准。
(3)有关部门投入相关的硬件措施 提倡采用屋面、水泥场院、集雨布集水，这样可以提高窖水的卫生质量。提倡采用杀菌去浊净化措施，例如2008年之前宁夏就开始为农民配套“母亲水窖”净水器，而2008年至今，宁夏共为农民配备“母亲水窖”净水器1500多台。经过沉淀后，从窖里提上来的窖水看上去干净，实际上里面有杂质，直接喝能感觉到有异味，必需烧开后才没有味道。此外，如将黄河水存放在水窖时，更须采用净水器，清除水中污染物、杂质、减少沉淀物等，纯净窖水，改善饮水品质，从而减少疾病发生率，从根本上保证妇女和儿童的身体健康。下表为各种净化措施的降浊、灭菌、操作、防冻、可持续运行等性能以及设备投入、运行成本方面的比较。各地应根据当地的实际情况，选择适宜的井水措施。

太阳辐照
漂白粉
超滤+紫外
砂滤+超滤
微滤+超滤
广谱分子筛
降浊性能
X
X
V
V
V
V
灭菌性能
V
V
V
V
V
V
操作简易
V
V
V
X
V
V
防冻性能
X
V
V
X
V
V
可持续性
X
X
V
X
V
V
设备投入
最低
低
最高
高（水箱+泵）
较高
低
运行成本
最低
低
最高
高
低
较低
(4)开展广泛的健康教育 要求群众掌握饮水与疾病的相关知识，掌握人畜粪便、生活污物的管理及无害化处理、饮用水防护等一系列知识。并形成良好的卫生习惯，告诫群众在雨季来临之前，清扫干净窖井周围及引水沟环境，管理好人畜粪便，最终使人人都能饮用上安全卫生水。