地下水型水源地保护区划分方法
1.3.3.1 地下水型水源地保护区划分历程
水源地保护区是指国家为防止水源地污染、保护水源地环境质量而划定并要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域，它分为地表和地下水型饮用水水源地保护区。近年来，世界人口的持续增长和水污染的日益加剧，促使各国更重视地下水并把其作为优先饮用水水源，而建立保护区则是保护地下水型水源地的有效手段。
早在18世纪末期，欧美工业国家就开始了对水源地保护区划分的研究，到20世纪末期研究方法已相对成熟，并颁布了许多与地下水型水源地保护区划分工作相关的法规。本研究主要是对欧美发达国家水源地保护区划分的方法及政策进行研究并结合国内实际情况而发展出更符合国内实际、更便于理解同时更准确的划分方法。
我国水源地保护区划分工作始于1984年颁布实施的《中华人民***和国水污染防治法》，当时主要针对地表水水源划分保护区。在1989年国家环保总局颁布的《饮用水水源保护区污染防治管理规定》中，提出了饮用水地表和地下水水源保护区划分和防护的原则。2002年，中华人民***和国第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过了《中华人民***和国水法》。为规范水源保护区的划分工作，原国家环境保护总局于2007初颁布了《饮用水水源保护区划分技术规范》，对保护区划分的标准、方法、要求等做了系统规定。
地下水保护区域划分条例通常是和公***利益相关的，对于所有已定义关于土地利用及人类活动的限制它需要法律来界定，它必须基于具有约束力的法律法规且必须保证这些限制都是为了保护地下水资源且成本最低，没有其他可替代的措施。
1.3.3.2 保护区划分的技术方法
国外发达国家对保护区划分以保护饮用水水源方面取得了较为丰富的成果，尤以美国和德国为优，它们的经验值得借鉴。
（1）美国
美国从20世纪40年代起先后颁布了《清洁水法》、《生活饮用水安全法》、《资源保护和恢复法》等法律法规来指导美国供水企业安全生产等问题，还制定了其他有关地下水保护的法律，如《联邦杀虫剂、灭菌剂和灭鼠药法》、《有毒物质控制法》等，此外美国各州都建立了本州的地下水保护区法案。在制定了相应的法律法规基础上，美国还根据各项法案赋予的权力，组织实施了一系列的地下水保护计划，最有影响力的当属井源保护计划（Well Head Protection Program，WHPP），该计划始于1986年，由美国环保局和美国地调局负责，要求全国各州绘制或者划定现有井和新井的保护区，以确保保护区内及邻近地区的土地利用等各项活动不会污染水井，同时发展出了解析法、图形简化法和数值模拟法等多种保护区划分方法。联邦饮用水安全法案（Federal Safe Drinking Water Act）指示所有的州为公***机构（CWS）和非公***机构（NCWS）的供水井制定水源地保护计划（WHPP），各个州必须提交一个被美国环保部（U.S.Environmental Protection Agency，EPA）所批准的WHPP计划。水源保护区域（Well Head Protection Areas，WHPA）的划分是WHPP的一个组成部分，该计划的其他组成部分包括污染源调查、保护地下水最佳管理实践的发展和执行、整合土地利用计划、促进公众在保护地下水资源中公***意识的觉醒。1996年的饮用水安全修正法案开始要求各州进行水源评价项目。
其中，水文地质数据是划分保护区的基础，还需要考虑下面的这些标准：
距离（Distance）：距离井的距离是确定保护区范围最简单的办法。但是这个标准通常比较随意且无法控制地下水流；
降深（Drawdown）：保护区的划分可以依据由于抽水引起的降深来确定，有时候包括引起降深的区域或者影响区域（Zone of Influence，ZOI）；
运移时间（Time of Travel，TOT）：这个标准是基于地下水流速而定的。可以指定一个重要的运移时间如50天或者10年等，通过水力梯度和渗透系数确定地下水流速后就可以确定保护区范围；
水流系统边界（Flow-System Boundaries）：自然边界范围可以用于定义保护区。对水流边界的定义需要对现有数据进行汇编及解译、田间数据的收集及专业的判断。
（2）德国
1957年，在西德联邦《水法》框架下，德国已经开始建立了地下水保护区域，除国家法规外，德国每个州基本都制定了更细致的水法，这些地下水保护相关的条例是由DVGW（德国燃气与水工业协会，1959，1975，1995）（李建新，1998）及单独的州所颁布的，通常这些州所采纳的是DVGW W101规章，但是通常它们会设置更特殊及详细的限制，保护区域的定义及划分过程所使用的方法在各个州都大致是相同的。
在德国制定和地下水相关的饮用水保护区主要是出于以下目的：防止各种有害物质危害人体健康；防止那些对人体健康可能无害但是会影响水质的物质的伤害；防止地下水温度变化。
同时需要对下列事宜进行考虑：对水质的保护必须是预防性质的；对已污染含水层的修复是非常复杂的工作，无论是从技术上、经济上还是执行上；围绕一个开采井建立三个保护区域的系统已经在美国和很多欧洲国家证明是行之有效的；这三个保护区域都需要对土地利用和人类活动进行很多限制；对保护区域的划分必须非常仔细以权衡各方利益：足够大以保护水资源供应及满足保护水质基本要求；尽可能小，以减少不必要的限制，避免对当地经济发展带来消极影响。
地下水保护区域应当包括井的整个地表和地下集水区或者是开采地下水作为饮用水的井场。对保护区的划分应当反映对地下水造成污染的各种活动的不同风险，在不同保护区域中对土地利用的限制也应当反映潜在的风险，除非不考虑全局污染否则这些潜在风险通常随着各种造成污染的活动离井场距离的增加而减小。根据通用的保护地下水免于污染的原则将保护区域分为3类：
1）外部区域（Outer Zone—Zone Ⅲ）：区域Ⅲ保护地下水免受长距离运移后的污染如辐射物质或难降解化学物质，该区域可以进一步划分为Ⅲ A 区域和Ⅲ B区域。
区域Ⅲ一般应当延伸到地下集水区的边界，地表水渗入到地下水的区域也应当包括在区域Ⅲ中。如果无法准确定义地下集水区，那么区域Ⅲ就应当包括所有可能的集水区。如果水位变化显著，那么用来定义保护区边界的数据就需要进行检验以符合低水位条件和高水位条件以及水流的不同方向。如果地下水流速很大（如在岩溶含水层），那么地下水从集水区顶部流动到出水口所需时间经常小于50d，从健康角度考虑无法对水起到有效的保护作用。
如果需要的话，可以对区域Ⅲ继续划分为区域ⅢA和区域ⅢB。如果要对区域Ⅲ进行划分，裂隙含水层和岩溶含水层由于性质区别应当进行不同的处理。
孔隙含水层和规则裂隙含水层：对于地下水流速小于10m/d的孔隙含水层，区域ⅢA和ⅢB之间的边界大概是在取水口上游2km左右，如果流速大这个距离会更大。
在含水层被连续稳定低渗透性且厚度起码在5～8m地层覆盖的区域，地下水流速超过10m/d可以被分类为区域ⅢB，但是从区域ⅢB边界到井口距离不该小于1km且地下水从区域ⅢB运动到井所需时间不应当小于50d。
粗糙裂隙含水层和岩溶含水层：对于具有较快流速的出露岩溶和裂隙含水层，区域Ⅲ可能无法进一步划分。如果从整个集水区到取水口的水流所需时间小于50d那么该区域就应当被定义为区域Ⅱ。
区域Ⅲ可以进一步划分的情况可能仅限于含水层被连续有一定厚度及低渗透性的地层覆盖时。如果这种地层存在，那么该区域就可以被划分为区域ⅢB，从区域ⅢB到井的最小距离应当是1km。
2）内部保护区域（Inner Protection Zone—ZoneⅡ）：区域Ⅱ主要保护地下水免于受到病原微生物成分如细菌、病毒、寄生虫及虫卵等污染，这些物质与井处于较短距离时可能会发生危害。在开采井和人工补给区之间的区域通常被定义为区域Ⅱ。
区域Ⅱ应当包括从井或者井场到至少50日流程线之间的距离，该流程线是指地下水从该线上某点出发运移到开采井所需时间为50日，这个最小运移时间保证了没有病原体可以到达开采井。
这种方法是经验法的典型代表，德国的50日流程等值线已有70 余年的历史。20 世纪30年代，卫生防疫、减少饮用水水源中病菌病原体是德国饮用水水源保护的首要任务。通过试验发现，饮用水中的病菌病原体在地下水层中的随流生存时间少于50d，由此建立50日流程等值线这一概念。50日流程等值线这一办法利用了岩石土壤对水污染的自然净化功能，人们称之为岩土过滤器。岩土过滤器的功能机理还没有研究透彻，因此50日流程等值线是一个经验值，它被许多国家广为接受。
50日流程等值线也有不适合的地区，比如地下岩石裂隙很大的地区，岩土过滤器的功能比较弱，这在下文中将会提及。
50日流程线的是由水文地质方法、数学模拟等确定的，额外的示踪试验及水质评价数据可以支撑对50日流程线的刻画，简单的数学近似法可以用来估计区域Ⅱ围绕单井的延伸以提供50d的延迟运移时间。
如果要确定50日流程线及临界点，那么就需要考虑本地条件下的平均日流量或者最大日流量。确定50日流程线以定义区域Ⅱ时忽略弥散是普遍做法，只有当地下水位很低或者上覆隔水层并不存在时才需要把弥散考虑在内。
孔隙含水层和规则裂隙含水层：区域Ⅱ应当包含整个50日流程线内区域。从取水口到区域Ⅱ的延伸不能小于100m（周围环境可以保证的话是50m）。如果地下水埋深很大，那么在本地地质情况可以保证的情况下区域Ⅱ就要比上面介绍的要小。
如果水资源完全是由隔水层覆盖的深层剖面提供，或者进入这些剖面的所有井都是密封的，或者在取水口到50日流程线之间所有的水资源都是被具有足够厚度的低渗透层所覆盖的话，那么区域Ⅱ就不是必需的。该情况仅存在于自流井中。
粗糙裂隙含水层和岩溶含水层：如果对应于岩溶含水层的区域Ⅱ包括了地下水运移50d到达开采井的所有区域，那么区域Ⅱ通常包括了整个或者大部分集水区，这种情况下区域Ⅱ可能会窄一些，但是无论如何它应当包括可能由于污染对岩溶含水层造成危害的区域，例如：向集水区倾斜的坡度或干旱山谷；深处的岩溶盆地、补给区、落水洞及它们周边直接影响的环境；河流溪谷入口处周边；深度切割的干旱山谷、部分或暂时排干的地表水或渗透典型区域；对岩溶含水层进行采矿挖掘的区域。
如果深部岩溶含水层被厚厚的低渗透性地层在整个集水区内所覆盖，那么区域Ⅱ就不是必要的。
3）直接保护区域（Immediate Protection Zone—ZoneⅠ）：区域Ⅰ主要保护井及它们周围环境免受污染。人工补给区域通常可以考虑作为区域Ⅰ。
区域Ⅰ应当从开采井延伸出不小于10m的距离。如果是泉的话，区域Ⅰ起码要在泉上游方向不小于20m，如果是岩溶含水层的话，该距离不小于30m。
如果可能的话保护区的边界应该沿着道路、径道、所有权地标，例如森林边界、堤坝、河流边界且不应当位于水文地质方法决定的边界内。由地下水保护区法规指定的保护区计划显示了区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的边界由水文地质调查、实际行政界线、自然边界或者所有权边界等决定。
（3）其他国家
英国在“地下水保护政策与实践”中为地下水保护制定了3个区域。内部区域Ⅰ（Inner Zone）是由河床下任一点到水源的50日流程线定义的，不能小于50m。这个边界的定义是基于生物腐烂标准和对有害化学物质的防护。外部区域Ⅱ（Outer Zone）是由400日流程线或者水源集水区的25%中选比较大的定义。提供延迟、稀释和缓慢降解污染物减少的最小时间是这个边界的主要标准规范。区域Ⅲ定义为支撑经过长期地下水补给后的保护生产区域。
法国根据Public Health Code将保护区分为3个区域：直接保护区域（The Immediate Protection Zone）；靠近区域（The Proximity Zone）；遥远区域（The Distant Zone）。直接保护区域有着强制性，它通常围绕着数百平方米或者几公顷区域，它的功能是防止取水设施的直接污染，这块区域上的土地必须归政府所有。靠近区域也是带有强制性的，它的尺寸和形状是由水力标准决定的（通常以50日流程线为界）。遥远区域并不带有强制性。
澳大利亚的区域划分系统遵循两个主要目标：为了公***健康免于受到不正确活动的污染，保护饮用水水源；保护环境以保证饮水供应。
澳大利亚在地下水保护区划分方面和其他国家指导路线很不相同。在PDWSAs中定义了3个优先分类区域：1级优先源保护区（Priority 1 Source Protection Area，P1）：该区域是确保水源不会退化。P1区域包括那些最高质量的饮用水供应作为主要土地利用的区域。2级优先源保护区（Priority 2 Source Protection Area，P2）：该区域是确保水源地不会面对增加的污染风险。P2区域包括发展强度比较低的区域如乡村，在这些区域中公***水资源供应处于最优先级别，P2区域的管理应该是以最小风险为原则同时允许有条件的发展。3级优先源保护区（Priority 3 Source Protection Area，P3）：P3区域是用来管理水源地污染风险的。P3区域包括那些需要和水资源供应***存的土地利用如居住区、商业区和轻工业发展区。对P3区域的保护是通过对土地利用活动的指导路线管理来完成的。如果水源被污染，那么需要对水进行处理或者寻找替代水源。
除去优先分类区域外，还定义了井水头保护区域和水库保护区域用来保护水井和水库附近的水源免受污染。井水头保护区域通常是圆形的，P1区域半径是500m，P2和P3区域半径是300m；水库保护区域通常在水库最高水位附近包括2km的缓冲区且包括水库本身。优先级是由土地占用、土地利用和水流路径决定的，每个优先级区域使用不同的管理策略。