吉林省松原市地下水污染評價及污染因素分析

李立軍, 馬 力, 張 晶, 趙彥寧, 陳初雨, 王懷遠, 宇慶華, 孫 春

吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站, 吉林長春 130021

地下水是松原市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的主要水源。隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和人口的不斷增加, 污染源也不斷增加。因此城市地下水受到了不同程度的污染, 對該市的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民健康造成了威脅, 為此了解并研究松原市地下水的污染現(xiàn)狀是十分必要的。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 地下水的賦存條件與分布規(guī)律

評價區(qū)北部屬扶余臺地水文地質(zhì)區(qū), 南部是松嫩低平原水文地質(zhì)區(qū)的一部分。主要含水層有:(1)全新統(tǒng)至中更新統(tǒng)沖積-沖湖積砂、砂礫石潛水含水層; (2)上中更新統(tǒng)沖積-沖湖積砂、砂礫石潛水含水層; (3)下更新統(tǒng)冰水堆積砂、砂礫石承壓含水層; (4)新近系大安組含礫砂巖承壓含水層(吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站, 2007)。

含水層的分布與變化規(guī)律主要受新構(gòu)造運動控制, 并與某些地貌單元相一致。不同的地貌單元,含水層的時代、巖性及其相互組合、埋藏條件各不相同。沖積河谷平原區(qū), 上部為全新統(tǒng)和中更新統(tǒng)潛水含水組, 下部為下更新統(tǒng)承壓含水層; 沖湖積高平原區(qū), 上部為上更新統(tǒng)潛水含水層, 中部為中更新統(tǒng)微承壓含水層, 下部為下更新統(tǒng)承壓含水層;雅達紅—八家子以北地區(qū), 分布有大安組承壓含水層。

1.2 地下水補給、徑流、排泄條件

地下水循環(huán)條件主要受地質(zhì)地貌條件和人為因素控制。不同地貌單元, 含水層巖性及其相互組合關(guān)系和埋藏條件不同, 地下水的循環(huán)運動條件也不同。

沖湖積高平原(江北區(qū)), 地形呈波狀起伏, 地下水埋藏深, 降水滲入補給條件相對較差, 而側(cè)向徑流補給好。潛水蒸發(fā)微弱, 由于超量開采, 形成了一定范圍的水位下降漏斗, 改變了地下水的循環(huán)條件, 使部分徑流排泄邊界成為補給邊界, 沿江部分地段甚至襲奪江水補給。同時由于水位下降減少了蒸發(fā)量, 變天然排泄為開采排泄。

沖積河谷平原區(qū)(江南區(qū)), 由于地勢低平, 潛水埋藏淺, 利于降水滲入補給, 蒸發(fā)強烈, 潛水以垂向循環(huán)為主。

下更新統(tǒng)白土山組承壓水, 主要接收鄰區(qū)側(cè)向徑流和潛水越流補給, 人工開采為其主要排泄方式,大安組承壓水主要靠鄰區(qū)側(cè)向徑流補給, 人工開采為其主要的排泄途徑。

2 地下水污染評價

本次評價在地下水監(jiān)測工作基礎(chǔ)上, 選擇了16個具有代表性的、并能基本控制全區(qū)范圍內(nèi)地下水污染狀況的井點(各井點的環(huán)境水文地質(zhì)特征見表1), 采用分級評分疊加指數(shù)法進行評價。根據(jù)本次水質(zhì)檢測結(jié)果和已知背景值, 并選擇能代表本區(qū)污染特點的指標, 無機物污染評價因子選取了 Na、SO42–、Cl、F、CODMn、pH、礦化度、總硬度、Cr、Pb、Hg、Cd、As、Fe、Mn、NH4-N 等 16 項, 有機物污染評價因子選取了甲苯、苯、乙苯和 1,2-二氯乙烷(吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站, 2013)。

2.1 評價方法

首先進行單因子污染評價, 對單因子評價中計算的I值(見表2)進行評分, 然后用疊加指數(shù)法計算綜合指數(shù)(馬振民等, 2002; 徐建國等, 2011; 馬志偉等, 2011)。

(1)單因子污染評價

式中:I-單因子污染指數(shù), 無量綱;

Ci-某項組分的實測濃度, 單位為μg/L或mg/L;C0i-該項組分的背景值。

如果背景值為區(qū)間值時(主要針對無機污染物),值在區(qū)間內(nèi), 令I(lǐng)＝1, 如果I大于區(qū)間值的最大值,或小于區(qū)間值的最小值時, 分別用Ci值除以區(qū)間值的最大值或最小值。

表1 地下水監(jiān)測井點環(huán)境水文地質(zhì)特征表Table 1 Environment hydrogeological characteristics of groundwater monitoring wells

(2)分級評分疊加指數(shù)法

根據(jù)單因子評價中計算的I值進行評分, 評分標準見表3, 其中PI值為污染指數(shù), Fi為單點各因子的評分。據(jù)PI值對污染區(qū)分區(qū)標準見表4(劉榮清,2001)。

2.2 地下水污染現(xiàn)狀

松原市地下水水質(zhì)已普遍受到污染, 據(jù)檢測,全區(qū)污染最普遍的指標有Hg、Cr和Cd三項, 超污染指標率為 100%, 但多數(shù)為輕污染, 最大超污染指標倍數(shù) 50～4.35; 超污染指標率 90%以上的有SO42–和 Na二項, SO42–多數(shù)為重污染, 最大超污染指標倍數(shù)141.76, Na多數(shù)為輕污染, 最大超污染指標倍數(shù) 27.38; 超污染指標率 80%以上的有 Cl、總硬度、礦化度、As、Fe和Mn六項, 其中Cl、總硬度、礦化度和 Mn輕污染居多, 最大超污染指標倍數(shù)81.99～5.815, As、Fe重污染居多, 最大超污染指標倍數(shù) 128.23～44.8; 超污染指標率 50%以上的有NH4+、F、COD、Pb和甲苯, 其中NH4+以中污染居多(劉榮芳等, 2007), 最大超污染指標倍數(shù)8.33; F、COD、Pb和甲苯以輕污染為主, 最大超污染指標倍數(shù)35.62～1.63; pH超污染指標率為25%, 最大超污染指標倍數(shù)為1.04; 此外, 苯、乙苯和1,2-二氯丙烷等有機物超污染指標率較低, 為 6.25%～12.5%, 最大超污染指標倍數(shù)33.8～4.4(見表5)。

表2 單點水質(zhì)污染分類表Table 2 Single point water pollution classification

表3 單點水質(zhì)污染評分表Table 3 Single point water pollution rating scale

2.3 地下水污染程度分區(qū)評價

根據(jù)單因子污染指數(shù)結(jié)果(見表 6), 對區(qū)域水質(zhì)污染程度進行分區(qū)評價(周淑敏, 1998; 謝洪波等,2008):

(1)嚴重污染區(qū): 呈點狀分布特點(見圖1)。分布面積1.06 km2。分別位于江心島油田熱電廠供水水源地、江南郭爾羅斯大街夢美斯理發(fā)店門前和江北新城鄉(xiāng)聯(lián)合村農(nóng)戶家。其中, 江心島油田熱電廠供水水源地, 新打 2眼鉆孔, As污染嚴重, 含量分別超過地下水背景值83.92和60.38倍; SO42–含量分別超過背景值7.99和13.32倍, 有機物中甲苯超出檢出限; 夢美斯理發(fā)店門前水井污染最嚴重, 無機物和有機物污染均屬重污染或嚴重污染, 無機物以SO42–、Cl和 As 污染最為嚴重, Cr、Hg、Pb、Fe、Mn、Na、COD 等均污染較嚴重, 有機物以甲苯和乙苯污染較重; 新城鄉(xiāng)聯(lián)合村農(nóng)戶家井水味腥、渾濁、呈銹色, 水中 SO42–嚴重污染, Cl和 Fe污染也較重。

(2)重污染區(qū): 以面狀分布為主, 兼有點狀分布。分布面積36.38 km2。主要在江南趙連長圍子—卡拉房子后屯—卡拉房子—西兩家子—江南市區(qū)一帶和江北前小溪浪河—老城區(qū)等沿江地帶呈帶狀分布, 在前郭縣后疙瘩屯和新城鄉(xiāng)八家子村呈點狀分布。

江南后疙瘩屯污染較重的指標有 Hg、As、Cl和Fe, Mn、Na為中度污染; 江北新城鄉(xiāng)八家子村水中 SO42–、Cl、Hg污染均較重; 趙連長圍子—卡拉房子后屯—卡拉房子—西兩家子—江南市區(qū)一帶,距松花江 600～4700 m, 無機物污染主要以 SO42–污染較重; 前小溪浪河—江北城區(qū)—林場家屬區(qū)等沿江地帶, 井深11～32 m, 距松花江60～2000 m, 無機物污染主要以SO42–、As和Fe污染較重, 有機物僅甲苯在個別地段呈輕度污染。

(3)中等污染區(qū): 呈點狀分布, 位于松花江南岸卡拉店, 分布面積1.86 km2。采樣井為手壓井, 井深8 m, 距松花江400 m。距井12 m處有一戶外廁所,6 m處有一垃圾堆。該井水中SO42–、Hg、Na均已達到中度污染, 甲苯超過檢出限 1.28倍(石建等,2012)。

(4)輕污染區(qū): 根據(jù)本次樣品分析結(jié)果和以往地下水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果及評價區(qū)人類活動特點, 在嚴重污染、重污染和中度污染以外的廣大區(qū)域均為地下水輕污染區(qū)。分布面積241.26 km2。水中各項指標含量均逐漸增加, 均已超過地下水背景值含量(見圖 1)。

表4 區(qū)域水質(zhì)污染結(jié)果修正表Table 4 Correction table of water pollution results in the area

表5 地下水污染程度評價表Table 5 Groundwater pollution degree assessment

表6 單因子污染指數(shù)表Table 6 Single factor pollution index

圖1 研究區(qū)地下水污染現(xiàn)狀分區(qū)圖Fig.1 Groundwater pollution zoning of the study area

3 地下水污染影響因素分析

1)8號點位于前郭縣夢美斯理發(fā)店門前, 距水井25 m處有一個加油站, 9 m處有一個下水井。其水樣中的 Na、SO42–、Cl、CODMn、Pb、Cr、Hg、Fe、Mn、As、甲苯、乙苯等多項指標達到重污染或嚴重污染程度, 表明此區(qū)域地下水水質(zhì)已經(jīng)受到生活污水和加油站滲漏的影響(呂曉立等, 2012; 王增銀等, 2000)。同時此處的包氣帶巖性為粉砂, 厚度僅為 3 m, 亦導(dǎo)致此區(qū)地下水易受到地面污染源的污染(賀斌英等, 2011; 張翼龍等, 2012)。

2)1、2號點的As含量均達到嚴重污染程度, 由于兩點均位于松花江南岸, 上游江段分布有工業(yè)廢水排放口(馬榮等, 2011), 此區(qū)地下水與松花江水聯(lián)系密切, 易受到已污染江水的影響(王昭等, 2009)。

3)7號點的Cr的污染指數(shù)為46.12, 達到重污染程度, 該點周邊分布有多家廢品收購站的廢品大量堆置, 且該點包氣帶巖性為粉砂, 厚度僅為 2.6 m,表明回收廢品通過淋滲污染到地下水(陳功新等,2008)。

4)15、16號點的 SO42–、As含量均達到重污染程度, 兩點位于松花江北岸, 上游江段分布有城市生活污水排放口, 周邊無其他污染源, 表明此區(qū)域的地下水已受到江水污染的影響(樊灝等, 2012)。

5)10、11號點位于采油區(qū)八家子鄉(xiāng), 兩點水中的SO42–、Cl、Hg、Fe達到重污染程度, 11號承壓水井苯的污染指數(shù)為 5.36, 此區(qū)的包氣帶巖性為粉質(zhì)粘土, 且厚度為8～10 m, 可見油田開采生產(chǎn)已對深部含水層造成污染, 同時居民生活污染也通過井口對地下水產(chǎn)生影響(談恒文等, 2005)。通過調(diào)查在個別老百姓的手壓井中可直接壓出原油, 火柴可直接引燃井中的原油, 進一步證明油田開采生產(chǎn)已威脅到當(dāng)?shù)鼐用耧嬎踩?孫劍鋒等, 2011)。

通過總結(jié)可以看出, 松原市地下水污染較普遍,主要污染因素包括以下幾個方面: (1)建成區(qū)外圍多數(shù)農(nóng)戶房前屋后的牲畜禽類圈舍、廁所、生活垃圾、糞池、施用農(nóng)藥化肥的菜地等, 經(jīng)長期雨水沖刷和淋滲作用后, 都有可能對地下水造成滲透污染, 是地下水遭受污染的重要隱患之一(文冬光等, 2012;王蘭化等, 2014); (2)城區(qū)內(nèi)外的加油站, 也是潛在的點狀污染源; (3)廣泛分布的農(nóng)田區(qū)施用的化肥農(nóng)藥是評價區(qū)主要的面狀污染源(張兆吉等, 2012);

(4)松原市作為石油化工城市, 在油田開發(fā)中地下工程可能對地下水質(zhì)量產(chǎn)生影響的人為因素有: 固井質(zhì)量不好, 井管變形腐蝕破裂等原因, 造成采油井套外返水和注水井套外返水，洗井、修井、試油中含原油污水和原油積存于泥漿坑、磚廠挖土坑及低洼地, 對土壤、地下水也會產(chǎn)生滲透污染(李政紅,2010)。

4 結(jié)語

松原市地下水水質(zhì)普遍較差, 地下水中Fe、Mn和 NH4+超標嚴重, 主要與原生環(huán)境背景含量高有關(guān), 但同時也與地下水也受到不同程度污染密切相關(guān)。全區(qū)的大部分地區(qū)為輕微污染, 嚴重和較重污染的局部地方多以點狀或帶狀分布。地下水中總硬度和礦化度超標也較嚴重, 在局部污染嚴重地區(qū),水中 Cl、SO42–、NO3–、COD、揮發(fā)酚等均有超標現(xiàn)象(高存榮等, 2011)。松原市是一座以石油化工生產(chǎn)為主的新興工業(yè)城市, 因此導(dǎo)致地下水污染的原因除生產(chǎn)生活污染外, 與石油開采以及與之相關(guān)的煉制、加工和運輸關(guān)系也十分密切。

地下水污染對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民飲水安全已構(gòu)成不同程度的威脅或危害, 為保護人民的身體健康, 改善生產(chǎn)生活環(huán)境, 建議各級有關(guān)部門采取有效措施, 防治地下水污染。

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