下遼河平原區(qū)遼陽-鞍山地段淺層地下水污染評價

趙巖

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽 110031

下遼河平原區(qū)遼陽-鞍山地段淺層地下水污染評價

趙巖

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽 110031

隨著城市規(guī)模和城市化進程的擴大與加快，工業(yè)化程度的不斷提高，區(qū)域地表水和地下水受到不同程度的污染，人類賴以生存的淡水資源面臨威脅.20世紀90年代以來，我國開始關(guān)注農(nóng)業(yè)污染和有機污染的研究工作.結(jié)合研究區(qū)研究情況，本次評價主要應用單因子污染指數(shù)法及綜合污染指數(shù)法.綜合分析了地下水評價的各種方法后，本次評價選擇了單指標污染指數(shù)評價法和地下水污染綜合評價法對該區(qū)進行評價.在研究區(qū)展開了野外調(diào)查，采集了淺層地下水樣品110組（其中包括平行樣、加標樣和監(jiān)控樣合計20組），每個樣品測試了35項指標.評價結(jié)果表明，研究區(qū)67.4%淺層地下水受到不同程度的污染.根據(jù)本次評價，基本上反映了研究區(qū)地下水污染狀況，并為有針對性的治理提供依據(jù).

地下水；污染；評價；下遼河平原

0 引言

地下水環(huán)境質(zhì)量評價研究從20世紀70年代開始逐漸受到重視.國外在地下水污染方面的研究主要是加強污染質(zhì)運移機理的基礎(chǔ)理論研究［1］.地下水污染評價采用的方法與水質(zhì)評價基本一致.國內(nèi)地下水污染評價工作起步較晚，但是發(fā)展比較迅速.

在我國，20世紀50年代地下水質(zhì)量問題就引起了關(guān)注.1959年北京開展了西郊首鋼含酚、氰廢水對地下水造成的污染調(diào)查與監(jiān)測研究［2］.20世紀70～80年代，逐步開展了呼和浩特、上海、長春、沈陽、西安、武漢等一些大中城市地下水污染調(diào)查工作，并進行了硬度、硝酸鹽、砷、鐵、酚等地下水污染機理的實驗研究，為地下水保護和污染治理提供科學的理論依據(jù)［2］.20世紀90年代以來，我國開始關(guān)注農(nóng)業(yè)污染和有機污染的研究工作.

國內(nèi)外區(qū)域地下水污染評價方法較多，主要有單因子污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)法［3］、參數(shù)分級評分疊加指數(shù)法［4］、層次分析評價法［5］、統(tǒng)計分析方法［6-7］、灰色系統(tǒng)和模糊數(shù)學方法等［8-9］.結(jié)合研究區(qū)研究情況，本次評價主要應用單因子污染指數(shù)法及綜合污染指數(shù)法.

1 地下水污染評價方法

1.1 單指標污染指數(shù)評價法

以環(huán)境背景值和《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-1993）［10］中III類水的水質(zhì)指標為參考對照，構(gòu)建如下計算公式：

式中：Pki—k水樣第i個指標的污染指數(shù)；Cki—k水樣第i個指標的測試結(jié)果；C0—代表k水樣無機組分i指標的背景值或有機組分i指標的檢出限；CⅢ—《地下水質(zhì)量標準》中指標i的III類指標限值.

利用式（1）分別計算各水樣點單指標污染指數(shù)Pki.按表1中污染指標分級標準，確定每一個指標污染等級.

表1 單指標污染指數(shù)分級標準Table 1 Grading standard of single pollution index

1.2 地下水污染綜合評價法

每個水樣點地下水綜合污染等級按單指標評價結(jié)果的最高類別確定.

本次地下水污染評價指標選擇與人類活動密切相關(guān)的有毒有害物質(zhì)，包括8項無機指標和26項有機指標.按三氮指標、毒性重金屬指標、揮發(fā)性有機指標、半揮發(fā)性有機物指標分為4類（表2）.運用上述地下水污染綜合評價方法，分別對地下水樣品進行分類指標影響分析.

表2 地下水污染評價指標分類表Table 2 Evaluation index classification of groundwater pollution

1.3 對照值的確定

目前地下水背景值計算方法有很多種，但計算結(jié)果與實際相差較大.本次主要以20世紀80年代初，鞍山市、遼陽市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合本次研究所取得的水化學測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析研究確定硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、砷、鎘、鉻、鉛的地下水污染的對照值（見表3）.

表3 部分地下水污染評價指標對照值Table 3 Some evaluation indexes of groundwater pollution

一般情況下，地下水有機物和毒性金屬天然環(huán)境含量微少，人類活動為主要污染源.因此將毒性金屬汞和有機物對照值設(shè)定為0.

2 區(qū)域水文地質(zhì)背景及樣品采集

研究區(qū)屬下遼河平原東部山前地帶的一部分，全區(qū)地勢極為開闊平坦.除區(qū)內(nèi)東南一隅有零星丘陵點綴，均屬一望無際的平原區(qū)，區(qū)內(nèi)地下水是比較豐富的，太子河流經(jīng)該地段.太子河扇地區(qū)為鞍山市與遼陽市主要地下水水源地分布區(qū).隨著城市規(guī)模和城市化進程的擴大與加快、工業(yè)化程度的不斷提高，區(qū)域地表水和地下水受到不同程度的污染，人類賴以生存的淡水資源面臨威脅.

2.1 水文地質(zhì)背景

地下水的賦存內(nèi)因是含水層幾何形態(tài)，包括基底地形、含水層厚度、埋深、結(jié)構(gòu)、顆粒粒度、分選、磨圓等.外因是地下水的補給條件，包括氣象、水文、地形地貌、地表入滲能力等.本區(qū)第四系分布廣、厚度大，粒度粗.地面入滲能力強，（薄層亞砂、亞黏土），又有太子河、大氣降水和河流地表水可直接補給地下水，因而賦存著極為豐富的地下水.

太子河沖洪積扇地處山前出口處，基底地形為一由東向西開放的簸箕狀，東高西低，東窄西寬.含水層由粒徑粗大的卵石、礫石、砂含礫石由東向西過度.含水層的滲透系數(shù)、導水能力、儲水能力很強.地表為薄層亞砂土、亞黏土.上游局部或漫灘區(qū)為細砂或砂含礫.該區(qū)年平均降雨較多，垂向滲入補給量大，加之太子河上游段側(cè)向補給和兩側(cè)丘陵區(qū)地表徑流補給，使得本區(qū)賦存著極豐富的地下水.按含水層類型及地下水賦存狀態(tài)，將全區(qū)地下水分為3大基本類型，即松散巖類孔隙水、碳酸巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水.

地下水的補給和運動，即地下水的補給、徑流、排泄作用作為一個統(tǒng)一的連續(xù)過程，很難分開，尤其在垂向補給和排泄為主的條件下，更是如此.往往補給區(qū)有徑流，徑流區(qū)有補給和排泄，幾種不同的地下水形成作用交織在一起.

2.2 樣品采集

在區(qū)域控制的基礎(chǔ)上，本次樣品采集原則為優(yōu)先選擇重要地下水水源地、國家級、省級地下水監(jiān)測孔、大泉（泉群）、有系列分析資料的農(nóng)用井、大型工礦企業(yè)自備井、礦山排水、油田供水井、重要污染源附近的監(jiān)測井等井孔或水點（圖1）.

圖1 采樣點分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites

研究區(qū)采樣點布設(shè)時重點考慮污染源、含水層分布、地下水流向，并結(jié)合污染物的擴散形式來確定.當現(xiàn)有井（泉）點不能滿足采樣密度時，應采用人工揭露方法采集地下水樣品.

水樣品采集中做出周密計劃，包括采樣時間安排、采樣人員安排、采樣點位置與數(shù)量、采樣行程與進度安排、檢測項目、采樣容器種類與數(shù)量、采樣用試劑種類與用量、現(xiàn)場檢測項目與儀器、采樣設(shè)備、采樣器材種類與數(shù)量、現(xiàn)場質(zhì)控樣品種類與數(shù)量、樣品送檢數(shù)和時間等.采樣前與送檢實驗室協(xié)商編制采樣計劃.采樣計劃發(fā)放至工作組每個成員和承擔檢測任務的實驗室.采樣準備，從送檢實驗室獲取所需數(shù)量的有機采樣瓶、用于制作現(xiàn)場空白的純水、制作現(xiàn)場基體加標回收樣的標準溶液、現(xiàn)場所使用的各種保護劑，自備了野外取樣冷藏箱.采樣前做好現(xiàn)場用檢測儀器的校準和采樣泵等其他采樣器材的準備工作.采樣中根據(jù)鉆孔類型選擇采樣設(shè)備.

本次研究除去監(jiān)控樣、平行樣和空白樣品（合計20），共計采集了89組淺層地下水樣品，采樣密度為每百平方公里8～9組樣品.檢測指標為42項，包括現(xiàn)場物理化學指標7項，地下水無機指標8項，地下水有機指標27項.

3 區(qū)域地下水污染評價

依據(jù)本次采樣測試數(shù)據(jù)進行評價分析，得出研究區(qū)遭受不同程度污染的地下水占總?cè)狱c數(shù)的67.4%.以極重污染為主，占總?cè)狱c數(shù)的33.7%.輕度污染、中污染次之，分別占總?cè)狱c數(shù)的14.6%，而較重污染、嚴重污染的地下水均未超過總?cè)狱c數(shù)的5%（見表4）.

3.1 “三氮”

3.1.1 單指標評價

本次評價共利用樣品89組.從表5可以看出研究區(qū)三氮單指標地下水污染評價總體情況是Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類數(shù)目少，所占比例僅有10%左右.其中NO3-Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類共18個樣品點，占所有樣品的20.22%. NO2-Ⅵ類有8個樣品點，占所有樣品的8.99%.NH4+Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類共13個樣品點，占所有樣品的14.61%.其中，NO3-在研究區(qū)Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類樣品普遍分布重點研究區(qū)內(nèi)，呈散布式分布.NO2-在研究區(qū)Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類樣品分布比較普遍，以Ⅵ類樣品為主零散分布在研究區(qū). NH4+在研究區(qū)Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類樣品分布不多，為零散分布.研究區(qū)三氮指標單指標地下水污染評價總體比較嚴重，集中在人口聚集的城市周邊，受人類生產(chǎn)生活影響較大.

3.1.2 綜合指標評價

本次評價共利用樣品89組.其中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類污染點為36組，占總數(shù)的40.4%.研究區(qū)地下水三氮污染程度比較嚴重，19個Ⅵ類樣品點散布于研究區(qū)（見表6）.三氮污染主要是工業(yè)污染和人類生活污染.研究區(qū)位于遼陽市和鞍山市西部太子河流域，以工業(yè)為主，工業(yè)廢水量較大，造成研究區(qū)地下水三氮指標污染污染較重的現(xiàn)狀.

表4 地下水污染指標評價統(tǒng)計表Table 4 Evaluation index statistics of groundwater pollution

表5 三氮單指標地下水污染評價統(tǒng)計表Table 5 Statistics of groundwater pollution evaluation for single index of 3-N

3.2 毒性金屬指標污染評價

3.2.1 單指標評價

砷、鎘、鉻、鉛、汞、硒，因其在地下水中的含量的多少與人類活動關(guān)系極為密切，在總體分布上與其他離子相比，個性突出.

研究區(qū)有毒重金屬單指標地下水污染評價統(tǒng)計見表7.

本次評價共利用樣品89組.由表7可以看出，研究區(qū)有毒重金屬單指標地下水污染評價總體情況是Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類數(shù)目少，所占比例僅為5%左右，其中砷無Ⅳ類、Ⅴ類樣品，Ⅵ類有1個樣品點，占所有樣品的1.12%.鎘、硒、鉻和汞無Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類樣品.鉛Ⅳ類有1個樣品點、Ⅵ類有2個樣品點，占所有樣品的3.37%.其中，砷單指標在研究區(qū)僅有海城市騰鰲鎮(zhèn)接官堡村采樣點的樣品為Ⅵ類樣品，其余均沒有超過Ⅳ類樣品.鉛單指標在研究區(qū)僅有遼陽縣燈塔縣張臺子鎮(zhèn)新農(nóng)村內(nèi)和遼陽市太子河區(qū)東京陵鄉(xiāng)沙坨子村采樣點的樣品為Ⅳ類樣品，遼陽市遼陽縣黃泥洼鄉(xiāng)頭臺子村內(nèi)采樣點的樣品為Ⅵ類樣品，其余均沒有超過Ⅳ類樣品.研究區(qū)有毒重金屬指標單指標地下水污染評價較輕，僅在個別點受人類生產(chǎn)生活影響.

表6 地下水污染綜合指標評價統(tǒng)計表Table 6 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

表7 研究區(qū)有毒重金屬單指標地下水污染評價統(tǒng)計表Table 7 Statistics of groundwater pollution evaluation for single index of toxic heavy metals

3.2.2 綜合指標評價

對89組樣品測試結(jié)果進行地下水污染分類指標評價，結(jié)果見表8.

本次評價共利用樣品89組，其中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類污染點為1組，占總數(shù)的1.1%.研究區(qū)地下水有毒重金屬污染程度比較輕，1個Ⅵ類樣品點散布于研究區(qū).有毒重金屬污染主要是工業(yè)污染和人類生活污染.

3.3 揮發(fā)、半揮發(fā)性有機物污染

3.3.1 單指標評價

本次評價共利用樣品89組.研究區(qū)有毒有機物單指標地下水污染評價總體情況是（除苯并（a）芘外）Ⅳ類、Ⅴ類、Ⅵ類數(shù)目少，所占比例僅有5%左右.其中三氯甲烷無Ⅴ類、Ⅵ類樣品，Ⅳ類有1個樣品點，占所有樣品的1.12%.1，2-二氯乙烷和1，2-二氯丙烷，都無Ⅳ類、Ⅴ類樣品，Ⅵ類也只有1個樣品點，占所有樣品的1.12%.總六六六Ⅳ類有一個樣品點，Ⅵ類有兩個樣品點.苯并（a）芘有29個樣品點的樣品為Ⅵ類，占所有樣品的32.9%.其余指標都沒有超過Ⅲ類樣品.研究區(qū)苯并（a）芘污染較重，呈零散分布在研究區(qū)，受人類生產(chǎn)生活影響較大.研究區(qū)有毒有機物指標單指標地下水污染評價較輕，僅在個別點受人類生產(chǎn)生活影響. 3.3.2綜合指標評價

表8 地下水污染綜合指標評價統(tǒng)計表Table 8 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

89 組樣品測試結(jié)果進行地下水污染分類指標評價，結(jié)果見表9.

本次評價共利用樣品89組，其中半揮發(fā)性有機物因為受苯并（a）芘影響，Ⅳ類污染點為3組，占總數(shù)的3.4%；揮發(fā)性有機物Ⅵ類污染點為2組，占總數(shù)的2.2%.總地來說，重點地段地下水有有機物污染程度比較輕，僅苯并（a）芘、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷有個別點樣品超過Ⅲ類.有機物污染主要是工業(yè)污染和人類生活污染.遼陽-鞍山重點調(diào)查區(qū)地下水揮發(fā)性有機物污染程度輕微，污染點一處分布在鞍山市西南、一處分布在柳壕公社西南.遼陽-鞍山重點調(diào)查區(qū)地下水揮發(fā)性有機物污染程度較輕.地下水半揮發(fā)性污染點分布比較零散，規(guī)律性較差.半揮發(fā)性有機物污染主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用農(nóng)藥引起的，其次是工業(yè)污染.因此污染點具有零散分布，規(guī)律性差的特點.

4 地下水污染原因分析

研究區(qū)地下水污染是在人類劇烈活動下產(chǎn)生和加劇的.而人類活動主要表現(xiàn)為土地利用狀況.不同的土地利用類型，其地下水污染形式和原因也有所不同.鞍山市地下水水質(zhì)穩(wěn)定，除鐵污染倍數(shù)較大，屬原生地下水環(huán)境因素造成外，其他指標污染倍數(shù)較小，是由于局部污染所致.如亞硝酸鹽出現(xiàn)于渾河-太子河河間地塊平原，為個別點污染所致.鐵在河流山前沖洪積扇后緣、太子河流域沖洪積扇南部邊緣和渾河-太子河河間地塊平原3個檢出樣品中污染程度較重.遼陽地區(qū)地下水污染項目主要為硝酸鹽、亞硝酸鹽、礦化度、硬度、氨氮、揮發(fā)性酚、鐵、錳.遼陽地區(qū)水質(zhì)較差的原因主要是地下水中鐵、錳含量污染.

4.1 城市地區(qū)

城市用地引起地下水污染的原因有兩方面：一是城市污水排放，二是城市垃圾污染.城市生活和工業(yè)污水排放對地下水污染，特別是化工、制藥、農(nóng)藥生產(chǎn)及石油化工企業(yè)的污水排放，已造成對地下水的污染威脅.城市垃圾場選址或處理不當會污染地下水.調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多城市垃圾場選在地下水補給源區(qū)或水源地附近，且多數(shù)垃圾場建場時未做防滲處理.本次研究表明,在距垃圾場最近的地下水中的污染物含量和種類最多，離1000 m處仍然存在較高濃度的污染物，特別是有機物苯（a）并芘的檢出率高達32.58%.而垃圾場附近的地下水樣品中，苯并芘的檢出率更高.

4.2 農(nóng)村地區(qū)

農(nóng)村用地污染包括農(nóng)業(yè)用地污染和農(nóng)村居民用地污染.農(nóng)業(yè)用地引起地下水污染主要有兩種方式：一是施用化肥和農(nóng)藥；二是污水灌溉.居民用地污染則指農(nóng)村生活垃圾和生活污水造成的污染.一般說來，農(nóng)業(yè)用地引起的污染多呈面狀污染，農(nóng)業(yè)化肥的不合理施用導致地下水三氮污染，NO2-污染率已高達25%，NO3-和NH4+的污染率分別為16.85%和12.36%.農(nóng)藥大量使用也是造成區(qū)域地下水污染的一個重要因素.此外，城市周邊及排污河附近地區(qū)污水灌溉也對地下水造成污染.

農(nóng)村居民用地引起的污染主要表現(xiàn)為農(nóng)村污水或垃圾隨意排放引起的地下水污染.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村垃圾、糞便等到處都有散布，尤其村中原來的壕塘等都作為村中的垃圾堆放池使用，這是引起農(nóng)村地下水污染重要方式之一.

表9 地下水污染綜合指標評價統(tǒng)計表Table 9 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

4.3 工礦地區(qū)

工礦企業(yè)引起的污染主要表現(xiàn)在污水的排放對地下水的影響.大量排放的工業(yè)廢水中，含有濃度較高的硝酸根離子、亞硝酸根離子、銨根離子、鉛離子、COD、揮發(fā)酚及氯代溶劑等，造成地下水，尤其是淺層地下水的污染.而工業(yè)垃圾的堆置主要產(chǎn)生重金屬離子，重金屬離子進入地下水中將導致總硬度、溶解性總固體值的增加.

一般說來，企業(yè)對地下水的污染多為點狀污染，但由于企業(yè)排的污染物集中、濃度高，其對地下水污染的影響是巨大的，尤其是當企業(yè)污染排往地表河流時，工礦企業(yè)引起的污染就轉(zhuǎn)變?yōu)榫€狀污染.當被用于農(nóng)業(yè)灌溉時，工礦企業(yè)引起的污染就轉(zhuǎn)變?yōu)槊鏍钗廴?工礦企業(yè)污水主要排放途徑是地表水系及鄰近坑塘.鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及礦產(chǎn)資源開發(fā)也是工礦企業(yè)對地下水污染的重要方面.鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)往往具有生產(chǎn)集中、影響局部、防污意識差的特點，在冶煉、加工、存儲過程中已導致周邊地區(qū)地下水重金屬污染、有機污染等，如：鞍山市達到灣鎮(zhèn)達到灣村采樣點樣品Fe和苯并（a）芘均為Ⅴ類；遼陽市遼陽縣唐馬寨鎮(zhèn)古家臺村采樣點樣品Fe、Mn、NH4+、苯并（a）芘為Ⅴ類.

5 結(jié)語

采用單指標污染指數(shù)法及地下水污染綜合指數(shù)法對下遼河平原遼陽鞍山地段地下水污染狀況進行了系統(tǒng)評價.評價結(jié)果表明，研究區(qū)遭受不同程度污染的地下水占總?cè)狱c數(shù)的67.4%，以極重污染為主，占總?cè)狱c數(shù)的33.7%.輕度污染、中污染次之，分別占總?cè)狱c數(shù)的14.6%.而較重污染、嚴重污染的地下水均未超過總?cè)狱c數(shù)的5%.根據(jù)本次評價，基本上反映了研究區(qū)地下水污染狀況，并為有針對性的治理提供依據(jù).

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EVALUATION OF SHALLOW GROUNDWATER POLLUTION IN LIAOYANG-ANSHAN SECTION OF LOWER LIAOHE RIVER PLAIN

ZHAO Yan

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

With the expanded city scale,accelerated urbanization and improved industrialization,regional surface water and groundwater are polluted in varying degrees and freshwater resources for human survival is threatened.Since 1990s, China has focused on researches about agricultural pollution and organic contamination.Considering the situation in the study area,the evaluation mainly adopts single factor pollution index and comprehensive pollution index methods.After a comprehensive analysis on the various methods of groundwater evaluation,the evaluation selects single pollution index and comprehensive evaluation index of groundwater pollution for the region.The author collects 110 groups of shallow groundwater samples in the study area,and tests 35 indicators for each sample.The evaluation results show that 67.4%of the shallow groundwater are subject to contamination in different degrees,which basically reflects groundwater pollution status and provides the basis for targeted treatment in the study area.

groundwater;pollution;evaluation;Lower Liaohe River Plain

1671-1947（2015）04-0388-06

X523；X824

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：李蘭英．

趙巖（1982—），男，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查研究，通信地址沈陽市皇姑區(qū)寧山中路42號，E-mail//zhaoyan_8@163.com