山東平原地區(qū)淺層地下水有機污染特征分析

楊麗芝，楊雪柯，劉春華

（1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，濟南 250013；2.內(nèi)華達大學，美國內(nèi)華達里諾 7757846064）

山東平原地區(qū)淺層地下水有機污染特征分析

楊麗芝1，楊雪柯2，劉春華1

（1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，濟南 250013；2.內(nèi)華達大學，美國內(nèi)華達里諾 7757846064）

山東平原地區(qū)淺層地下水普遍受到有機物污染并形成多個有機污染區(qū)，檢出的有機污染物達29種之多，個別地區(qū)有機物含量超過地下水飲用限量標準，致使地下水質(zhì)量惡化。該文以水文地質(zhì)條件分析及地下水污染物組分測試為手段，對山東平原區(qū)淺層地下水中有機污染種類及污染程度進行了研究，目的在于評價地下水安全性，保護寶貴的地下水資源。

山東平原；淺層地下水；檢出率；有機污染

0 引言

山東平原地區(qū)是山東省主要的糧棉生產(chǎn)基地和經(jīng)濟作物區(qū)，人口分布較密集，地下水資源十分寶貴。改革開放以來，山東平原地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷擴大，水污染問題也日趨嚴重。同時，東北部的黃河三角洲還是我國重要的采油區(qū)，隨著油氣資源的大規(guī)模開發(fā)，帶動周邊石油化工企業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢棄物的淋濾和入滲，使得大量有機污染物通過不同途徑進入地下［1］，不僅影響了地下水質(zhì)量［2］，也威脅著平原地區(qū)地下水的供水安全［3］。本次通過地下水污染調(diào)查與地下水樣品采集測試發(fā)現(xiàn)，山東平原地區(qū)有機物檢出種類多達29種，污染面積占平原區(qū)面積的25.24%。

1 研究區(qū)概況

山東平原地區(qū)地處黃河下游，位于山東省的西部及北部，西南隔黃河與河南相望，西北與河南省和河北省接壤，南與江蘇及安徽省相連，東臨渤海。區(qū)內(nèi)轄聊城、德州、濱州、東營、濟寧、菏澤等市全部，濟寧、濟南、淄博、濰坊、泰安、棗莊、臨沂等市部分地區(qū)，面積約7.9萬km2。

研究區(qū)地勢平坦開闊，以黃河沖積平原為主體，西南微山湖周邊為沖積-湖積平原，東北部為黃河三角洲和濱海平原，東部還包括濰北平原，山前地帶為沖積-洪積平原。該區(qū)屬于暖溫帶大陸型季風氣候，多年平均降水量550～830 mm。區(qū)內(nèi)最大的河流為過境入海的黃河，還有獨流入海的馬頰河、徒駭河、小清河、彌河、濰河，獨流入南四湖的紅衛(wèi)河、萬福河、汶泗河，注入小清河的淄河、孝婦河、巴漏河等，主要湖泊有南四湖、東平湖、大明湖、白云湖等。

從大地構(gòu)造分區(qū)來看，研究區(qū)的魯北平原屬華北坳陷區(qū)，魯西南平原屬魯西隆起的魯西南潛隆區(qū)。自中生代末期以來，山東平原地區(qū)接受了巨厚的新近紀—第四紀松散沉積物，地下水系統(tǒng)主要由新近系上部明化鎮(zhèn)組和第四系組成［4］，可劃分為淺層、中層、深層3個孔隙含水巖組。本文所指的淺層地下水即賦存于黃河平原的黃河組及平原組上部、山前平原的臨沂組、大站組及濰北平原的濰北組內(nèi)的孔隙水，地層厚度一般為40 m左右，屬于潛水，水位埋深3～20 m，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村生活的主要開采層，地下水更新能力較強［5］，因防污性能較差［6-7］，也是最容易受到污染的地下水。

以往對地下水污染的研究多注重于無機和重金屬污染，對地下水有機污染的調(diào)查與研究，尚屬首次。本次以華北平原及淮河流域地下水污染調(diào)查評價項目為依托，通過高密度樣品采集，獲得大量的測試數(shù)據(jù)，研究山東平原地區(qū)地下水有機污染現(xiàn)狀，與污染途徑，為地下水污染防治提供依據(jù)。

2 地下水樣品采集與測試

本項研究于2006—2010年期間，在污染源調(diào)查和地下水污染調(diào)查的基礎(chǔ)上，于山東平原地區(qū)共采集了淺層孔隙地下水樣品1 759組。地下水樣品直接從井口采集，采集前進行清洗井孔，排出全孔儲存水。地下水提水泵和出水套管為PTFE和不銹鋼材料，提水泵類型為正壓泵。現(xiàn)場采用便攜式、筆式測試儀測試氣溫、水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、氧化還原電位和渾濁度。采樣時進水速率控制在0.2～0.5 L／min，不產(chǎn)生氣泡和氣體流失現(xiàn)象，專用的VOA樣瓶和SVOA樣瓶密封，4℃專用冷藏箱內(nèi)保存和運輸。所有樣品均進行有機污染組分測試，測試項目達37項。樣品有機物測試由中國地質(zhì)科學院地下水科學與工程重點開放實驗室和國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，樣品測試過程中鹵代烴類、單環(huán)芳烴、氯代苯類、有機氯農(nóng)藥類采用色譜法，多環(huán)芳烴類采用HPLC法［8］。采樣過程中按5%采集平行樣品，5%采集外送樣品，全程設(shè)置加標樣和空白樣跟蹤監(jiān)控采樣及測試質(zhì)量。

3 有機污染特征分析

3.1 有機指標檢測與超標分析

對1 759組淺層地下水樣品進行檢測，檢出有機物的樣品共有624組，其中有機指標檢出1項的樣品有377組，檢出2項的有162組，檢出3項的有46組，檢出4項及以上的有39組；總有機物檢出率為35.5%。有機指標共檢出29類，檢出率較高的指標包括鄰二氯苯（16.09%）、甲苯（9.27%）、芴（7.51%）、七氯（8.70%）、三氯甲烷（氯仿）（7.11%）、二氯甲烷（5.51%）、總滴滴涕（3.48%）、苯（2.67%）、總六六六（2.38%）、二甲苯（1.64%）等。

淺層地下水中有機物超標現(xiàn)象也很嚴重。在1 759個樣品中，有55個樣品有機物含量超過生活飲用水衛(wèi)生標準（GB 5749—2006），總超標率為3.12%，超標項數(shù)1～4項。超標項目分別為苯、甲苯、1，2-二氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、1，2-二氯丙烷、四氯化碳、三氯甲烷等（圖1和表1）。

圖1 淺層地下水有機指標檢出率、超標率統(tǒng)計圖Fig．1 Statistic diagram of detection rate and over standard rate for organic pollutants in shallow groundwater

表1 淺層地下水有機指標檢出率、超標率統(tǒng)計表Tab．1 Detection rate and over standard rate for organic pollutants in shallow groundwater

3.2 有機污染評價及污染特征

淺層地下水有機物污染評價采用“單因子評價法”，以環(huán)境背景值和《地下水質(zhì)量標準》中Ⅲ類水的水質(zhì)標準（飲用水標準）為參考對照，通過式（1）計算各參評指標污染指數(shù)，即

式中：Pki為k水樣第i個指標的污染指數(shù)；Cki為k水樣第i個指標的測試結(jié)果；C0為代表k水樣所在區(qū)域指標i的背景值，以檢出限代替；CⅢ為《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因子污染指數(shù)結(jié)果Pki，并同表2中污染分級標準對照劃分污染等級，得出各樣品單因子污染等級劃分結(jié)果（表3）。

表3 地下水污染評價結(jié)果統(tǒng)計表Tab．3 Statistics of shallow groundwater pollution

從有機污染程度評價結(jié)果可知，山東平原地區(qū)淺層地下水重污染（污染程度Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級）所占比例較低，為1.65%，反映在樣品數(shù)量上：重污染5組，嚴重污染8組，極重污染16組；中度污染所占比例為1.42%，樣品數(shù)量為25組；輕污染的地下水樣品數(shù)量為568組，占總樣品數(shù)的32.29%，未污染的地下水樣品數(shù)量為1 137組，占總樣品數(shù)的64.64%（表3，圖2）。

圖2 淺層地下水有機污染評價結(jié)果統(tǒng)計餅圖Fig．2 Pie chart of shallow groundwater pollution

貢獻率較高的有機污染指標有鄰二氯苯（17.2%）、萘（14.2%）、三氯甲烷（13.9%）、七氯（13.7%），另外1，1，2-三氯乙烷、三氯乙烯、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷對污染評價結(jié)果的貢獻率也都超過了5%。

圖3 淺層地下水污染評價圖Fig．3 M ap of shallow groundwater pollution level

從區(qū)域分布特點分析，研究區(qū)東北部淺層孔隙水有機污染相對較嚴重，污染組分以鹵代烴類為主，與該區(qū)石油化工及相關(guān)企業(yè)密集分布有直接關(guān)系；在淄河沖積平原區(qū)，不僅鹵代烴類含量較高，七氯和萘貢獻率均超過了13%，原因是萘大量用于生產(chǎn)染料、樹脂、溶劑、炸藥、消毒劑、殺蟲劑、防腐劑、防蛀劑，汽油和煤焦油的燃燒也產(chǎn)生萘，而七氯是重要的農(nóng)藥成分，能長期殘留于環(huán)境中［9］；魯北平原西部及魯西南平原區(qū)淺層孔隙水污染區(qū)呈斑點狀主要分布于城區(qū)附近、排污河沿岸、污灌區(qū)，污染級別一般為輕污染（圖3），污染物種類主要為鹵代烴類中的二氯甲烷、三氯甲烷，氯代苯類中的鄰二氯苯，單環(huán)芳烴中的苯、甲苯、二甲苯等。除鄰二氯苯外，檢出率較高的甲苯和二氯甲烷來源非常廣泛，紡織、煉油、木材加工、油漆和油墨制造、橡膠加工、樹膠及木材化學品、造紙、洗衣業(yè)、制藥、鑄造、有色金屬、鋼鐵等行業(yè)均能產(chǎn)生甲苯和二氯甲烷。

4 典型污染區(qū)有機污染特征

從圖3可以看出，山東平原地區(qū)淺層地下水已形成數(shù)個明顯的有機污染區(qū)。

魯北平原的黃河以北以商河縣賈莊鎮(zhèn)為中心的東西直徑32 km、南北直徑28 km的橢圓形有機污染區(qū)，面積近900 km2，并形成明顯的污染暈［10］，污染區(qū)地下水有機污染物總量大于1μg／L，最高大于603.24μg／L。該區(qū)是臨盤油田的采油及儲油中心，包氣帶巖性為粉質(zhì)粘土和粉土，淺層孔隙水位埋深3～5 m，采油歷史悠久，部分屬地化的油井儲油及輸油設(shè)備老化，原油隨處灑落，附近小型煉油廠較多，污廢水隨意排放，是造成地下水有機污染的主要原因。

黃河三角洲地區(qū)以利津、河口區(qū)、墾利為中心形成一條東西長100 km、南北寬125 km的近圓形有機污染區(qū)，面積近萬km2。污染區(qū)地下水有機污染物總量大于1μg／L，最高大于32.54μg／L，均屬輕度污染。三角洲地區(qū)是勝利油田陸上采油區(qū)，地下水以垂直運動為主，地下水埋深一般為1～3 m，包氣帶巖性多為粉土，土質(zhì)疏松，環(huán)境脆弱［11］。石油原油灑落及石油化工等工礦企業(yè)污廢水的排放，無任何屏障直接進入地下水，對地下水造成不同程度的污染。

魯北平原黃河以南，以臨淄區(qū)北部化工區(qū)為中心，形成大面積有機污染，污染總面積達726 km2?？紫端泄矙z出多種有機污染物，其中檢出11～20種的占43%。以鹵代烴類和農(nóng)藥類檢出率最高，檢出最多的有機物為總六六六，檢出率達81%。另外，1，2-二氯乙烷、三氯甲烷、δ-BHC（林丹）、七氯等指標也有較多水樣檢出，檢出率均超過50%。有3組樣品有機污染物超標，其1，1，2-三氯乙烷超標倍數(shù)分別為27.4倍、1.6倍和1.16倍，有機物總量最高達242.5μg／L。該處地處淄河沖積扇，包氣帶巖性以砂質(zhì)粘土、粉土和粉砂互層為主，中小型化工企業(yè)眾多，分布密度達25處／100 km2。附近小化工廠向淄河河谷偷排污水的現(xiàn)象非常普遍，還有少數(shù)化工廠將污水通過滲井注入地下，也是造成地下水污染的重要原因。

總體來講，山東平原區(qū)淺層地下水有機污染程度和種類主要與石油開采、石油化工及其他化工污染源有關(guān)。典型污染區(qū)主要分布在研究區(qū)東部的東營、濱州、淄博一帶，這與該地區(qū)的石油開采、存儲、煉油及石油化工污染源的分布相關(guān)。不僅污染源密集，而且地下水系統(tǒng)的防污性能較差，因此認為，山東平原地區(qū)淺層地下水有機污染分布及程度均受污染源的分布及種類控制。

5 結(jié)論

山東平原地區(qū)淺層地下水有機物污染相當普遍，檢出的有機污染物種共有29種，主要為單環(huán)芳香烴類、鹵代烴類、氯代苯類，總檢出率為35.5%。單項有機物檢出最高的為鄰二氯苯，檢出率16.1%。檢出的有機污染物含量一般較低，大部分未超過飲用水標準的最低限量，超標率為3.1%。超標的有機物種類為甲苯、苯、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷、1，1，2-三氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。就污染程度而言，研究區(qū)有機污染程度相對較低，一般為輕污染，僅局部地段出現(xiàn)中度污染和重度污染。

有機污染區(qū)主要分布在研究區(qū)的東北部地區(qū)，這與煉油、石油化工等企業(yè)的分布有較好的相關(guān)性。尤其是在臨盤采油區(qū)和臨淄化工區(qū)，形成了相對集中的較重污染區(qū)，檢測出了多個嚴重污染點和有機物超標點。這與污染源密度大、污染歷史久、污廢水未處理或粗處理就近排放、淺層地下水防污性能差等因素有關(guān)，對土壤及淺層地下水的污染相當嚴重。

致謝：野外調(diào)查和取樣過程中得到中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)，環(huán)境地質(zhì)研究所張兆吉博士、費宇紅博士和山東省地質(zhì)調(diào)查院李壯研究員的大力支持與幫助；論文編寫過程中，山東省地質(zhì)調(diào)查院龐緒貴研究員、徐建國研究員給予悉心指導(dǎo)；圖件的編制過程中，山東省地勘局第一地質(zhì)勘察院的王威博士給予了幫助。在此一并致以衷心的感謝！

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Characteristics of Organic Pollution of Shallow Groundwater in the Shandong Plain

YANG Li-zhi1，YANG Xue-ke2，LIU Chun-hua1
（1．Shandong Institute of Geological Survey，Ji′nan 250013，China；2．University of Nevada，Reno，Nevada 7757846064，America）

The shallow groundwater is generally polluted by organics and many organic polluted areas have formed in the Shandong Plain.29 kinds of organic pollutants are detected in samples of shallow groundwater from the study areas；the quality of groundwater deteriorates；the organic contents are over the qualitative limitation of drinking groundwater in some polluted areas.To evaluate the groundwater security，and protect the precious groundwater resources，this paper analyzed the species of organic pollutants and the pollution level of shallow groundwater in the Shandong Plain basing on integrated analysis of hydrogeological conditions and groundwater components.

Shandong Plain；shallow groundwater；detection rate；organic pollution

X131.2；P641.3

：A

：2095-8706（2015）08-0025-06

（責任編輯：常艷）

2015-08-15；

2015-11-18。

中國地質(zhì)調(diào)查局“華北平原地下水污染調(diào)查評價（編號：1212010634603）”、“淮河流域地下水污染調(diào)查評價（編號：1212010634503）”項目聯(lián)合資助。

楊麗芝（1966—），女，博士，研究員，長期從事地下水環(huán)境及循環(huán)演化研究一線工作。Email：ylz200456＠163.com。