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

吉林省地質環境監測總站, 吉林長春 130021

地下水是松原市工農業生產和居民生活用水的主要水源。隨著工業生產的快速發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, 對該市的工農業生產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狀是十分必要的。

1 區域水文地質概況

1.1 地下水的賦存條件與分布規律

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

含水層的分布與變化規律主要受新構造運動控制, 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, 上部為全新統和中更新統潛水含水組, 下部為下更新統承壓含水層; 沖湖積高平原區, 上部為上更新統潛水含水層, 中部為中更新統微承壓含水層, 下部為下更新統承壓含水層;雅達紅—八家子以北地區, 分布有大安組承壓含水層。

1.2 地下水補給、徑流、排泄條件

地下水循環條件主要受地質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系和埋藏條件不同, 地下水的循環運動條件也不同。

沖湖積高平原(江北區), 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, 而側向徑流補給好。潛水蒸發微弱, 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量, 變天然排泄為開采排泄。

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

下更新統白土山組承壓水, 主要接收鄰區側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側向徑流補給, 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測工作基礎上, 選擇了16個具有代表性的、并能基本控制全區范圍內地下水污染狀況的井點(各井點的環境水文地質特征見表1), 采用分級評分疊加指數法進行評價。根據本次水質檢測結果和已知背景值, 并選擇能代表本區污染特點的指標, 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(吉林省地質環境監測總站, 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, 然后用疊加指數法計算綜合指數(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, 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。

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

表1 地下水監測井點環境水文地質特征表Table 1 Environment hydrogeological characteristics of groundwater monitoring wells

(2)分級評分疊加指數法

根據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, Fi為單點各因子的評分。據PI值對污染區分區標準見表4(劉榮清,2001)。

2.2 地下水污染現狀

松原市地下水水質已普遍受到污染, 據檢測,全區污染最普遍的指標有Hg、Cr和Cd三項, 超污染指標率為 100%, 但多數為輕污染, 最大超污染指標倍數 50～4.35; 超污染指標率 90%以上的有SO42–和 Na二項, SO42–多數為重污染, 最大超污染指標倍數141.76, Na多數為輕污染, 最大超污染指標倍數 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81.99～5.815, As、Fe重污染居多, 最大超污染指標倍數 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8.33; F、COD、Pb和甲苯以輕污染為主, 最大超污染指標倍數35.62～1.63; pH超污染指標率為25%, 最大超污染指標倍數為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33.8～4.4(見表5)。

表2 單點水質污染分類表Table 2 Single point water pollution classification

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

2.3 地下水污染程度分區評價

根據單因子污染指數結果(見表 6), 對區域水質污染程度進行分區評價(周淑敏, 1998; 謝洪波等,2008):

(1)嚴重污染區: 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店門前和江北新城鄉聯合村農戶家。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; 新城鄉聯合村農戶家井水味腥、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: 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—江南市區一帶和江北前小溪浪河—老城區等沿江地帶呈帶狀分布, 在前郭縣后疙瘩屯和新城鄉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—林場家屬區等沿江地帶, 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: 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: 根據本次樣品分析結果和以往地下水質動態監測結果及評價區人類活動特點, 在嚴重污染、重污染和中度污染以外的廣大區域均為地下水輕污染區。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 區域水質污染結果修正表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 單因子污染指數表Table 6 Single factor pollution index

圖1 研究區地下水污染現狀分區圖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, 表明此區域地下水水質已經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, 亦導致此區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廢水排放口(馬榮等, 2011), 此區地下水與松花江水聯系密切, 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號點位于采油區八家子鄉, 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為 5.36, 此區的包氣帶巖性為粉質粘土, 且厚度為8～10 m, 可見油田開采生產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生影響(談恒文等, 2005)。通過調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已威脅到當地居民飲水安全(孫劍鋒等, 2011)。

通過總結可以看出, 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)建成區外圍多數農戶房前屋后的牲畜禽類圈舍、廁所、生活垃圾、糞池、施用農藥化肥的菜地等, 經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)城區內外的加油站, 也是潛在的點狀污染源; (3)廣泛分布的農田區施用的化肥農藥是評價區主要的面狀污染源(張兆吉等, 2012);

(4)松原市作為石油化工城市, 在油田開發中地下工程可能對地下水質量產生影響的人為因素有: 固井質量不好, 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、地下水也會產生滲透污染(李政紅,2010)。

4 結語

松原市地下水水質普遍較差, 地下水中Fe、Mn和 NH4+超標嚴重, 主要與原生環境背景含量高有關, 但同時也與地下水也受到不同程度污染密切相關。全區的大部分地區為輕微污染, 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,水中 Cl、SO42–、NO3–、COD、揮發酚等均有超標現象(高存榮等, 2011)。松原市是一座以石油化工生產為主的新興工業城市, 因此導致地下水污染的原因除生產生活污染外, 與石油開采以及與之相關的煉制、加工和運輸關系也十分密切。

地下水污染對工農業生產和人民飲水安全已構成不同程度的威脅或危害, 為保護人民的身體健康, 改善生產生活環境, 建議各級有關部門采取有效措施, 防治地下水污染。

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