北方某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)

江 岳，馬 宏,石思宇，肖 寒，趙 杰,張 潔

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

北方某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)

江 岳，馬 宏,石思宇，肖 寒，趙 杰,張 潔

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

本文應(yīng)用污染指數(shù)法，對(duì)北方某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及周邊地下水水質(zhì)進(jìn)行了污染評(píng)價(jià)，結(jié)果表明研究區(qū)地下水水質(zhì)以輕污染和中污染為主，局部地區(qū)出現(xiàn)較重污染，主要指標(biāo)為硝酸鹽氮、三氯甲烷和三氯乙烯。通過對(duì)工業(yè)廢水、再生水、河水水質(zhì)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地表水水質(zhì)與污水處理廠再生水排放密切相關(guān)，地下水污染很可能與開發(fā)區(qū)企業(yè)排污有關(guān)。由于開發(fā)區(qū)所處位置的環(huán)境敏感性和脆弱性，建議今后在開發(fā)區(qū)及附近繼續(xù)開展相關(guān)研究，進(jìn)一步查明地下水的硝酸鹽氮及有機(jī)污染物來源、污染途徑，建立完善的監(jiān)測(cè)體系，以便及時(shí)切斷污染源，保障城市及當(dāng)?shù)毓┧踩?。關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)；地下水；污染評(píng)價(jià)；再生水排放

0 前言

在我國，早在20世紀(jì)50年代地下水質(zhì)量問題就引起了關(guān)注（張兆吉，2009），1959年北京開展了西郊首鋼含酚、氰廢水對(duì)地下水的污染監(jiān)測(cè)與調(diào)查研究（郭高軒，2014）。20世紀(jì)70—80年代，逐步開展了呼和浩特、上海、長(zhǎng)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(jìn)行了硬度、硝酸鹽、砷、鐵、酚等地下水污染機(jī)理的試驗(yàn)研究，為地下水保護(hù)和污染治理提供科學(xué)的理論依據(jù)（文冬光，2012）。20世紀(jì)90年代以來，我國開始關(guān)注工業(yè)污染和有機(jī)污染的研究工作，例如，河北平原地下水的氮污染研究（畢二平，2001）、北京地區(qū)的有機(jī)污染調(diào)查研究等（李炳華，2006）。

北方某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“開發(fā)區(qū)”）位于地下水水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)，包氣帶防護(hù)能力差，含水層極易受到污染（郭靜，2011），因此，開發(fā)區(qū)周邊地下水環(huán)境污染敏感性較強(qiáng)。然而，關(guān)于該地區(qū)地下水污染的調(diào)查和研究并沒有系統(tǒng)地開展，無法總體上掌握區(qū)域及周邊地下水水質(zhì)和污染基本狀況。本次在對(duì)開發(fā)區(qū)及周邊地下水進(jìn)行污染調(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，評(píng)估開發(fā)區(qū)對(duì)周邊地下水環(huán)境造成影響的可能性，為今后開展地下水環(huán)境保護(hù)治理工作提供依據(jù)。

1 概況

研究區(qū)地處河流沖洪積扇上部，總面積20.4 km2，第四系沉積物沉積厚度由北部的20～50m，向東南逐漸增大到200多米，最大厚度甚至超過300m。區(qū)域北部為單一潛水含水層，南部為潛水—承壓水過渡地區(qū)及溢出帶。從北往南沉積物顆粒由粗變細(xì)，沉積結(jié)構(gòu)由單一層變?yōu)槎鄬印^(qū)內(nèi)地下水主要受大氣降水及山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，地表河流入滲及上游水庫放水補(bǔ)給為輔；該地區(qū)以集中供水水源地開采、農(nóng)業(yè)及企事業(yè)單位自備井開采和向下游徑流為主要排泄方式；地下水流向與地形坡度一致，由西北、北向南流（圖1）。區(qū)域地下水的水化學(xué)類型較為單一，大部分為HCO3-Ca·Mg型，山前局部地區(qū)為HCO3-Ca型。

開發(fā)區(qū)內(nèi)入駐企業(yè)較多且類型復(fù)雜，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)包括電子信息科技、食品飲料、包裝印刷、生物醫(yī)藥和新型建材等。開發(fā)區(qū)生產(chǎn)和生活用水均來自地下水，有完備的市政排污管線和污水處理廠，處理后的再生水就近排入河道或用于景觀用水。

圖1 地下水水位等值線圖Fig.1 Contour map of groundwater level

2 地下水污染評(píng)價(jià)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

利用研究區(qū)內(nèi)20眼地下水監(jiān)測(cè)井的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行地下水污染評(píng)價(jià)，水質(zhì)樣品的采集、檢測(cè)時(shí)間為2013年12月（圖2）。

圖2 地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig. 2 distribution of groundwater monitoring points

2.2 評(píng)價(jià)方法

研究區(qū)地下水的污染評(píng)價(jià)采用污染指數(shù)法（湯崇發(fā)，2014），具體包括污染指數(shù)計(jì)算和地下水污染綜合評(píng)價(jià)。

以研究區(qū)上游監(jiān)測(cè)井1982年的地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)為背景值，地下水Ⅲ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848-93）和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）作為標(biāo)準(zhǔn)限值，構(gòu)建計(jì)算公式：

其中：Pki為k水樣第i個(gè)指標(biāo)的污染指數(shù)；Cki為k水樣第i個(gè)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果；C0代表k水樣無機(jī)組分i指標(biāo)的背景值；CIII為第i個(gè)指標(biāo)地下水標(biāo)準(zhǔn)限值。

利用上式分別對(duì)各水樣點(diǎn)單指標(biāo)污染指數(shù)Pki進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)污染指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），確定每一項(xiàng)指標(biāo)污染等級(jí)。

將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的最高類別確定為綜合污染等級(jí)（無機(jī)指標(biāo)和有機(jī)指標(biāo)分別評(píng)價(jià)），繪制地下水污染綜合評(píng)價(jià)圖（圖3、圖4）。

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）無機(jī)指標(biāo)

選取氯化物、硫酸鹽、總硬度、溶解性總固體、錳、鈉離子、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮10項(xiàng)無機(jī)指標(biāo)參與污染評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)大部分區(qū)域地下水為輕度或中度污染，僅在中部地區(qū)出現(xiàn)較重污染（圖3）。主要超標(biāo)指標(biāo)為硝酸鹽氮，故硝酸鹽氮為主要無機(jī)污染指標(biāo)。

（2）有機(jī)指標(biāo)

地下水有機(jī)指標(biāo)污染評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，大部分地區(qū)地下水未污染，僅在開發(fā)區(qū)及周邊存在點(diǎn)狀輕污染（圖4），主要污染指標(biāo)為三氯乙烯和三氯甲烷。

表1 單指標(biāo)污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The graded standard on the singled pollution index

圖3 地下水無機(jī)指標(biāo)污染評(píng)價(jià)圖Fig. 3 pollution assessment of groundwater inorganic index

圖4 地下水有機(jī)指標(biāo)污染評(píng)價(jià)圖Fig. 4 pollution assessment of groundwater organic index

3 污染源識(shí)別

為判別地下水污染是否與開發(fā)區(qū)企業(yè)排污有關(guān)，對(duì)開發(fā)區(qū)企業(yè)排放的廢水、污水處理廠的外排再生水和受污河流河水分別進(jìn)行了采樣檢測(cè)。

3.1 地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

由于開發(fā)區(qū)的污廢水大部分進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理后排入河道，因此，首先對(duì)由開發(fā)區(qū)排放后進(jìn)入污水處理廠之前的污水進(jìn)行采樣分析，其次，對(duì)處理廠處理后的再生水進(jìn)行取樣分析，最后是根據(jù)河道再生水排放口位置，在排放口上游、排污斷面和下游分別進(jìn)行河流地表水取樣檢測(cè)。

本次地表水樣品共采集7件。其中，污水處理廠進(jìn)、出口水樣以及處理廠處理后的再生水樣品3件；受污河流地表水樣品4件，采樣點(diǎn)位置見圖5。

3.2 廢水和再生水水質(zhì)特征

圖5 地表水采樣點(diǎn)分布圖Fig.5 Distribution of surface water sampling points

本次研究共取廢水和再生水水樣3件。其中，JCW-2和JCW-3為該開發(fā)區(qū)進(jìn)入污水處理廠之前的廢水水樣；JCW-1為經(jīng)污水處理廠處理后的再生水水樣。檢測(cè)結(jié)果中，JCW-2和JCW-3中高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）等一般化學(xué)指標(biāo)和氨氮、總氮、總磷、錳、鋅、鎳等毒理性指標(biāo)含量較高；而且有機(jī)指標(biāo)檢出較多，主要以二氯甲烷、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯等鹵代烴類和單環(huán)芳香烴類為主。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，開發(fā)區(qū)排放的廢水中不僅總氮和氨氮濃度均較高，而且高錳酸鹽指數(shù)、COD和BOD5值的偏高也從側(cè)面反映了該區(qū)域水樣中有機(jī)物具有相當(dāng)?shù)拇嬖诹浚ɡ钇G，2013）。經(jīng)污水處理廠處理后的再生水水樣JCW-1中大部分污染物濃度明顯降低，但總氮、COD、BOD5等指標(biāo)濃度均超過城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB11/890-2012）。

3.3 納污河流河水水質(zhì)特征

地表河流水樣分別采自再生水河流排口處（JCS-2和JCS-3）、排口上游500 m處（JCS-1）以及排口下游1000 m處（JCS-4）。其中，上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)JCS-1的水質(zhì)相對(duì)較好，大部分指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；但其它3件地表水水樣水質(zhì)顯示較差，主要污染指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；COD、BOD5、氨氮、總氮分別達(dá)到Ⅴ類和劣Ⅴ類（GB 3838-2002）。

對(duì)比納污河流與污水處理廠外排污水水質(zhì)，除JCS-1水樣水質(zhì)明顯好于JCW-1外，JCS-2、JCS-3、JCS-4水樣與JCW-1指標(biāo)含量相似，表明區(qū)內(nèi)納污河段來水主要為污水處理廠處理過后的再生水，且河流本身基本沒有自凈能力。

4 結(jié)論

對(duì)污水處理廠的外排再生水和納污河流地表水的水質(zhì)分析結(jié)果表明，研究區(qū)地表水水質(zhì)與污水處理廠再生水排放密切相關(guān)；地下水質(zhì)量和污染評(píng)價(jià)分析結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)地下水主要污染指標(biāo)為硝酸鹽氮、三氯甲烷和三氯乙烯。其中，地下水硝酸鹽氮含量已經(jīng)有局部地區(qū)超過地下水質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（GB/ T14848-93）；三氯甲烷和三氯乙烯雖含量較低，但在開發(fā)區(qū)廢水中也含有這類指標(biāo)，因此不能排除開發(fā)區(qū)企業(yè)排污對(duì)地下水環(huán)境影響的可能性。

根據(jù)研究結(jié)果，由于開發(fā)區(qū)位于重要水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)，建議進(jìn)一步查明地下水硝酸鹽氮及有機(jī)污染物的來源和污染途徑，建立完善的監(jiān)測(cè)體系，以便及時(shí)切斷污染源，保障當(dāng)?shù)毓┧踩?/p>

污水處理廠處理后的再生水大多就近排入河道，位于沖洪積扇中上部地區(qū)的地表水和地下水水力聯(lián)系密切，地下水易接受地表水補(bǔ)給，而《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB11/890-2012）》設(shè)定的指標(biāo)較少，且多項(xiàng)設(shè)定的指標(biāo)限值高于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/14848-1993）》，應(yīng)進(jìn)一步嚴(yán)格制定和完善污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]張兆吉，費(fèi)宇虹，陳忠宇，等. 華北平原地下水可持續(xù)利用調(diào)查評(píng)價(jià)[J]. 地球?qū)W報(bào)，2006，27(2)：162.

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[3]文冬光，林良俊，孫繼朝，等. 中國東部主要平原地下水質(zhì)量與污染評(píng)價(jià)[J]. 地球科學(xué)，2012，37(2)：220～228.

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[5]李炳華，陳鴻漢，何江濤，等. 長(zhǎng)江三角洲某地區(qū)淺層地下水單環(huán)芳烴污染特征及其原因分析[J]. 中國地質(zhì)，2006，33(5)：1124～1130.

[6]郭靜，趙林，劉年磊. 基于DRASTIC的包氣帶阻滯污染物能力研究[J]. 環(huán)境污染與防治，2011，33(12)：52～55.

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The Investigation and Evaluation on Groundwater Pollution in an Economic Development Zone in Northern China

JIANG Yue, MA Hong, SHI Siyu , XIAO Han, ZHAO Jie, ZHANG Jie
(Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195)

In this paper, the groundwater pollution assessment around an economic development zone in Northern China, was evaluated by the pollution index method. The results show that the groundwater quality in the study area is mainly light pollution and mid moderate pollution, only local area is more serious pollution, and the main pollutant is nitrate nitrogen, chloroform and trichloroethylene. Through the detection of industrial waste water, reclaimed water and river water quality, the surface water quality of the study area is closely related to the discharge of the reclaimed water in the sewage treatment plant, and groundwater pollution is likely to be related to the development of enterprises in the development zone. Due to the environmental sensitivity and vulnerability of the zone's location, it is suggested to implement relevant research within the zone and surroundings from now on, while identifying the source and approach of nitrate nitrogen and organic pollutant in the groundwater further and establishing the sound monitoring system, in order to cut off the sources of pollution, protecting the local water supplied safely.

The economic development zone; Groundwater; Pollution assessment; Reclaimed water discharge

X824；X523

A

1007-1903（2016）04-0071-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.013

北京平原區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)運(yùn)行（2016年度）（編號(hào)：PXM2016_158305_000007）、海河流域水資源調(diào)蓄區(qū)地下水保護(hù)區(qū)劃分及監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究與示范（編號(hào)：2014ZX07203010-3）、北運(yùn)河典型污染河段對(duì)地下水環(huán)境的影響行為研究（編號(hào)：201401054）聯(lián)合資助

江岳（1982- ），男，高工，主要從事地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染調(diào)查評(píng)價(jià)等方面研究。E-mail：jingyue2201@sina.com