北京西郊砂石坑蓄洪工程場地環境質量現狀評價

姚旭初, 王廣才, 汪 琪, 汪德云, 張琦瑋, 張如滿

(1.北京市水利規劃設計研究院,北京 100048; 2.中國地質大學,北京 100083)

北京西郊砂石坑蓄洪工程場地環境質量現狀評價

姚旭初1, 王廣才2, 汪 琪1, 汪德云1, 張琦瑋1, 張如滿1

(1.北京市水利規劃設計研究院,北京 100048; 2.中國地質大學,北京 100083)

通過調查研究區歷史資料、現場檢測與監測、相關性分析等地下水污染現狀評價,查明地下水中污染物的分布特征、土壤中污染物的分布特征,以及地下水和土壤之間的污染物組分關系,分析污染物的來源,其主要來自上游受到污染的地下水、填埋坑大氣降水淋濾和現有西側坑內地表水入滲,為“北京西郊砂石坑蓄洪工程”成功立項提供關鍵支撐。

砂石坑;蓄洪工程;地下水;土壤環境質量;污染現狀評價

1 工程概況

北京西郊阜石路砂石坑是20世紀80年代大規模開采砂石料后形成的人為坑,停采后坑的東半部回填了大量建筑垃圾并改造為苗圃地,坑的西半部分為深達30多米的積水坑。北京西郊砂石坑蓄洪工程是對阜石路砂石坑、西黃村砂石坑的治理和利用工程。工程實施后,北京西部八大處溝流域及北八排溝、瑯黃溝流域27 km2的100年一遇洪水不下泄,可確保中心城區的防洪安全。早在1993年國務院批準的“北京城市總體規劃”中,確定了“西蓄、東排、南北分洪”的城市防洪原則。北京西郊砂石坑蓄洪工程是“西蓄”工程中的一部分,在1995年《北京市區防洪排水規劃》中明確了“西蓄”是指將玉淵潭上游81 km2的雨洪,充分利用渠道、西郊砂石坑、玉淵潭湖進行調蓄,以解決上述地區的洪水出路問題,減少進入市中心區洪水,確保城市防洪安全,同時利用部分雨洪回補地下水。

根據以往歷史資料,阜石路砂石坑停止采石后被無序填埋大量建筑垃圾、渣土、碎石,近年來由于政府加強環境治理工作,坑的東半部分通過回填土、種樹改造為苗圃地。但這種場地用于蓄洪對地下水存在較大的安全隱患,經過雨洪水浸泡的建筑垃圾、渣土,其淋濾液很可能會污染地下水,蓄洪后可能會加重污染,故需要對地下水環境質量現狀進行評價,為“北京西郊砂石坑蓄洪工程”可行性研究提供地下水和土壤環境質量方面的基礎數據和關鍵支撐。

2 地層巖性

阜石路砂石坑20世紀90年代被禁止開采砂石料后,一些單位向砂石坑內無序傾倒建筑渣土,砂石坑面積縮小,僅存西五環和上莊路之間的一部分(圖1)。根據2012年11月—2013年1月鉆探揭露的地層結果,阜石路砂石坑主要被建筑渣土和碎石、卵石填土回填,填埋深度一般為23～28 m。

圖1 阜石路砂石坑分布位置圖Fig.1 The location of gravel pit near Fushi street

根據鉆探揭露的地層情況,按成因、地質年代和巖性研究區地層由上至下為:人工堆積層和第四系全新統沖洪積層。

2.1 人工堆積層(Qs)

主要為房渣土和卵石、碎石填土,夾少量粘質粉土、粉質粘土和細砂填土。

房渣土以磚塊、混凝土塊為主,含卵石、碎石及少量粘性土,局部含塑料袋等生活垃圾,層底分布高程31.70～54.69 m,地層厚度1.00～25.70 m。

卵石、碎石填土,雜色,稍濕,密實,粒徑一般6～9 cm,含少量粘性土,局部混少量建筑垃圾,層底分布高程34.26～66.96 m,地層厚度0.60～14.00 m。

粘質粉土和粉質粘土填土中含氧化鐵、云母,見蟲洞,細砂填土含灰渣。

2.2 第四紀全新統沖洪積層(Q4al+pl)

該層主要為卵石、細砂,含粘質粉土、粉質粘土褐黃色透鏡體。

卵石,雜色,稍濕—飽和,密實,一般粒徑6～9 cm,最大粒徑約20 cm,偶見漂石,卵石多呈亞圓形,級配較好,含約25%的粗砂,層頂分布高程34.26～61.70 m。

細砂,褐黃色,中密,地層厚度約0.80～1.80 m。

2.3 三疊系雙泉組(T1+2sh)

主要為三疊系砂巖和頁巖。

砂巖,深灰色,分布于阜石路砂石坑東部,全風化厚度約1.9 m,未揭穿該層,層頂高程約33.97 m。

頁巖,青灰色分布于阜石路砂石坑東南角,未揭穿該層,層頂高程約37.51～37.79 m。

3 水文地質條件

場地主要賦存1層地下水,含水層巖性主要為卵石,地下水類型為潛水。地下水位監測期間(2013-01-19—2013-02-27),阜石路砂石坑潛水靜止水位埋深為37.60～40.72 m,地下水位標高為26.06～27.56 m;場區目前地下水較深,年變化幅度相對較小,約為1.0 m。地下水整體自西流向東,其中阜石路砂石坑地下水自西南流向東北。地下水主要接受大氣降水、地表水滲漏和山前側向徑流補給,以人工開采和側向流出為主要排泄方式。

4 地下水與土壤環境質量現狀評價

4.1 鉆孔布置與檢測項目

根據在阜石路砂石坑周邊淺層土壤氣體探測結果、已有5個地下水監測孔分布、區域地下水流場等現場因素,確定在場區內增設和施工鉆孔4個,編號依次為H-1,H-2,H-3,H-4。之前5個地下水監測孔編號為ZK11-1,ZK-7,ZK-8,ZK-20,ZK-23。由于施工過程中出現問題,H-3未下探到含水層只作為土樣的采集孔,其他H-1,H-2,H-4孔為水樣和土樣采集孔。上述4個鉆孔共采集土樣100組、水樣3組。場區內民用機井一口,編號為J-1。在場區西側水坑內取得水樣,編號K1,見圖2。

圖2 阜石路研究區鉆孔位置圖Fig.2 The location of boreholes in interest area near Fushi street

為了全面了解研究區土壤和地下水中有機物、常規組分的分布情況,對采集的土壤和地下水樣品進行測試分析。土壤分析項目包括金屬離子和其它無機組分22種,有機物175種;地下水、地表水分析項目包括金屬離子和其它無機組分32種,有機物103種。

4.2 地下水中污染組分分布特征

由于在本研究區沒有可用于參考的背景值或對照值,本項目地下水污染評價無機組分部分采用《地下水質量標準》(GB/T14848—93)[1]對地下水污染現狀進行評價;地下水有機組分部分采用《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)[2]對地下水污染現狀進行評價;并結合地下水中有機物的檢出情況,分析評價地下水污染現狀。

表1 鉆孔中的無機超標離子

場地地下水中氨氮的超標率為71%,鋅的超標率為75%,亞硝酸鹽氮的超標率為50%,硝酸鹽氮的超標率為12.5%。其他指標均滿足地下水Ⅲ類水標準。其氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和鋅超標較為嚴重,可能與區內生活污水的排放以及場地內建筑渣土的淋濾液下滲有關。

地下水有機組分中,檢測項目分為揮發性有機物VOC類和半揮發性有機物SVOCs類兩大類,其濃度均低于生活飲用水衛生標準限值。

4.3 土壤中污染組分分布特征

4.3.1 土壤中金屬離子分布特征

表2為土壤中金屬離子檢出結果統計值。土壤中金屬離子含量均低于《土壤環境質量標準》三級標準[3]。

表2 土壤金屬離子檢測結果統計

注:*為《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)中相應的限值。

土壤中不同金屬離子濃度在空間上變化特征不同,其中Zn含量最高的是H3-1(H3-1表示為H3孔埋深1 m,下同),Fe含量最高為H4-32,Mn含量最高為H3-22,Cr含量最高為H4-32,Pb含量最高為H3-1,As含量最高為H2-10,Cu含量最高為H3-22,Sr含量最高為H4-27。具體見表3。

表3 土壤金屬離子較高含量分布位置[4]

根據鉆孔編錄,砂石坑苗圃園回填區地層主要細分為5層,見圖3。

土壤中金屬離子隨深度變化呈現出一些特征(見圖4-圖7)。Cr、Fe和Mn的含量在25 m深度以下明顯增大,而Zn和Pb含量地表最大,隨深度增加含量遞減。苗圃園下方基巖層風化帶中Fe、Mn、Cr的含量均上升,Zn的含量同樣出現明顯增大。

4.3.2 土壤中有機物含量分布特征

100個土壤樣品中選取了18個樣品(見表4)進行有機組分全分析。分析組分包括VOC,SVOCs和OCP、PCB三大類[4-8]。其中VOC組分檢測55種,被檢測出的有機物種類為41種,檢出率78.8%;SVOCs組分檢測96種,被檢測出有機物種類為40種,檢出率41.7%;OCP、PCB類合計24種,檢測出16種,檢測率66.7%。土壤樣品中VOC、SVOCs和OCP、PCB檢出數據統計結果見圖9-圖11。

圖3 鉆孔地層結構柱狀圖Fig.3 Histogram of borehole structure1.壤土;2.雜填土;3.粉質粘土填土;4.卵石填土;5.卵石;6.頁巖;7.砂巖;8.鉆孔.層深(高程);10.穩定水位。

圖4 土壤樣品Cr含量與土壤深度關系Fig.4 Relationship between Cr in soil samples and soil depth

圖5 土壤樣品Fe含量與土壤深度關系Fig.5 Relationship between Fe in soil samples and soil depth

圖6 土壤樣品Mn含量與土壤深度關系Fig.6 Relationship between Mn in soil samples and soil depth

圖7 土壤樣品Pb含量與土壤深度關系Fig.7 Relationship between Pb in soil samples and soil depth

圖8 土壤樣品Zn含量與土壤深度關系Fig.8 Relationship between Zn in soil samples and soil depth

表4 土壤有機物組分檢測送樣單

圖9 土壤有機物VOC組分檢出率Fig.9 Detection rate of VOC in soil

土壤中的有機污染物隨深度變化呈現出不同的特征[4,6]。

VOC類組分含量較高樣品多出現在地表或填埋坑底部。埋深2 m的地表淺層樣品中檢出VOC類有機物41種,遠大于其他深度樣品檢出種類。其中26種VOC類有機物含量為樣品最高值。由此推測地表(尤其是H1孔周邊)可能存在有機物污染源。二氯甲烷、鄰二甲苯含量在渣土坑底部最高。

SVOCs類15種有機物最高值均出現在埋深24～26 m段的粉質粘土回填層,7種有機物最高值出現在30 m左右的深部回填層中,兩個回填層中其他有機物含量同樣較高。高濃度的SVOCs,如鄰苯二甲酸二甲酯等作為化工合成材料,廣泛應用于農藥、PVC管、合成橡膠、電線電纜、增塑劑等產品,這與苗圃園農耕活動以及在回填渣土中發現電纜等回填物相吻合。

圖10 土壤有機物SVOCs組分檢出率Fig.10 Detection rate of SVOCs in soil

圖11 土壤有機物OCP和PCB組分檢出率Fig.11 Detection rate of OCP and PCB in soil

5 地下水和土壤中污染組分的聯系

地下水部分樣品中檢出無機組分NH3-N、Mn、Se、Fe和NO2-N超標。

土壤樣品檢測數據顯示,Fe含量大部分在19 000 mg/kg左右,風化的基巖中檢測出Fe含量高達80 000 mg/kg。Mn在北京市土壤背景值419 mg/kg左右變動,檢測出的主要含量范圍為200～600 mg/kg。

有機物在土壤中檢出97種、水中檢出53種,并且水中檢出的53種有機物在土壤中均被檢出。土壤樣品中有機物苯并[a]芘的檢出率94.74%,最高值為238 μg/kg,平均值為72.36 μg/kg,但地下水中苯并[a]芘不超標。

6 結論

本文分析了研究區土壤、地下水中無機、有機組分分布特征,評價了研究區地下水和土壤污染現狀,得出如下主要結論:

(2) 土壤樣品金屬離子含量絕大多數符合《土壤環境質量標準》的二級標準。參考北京市土壤背景值,Zn和Pb在埋深2 m以下明顯減小,多數樣品含量仍大于背景值。

(3) 有機物在土壤中檢出97種、水中檢出53種,水中檢出的有機物在土壤中全被檢出。苯并[a]芘只在研究區邊界個別鉆孔中超標。

(4) 根據地下水超標組分的分布和土壤樣品中各組分的分布和超標情況,推測地下水的污染源可能有:上游受到污染的地下水;填埋坑大氣降水淋濾;西側坑內地表水入滲。

[1] 李梅玲,張錫根,閻葆瑞,等.地下水質量標準:GB/T14848—93[S].北京:中國標準出版社,1993.

[2] 金銀龍,鄂學禮,陳昌杰,等.生活飲用水衛生標準:GB 5749—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

[3] 國家環境保護局南京環境科學研究所.土壤環境質量標準:GB 15618—1995[S].北京:中國標準出版社,1995.

[4] 馬有成.地下水環境質量評價方法研究[D].長春:吉林大學,2009.

[5] 盛益之,王廣才,張琦瑋,等.某污染場地周邊地下水環境質量評價[J].現代地質,2012,26(3):601-606.

[6] 王紅娜,何江濤,馬文潔,等.兩種不同的地下水污染風險評價體系對比分析——以北京市平原區為例[J].環境科學,2015,36(1):186-193.

[7] 孫才志.陳相濤,陳雪嬌,等.地下水污染風險評價研究進展[J].水利水電科技進展,2015,35(5):152-158.

[8] 鄧青軍,唐仲華,周璐,等.荊州市淺層地下水環境質量綜合評價與分區[J].長江流域資源與環境,2014,23(6):839-845.

(責任編輯：于繼紅)

Environment Quality Evaluation of Present Situationin the Western Suburbs of Beijing

YAO Xuchu1, WANG Guangcai2, WANG Qi1, WANG Deyun1, ZHANG Qiwei1, ZHANG Ruman1

(1.BeijingInstituteofWater,Beijing100048; 2.ChinaUniversityofgeoscience,Beijing100083)

Through historical research data,on-site inspection and monitoring,and correlation analysis,engineers evaluate the situation of the groundwater pollution in the study area,find out the distribution of groundwater pollutant characteristics,distribution characteristics of pollutants in soil,and relationship between groundwater and soil composition,besides,analyze the sources of pollutants,which provide key support for the western suburbs of Beijing gravel pit flood control project.

gravel pit; flood-storage engineering; underground water; environment quality in soil; pollution evaluation in present

2016-04-29;改回日期:2016-05-18

姚旭初(1973-),男,高級工程師,水文地質與工程地質專業,從事地下水與環境影響方面的科研咨詢工作。E-mail:yxch0986@126.com

X523; X53

A

1671-1211(2016)03-0458-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.049

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1629.016.html 數字出版日期:2016-05-11 16:29