山東北部沿海區地下水質量評價及其成因分析
——以濰坊市昌邑市卜莊鎮為例

陳 橋, 莊 妍,郝 得 成,王 紅 梅

(1.山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 266590； 2.山東科技大學 山東省沉積成礦作用與沉積礦產重點實驗室，山東 青島 266590； 3.山東省煤田地質局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

隨著社會經濟和工業的迅速發展，地下水污染日益加重，導致地下水環境質量惡化。另一方面，隨工業和城鎮發展，人類社會對地下水的開發利用和需求逐漸擴大，對地下水資源保護就顯得尤為迫切。因此，對地下水質量展開評價，對于合理規劃利用和科學保護地下水資源具有重要的意義。

山東北部沿海區是我國重要的經濟發展區。近年來，隨著城市化和城鎮化進程加快，生活污水和工業廢水超標排放，農藥化肥大量使用等，引發的水污染問題日益嚴重[1]。與此同時，地下水污染除受人為因素影響外，還受一些自然因素影響，如該區地下水遭受海水入侵，土壤鹽漬化等[2],使得地下水污染成因類型復雜，嚴重地威脅著地下水質量及當地居民生活飲用水安全。對該區地下水環境質量展開評價已引起了廣泛的關注，如砷污染[3]、氟污染[4]、硝酸鹽等[5]。但這些研究大多是對某單一污染物進行評價，缺少其綜合的研究，較難全面地了解地下水質量特征。另一方面，眾多研究表明，地下水不同類型污染物具有內在的聯系，在地下水中污染共存，如鐵錳、氟硒、有機污染物等。因此，僅關注單一污染物，很難判斷污染物的內在的聯系。而且，對其他污染指標缺乏深入的了解，也較難以分析其來源及成因，阻礙了人們對該區地下水質量及成因的綜合認識。

基于此，本文以濰坊市昌邑市卜莊鎮為研究對象，系統采集地下水，綜合分析地下水多組份含量，采用單因子和綜合法對地下水環境質量展開評價，并探討其主要污染物來源及成因，以期為山東北部沿海區地下水開發、科學利用及保護等提供依據。

1 樣品采集及分析方法

1.1 研究區概況

研究區卜莊鎮位于山東半島西北部，隸屬昌邑市東北部，地處濰河下游，萊州灣南岸，濰坊、煙臺、青島三市交界處。研究區位于環渤海經濟圈，區內石油化工、鹽及鹽化工、機械制造、紡紗織造、食品加工、農業、水產養殖業發達。

圖1 采樣位置Fig.1 The map of sampling sites

區域出露的主要為第四系更新統-全新統沖積、海積、沖海積沉積層，厚度在幾十米至幾百米不等，由東向西、由南向北厚度逐漸增大，巖性以粉砂、細砂巖、黏土、亞黏土為主。研究區含水層屬松散巖層孔隙水，埋藏淺，易于開采。在晚更新世以來形成的三套海相地層中賦存大量天然鹵水礦層，成為區域海水入侵的主要物質來源[2]。區域遭遇嚴重的海水入侵，且以古海水(鹵水)入侵為主，海(咸) 水入侵使地下淡水受侵染，長期飲用劣質水，致使某些與水源有關的疾病發病率增加，如氟斑牙、心腦血管病等[4]。

1.2 樣品采集及分析方法

本次以村為單位采集地下水，共采集了16個村莊，其中八甲和六甲兩村為自來水，來自相鄰區域，其他村莊均為當地地下水，采樣點分布詳見圖1。

2 評價因子、標準及方法

2.1 評價因子及標準

依據我國地下水質量狀況和人體健康風險，參照生活飲用水、工業、農業等用水質量要求，依據各組分含量高低(pH除外)，將我國地下水劃分為五類(見表1)。

表1 我國地下水質量評價劃分及其標準Tab.1 The standard and evaluation of groundwater quality in China

2.2 評價方法

2.2.1 單因子評價方法

參照地下水質量標準，按標準中的各類地下水因子指標限值對各單項指標進行評價，根據指標值所在的限值范圍確定地下水水質類別。同時，依據“從劣不從優”的原則，即選取指標最差水質類別作為該地下水綜合水質類別。

2.2.2 綜合質量評價

首先進行單組分評價，依據表2確定其評價分值Fi，根據如下公式計算出綜合評價分值F，參照表3，根據F值劃分地下水質量級別。計算公式為

3 地下水質量評價結果

3.1 單因子評價結果

表4為單因子評價結果，單因子

表2 地下水各污染物單項組分評價分值Tab.2 The evaluation scores of groundwater single pollution

表3 地下水質量分級標準Tab.3 The grade standards of groundwater quality

表4 昌邑市卜莊鎮地下水質量評價Tab.4 The evaluation result of groundwater quality in Buzhuang Town of Changyi City

3.2 綜合質量評價結果

對比單因子評價結果和綜合評價結果，兩種方法評價結果較近，僅徐家莊和扶安兩村評價結果不一致，這兩個村莊地下水主要是F-和Na+超標，其他指標均滿足Ⅲ級，且大多數指標為Ⅰ類標準，所以其綜合值偏低。其他較差等級的地下水超標指標數較多且V類指標較多，表明：單因子評價法只能根據水質標準定性劃分水質類別，不能考慮水質分級界線的模糊性，容易受指標最大濃度影響，無法全面客觀反映實際水質狀況，但能反映各單項指標的超標情況。綜合評價法在超標指標極端情況下(超標指標較多或沒有)才能反映出實際水質情況，同時還凸顯了嚴重污染指標級別。

3.3 地下水污染物成因分析

F-是該區地下水又一重要污染物，所采集的地下水除兩個自來水村莊、營子和金山村外，其他村莊地下水氟含量均超標(1 mg/L)。地下水F-含量隨pH值增加而增加，這可能是緣于F-與OH-具有相似的半徑[6]，大量報道也表明在堿性環境下，地下水F-發生富集[7-8]。顯然，海水入侵使得地下水偏堿性，pH值升高，與鄰區未受侵染的自來水相比，研究區地下水pH值也明顯高。地下水F-含量還與Ca2+呈負相關關系，這是因為地下水氟的上限往往受CaF2溶解度決定[7-9]，地下水中F-含量與Ca2+含量往往呈負相關[10]。對比分析當地地下水與鄰村自來水中Ca2+含量可以發現，當地地下水Ca2+含量明顯低于本底，很顯然，這一過程有利于地下水中F-富集。究其原因：① 海水入侵使得地下水偏堿性，有利于Ca(HCO3)2沉淀；② 海水入侵引起的Na+-Ca2+離子交換[11-13]，事實上，雖然地下水中Na+與Cl-負相關，但γ(Na+)/γ(Cl-)小于1，也表明Na+發生了虧損，發生了Na+-Ca2+離子交換。因此，海水入侵引起的偏堿性以及離子交換是該地區地下水F-富集的重要成因。

4 結 論

山東北部沿海區受人類活動和自然因素影響，地下水污染物類型眾多，成因復雜。本文以山東北部沿海昌邑卜莊鎮為研究對象，系統采集地下水并對地下水環境質量進行評價，獲得如下結論。

(2) 綜合質量評價結果表明：該區地下水F值為4.41～7.44，地下水質量等級為較差-差，其中，11個村莊地下水等級為差， 3個村莊地下水等級為較差，表明該地地下水受到嚴重污染。