大連市地下水水質超標原因分析

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

大連市地下水資源主要用于農村地區的生活、農業用水，地下水的質量直接影響到飲水安全。近年來，由于自然和人為雙重因素，大連市地下水污染超標現象日益嚴重、普遍且復雜，因此，有必要及時、全面掌握大連市地下水水質現狀和超標情況，深入分析超標原因，為解決地下水污染和農村飲用水安全問題打下堅實基礎。

1 數據來源與指標選用

依據《地下水環境監測技術規范》(HJ-T 164—2004)于2019年9月對大連市41處地下水監測井進行樣品采集，其中39處為國控地下水監測井，2處為省控地下水監測井。參照2017年最新實施的《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)對采集的水樣進行全指標檢測分析，檢測項目包括一般化學性指標、毒理學指標、微生物指標等共計93項。

2 研究方法

2.1 評價方法

水質評價采用單因子法和內梅羅綜合指數法，保證評價結果的科學性和綜合性。

單因子評價法是目前最簡單也是應用最多的水質評價方法，以其中最差的水質指標的水質類別作為最終的評價結果。該方法能夠對某一水體進行嚴格客觀的評價，確定其是否滿足水質類別要求，并能夠明確超標污染物情況和貢獻度。本文采用單因子評價法確定水質類別，超出Ⅲ類標準值視為超標，并明確超標污染物情況。

表1 內梅羅綜合指數法賦值結果

2.2 計算公式

根據各組分評價值Fi，采用內梅羅綜合指數公式來計算各監測點的綜合指數，即

(1)

(2)

通過F值，確定水質綜合污染等級，見表2。

表2 水質污染等級劃分

3 評價結果分析

3.1 單因子評價

由表3可知，大連市41處地下水監測點水質全部超標，其中3處監測點為Ⅳ類，其余均為Ⅴ類。超標項目主要有總硬度、溶解性總固體、總大腸菌群、菌落總數、硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、鋁、碘化物、耗氧量。而硫酸鹽、氯化物、鈉、氟化物、砷、二硝基甲苯等項目雖有檢出，但未超標。其余大部分項目均未檢出。

表3 大連市41處地下水監測數據統計特征值

3.2 內梅羅綜合指數評價

內梅羅綜合指數評價結果見表4，由表4可知，大連市41處地下水監測點中，“中等”級別兩個，占比4.9%；其余均為“差”，占比95.1%。內梅羅綜合指數評價與單因子評價結果基本一致，說明大連市地下水超標情況極為普遍，污染程度嚴重。

3.3 污染現狀分析

由表3分析超標項目在41處地下水監測點的超標比例，分別為：總大腸菌群97.6%、菌落總數92.7%、鐵48.8%、錳36.6%、鋁29.3%、溶解性總固體29.3%、硝酸鹽26.8%、總硬度24.4%、碘化物12.2%、氨氮9.8%。超標污染物主要為微生物指標、

表4 污染評價結果

金屬元素、含氮化合物、總硬度以及溶解性總固體，其中微生物指標污染最為嚴重，涉及大部分地下水，其余污染物均出現不同程度的超標。

精養是超出一般粗放式和常規的、依據科學道理的、與時俱進的行為。從現代汽車養護而言，科學養護就是遵循先檢測(如對發動機在用油的檢測)，根據檢測結果實行有針對性的養護方案的養護理念和技術。針對傳統汽車維修而言，精養就是先診斷后維修，從科學檢測、經制定科學維修方案、到實施科學工藝，從設計角度、工作原理分析、材料選擇、加工、以數據圖形集成和分析、結合經驗統籌到精裝配的維修全過程。精養是建立在“人、環境、設備工具、工藝、流程”等精細化、精致化基礎之上實現的結果。這也就是說我們執行的所有工藝標準必須是可量化的，而不只是經驗值，所有的標準必須可追溯，既必須是符合國際標準、國家標準或企業標準。

分析超標項目在41處地下水監測點的超標倍數：總大腸菌群超標2～832倍，菌落總數超標3～6.4倍，鐵超標0.1～37.0倍，錳超標0.2～35.0倍，鋁超標0.2～33.0倍，溶解性總固體超標0.2～2.8倍，硝酸鹽超標0.5～2.7倍，總硬度超標0.2～1.0倍，碘化物超標0.3～24.0倍，氨氮超標1.3～18.0倍?？偞竽c菌群超標最為嚴重，平均超標400倍，其次是金屬元素，而鐵、錳、鋁的平均超標倍數分別為8.4倍、5.3倍、3.8倍。氨氮和碘化物超標倍數分別為6.4倍和5.8倍?？傮w看來，大連市地下水不僅超標現象普遍，且超標程度較高。

4 超標原因分析

從監測評價結果看，大連市地下水污染主要為微生物指標的總大腸菌群和菌落總數，金屬元素中的鐵、錳、鋁，含氮化合物中的硝酸鹽和氨氮，總硬度與溶解性總固體，以及碘化物。污染最為嚴重的是微生物指標，其次是金屬元素、含氮化合物、總硬度和溶解性總固體以及碘化物。

4.1 微生物指標

微生物指標超標主要是由于生活污染和畜禽養殖污染。大連市地下水井主要分布在農村地區，生活污染物排放缺乏管理和限制。生活垃圾和排泄物的隨意排放，化糞池、污水坑的直接滲濾，都會使大量細菌病毒進入地下水，造成地下水污染。研究表明，微生物能夠在土壤下包氣帶中快速遷移200～300m，細菌和病毒在巖層和黏土層中能夠快速滲入到周邊地下水中，且長時間在地下水環境中存活[2-3]。同時，有些農村地區利用生活污水灌溉，更會造成大規模地下水環境破壞，尤其是微生物污染的蔓延。

養殖業污染也是造成地下水微生物超標的重要因素。隨著社會經濟發展，大連市畜禽養殖的規模不斷擴大，糞便和污水量與日俱增。再加上城市化建設，養殖場多集中至農村地區，加以缺乏應有的排放管理和環保處置措施，導致攜帶大量細菌病毒的污染物肆意排放，通過淋溶滲濾進入地下水，造成微生物污染。

4.2 金屬指標

鐵、錳、鋁元素是自然界中存在較多的金屬元素，大量存在于土壤中的巖石層和礦層。由于環境污染影響，土壤酸性較低，加上酸雨的沖刷，土壤內部的金屬元素會通過氧化還原反應轉化為能溶于水的離子形式滲入地下水，并在地下水中蓄積，造成濃度超標[4]。再加上地下水環境溶解氧水平較低，容易形成兼性厭氧條件，更有利于Fe(OH)3、MnO2以及Al2O3等難溶性金屬氧化物中的金屬元素還原為溶解性的Fe2+、Mn2+和Al3+[5]。

大連市地下水鐵、錳、鋁的超標主要是由于所處地質環境中含有較為豐富的金屬元素，它們通過氧化還原作用和特殊的地質構造進入地下水。同時地下水中較高濃度的微生物含量，加快了其兼性厭氧環境，進一步加劇了金屬元素的還原。同時三面沿海的特殊地理條件，更利于金屬元素的還原和積累，使得超標現象更為嚴重。

4.3 含氮化合物

大連市地下水中硝酸鹽超標較為普遍，超標率接近1/3。氨氮超標程度較高，亞硝酸鹽雖無明顯超標情況，但本底值較高。含氮化合物的超標主要來源于農業和畜禽養殖業，田間化肥、養殖廢料以及生活污水排放，使得大量氮素進入土壤內部，在微生物的作用下,部分氨氮經硝化作用轉化為硝酸鹽氮。由于硝酸鹽氮易溶于水，不易被土壤膠體吸附[6]，因此隨降水和淋溶作用進入地下，導致地下水中硝酸鹽和氨氮的污染。大連市的農業面源污染一直較為嚴重，地表水的氮素含量較高，使大量氮素由降水淋溶、滲濾作用以及地表水補給進入地下水環境。

4.4 總硬度與溶解性總固體

大連市地下水中總硬度和溶解性總固體的超標主要有以下3個原因：

a.海水入侵破壞地下水環境水鹽平衡，改變含水層水動力條件。

b.工業廢水、生活垃圾以及農業、養殖業廢料進入土壤內部，促使巖層中碳酸鎂和碳酸鈣中的金屬元素轉化為易溶的鈣、鎂離子，由固相向水相遷移，造成地下水化學組分改變。

c.源于農業和生活污染。生活垃圾和化肥農藥隨淋溶、滲濾進入土壤內部，使沉積物中難溶的鈣鎂鹽類中的金屬元素經離子交換轉化為易溶鈣鎂離子進入地下水，同時改變地下水的物理化學組分，使總硬度和溶解性總固體超標。

4.5 碘化物

大連市地下水碘化物出現部分超標，超標倍數差別較大，且呈現點源分布，說明碘化物超標與自然環境有關。

大連為沿海地區，碘化物含量豐富，能夠隨降水淋溶和海水遷移進入地下水，再加上沿海地帶地質環境較為復雜，入?？趨^域存在大量富含有機質的沉積物聚集，易形成高碘地下水環境。以往研究發現，海水入侵也是形成碘化物超標的重要原因[7]，但根據碘化物與氯化物含量的相關性分析(R2=0.11)，兩者并無明顯相關關系，同時氯化物在地下水中含量不高。由此可斷定碘化物超標主要是由于沿海地區特殊的氣候、地質條件以及易富碘環境，使得部分區域碘化物大量富集，呈現點狀式超標。

5 結 論

a.采用單因子法和內梅羅綜合指數法對水質進行評價顯示，大連市地下水普遍遭受到較大程度的污染，整體呈現重度污染態勢。超標污染物主要包括總硬度、溶解性總固體、總大腸菌群、菌落總數、硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、鋁、碘化物。

b.分析超標污染物發現，微生物指標的糞大腸菌群和菌落總數污染最為嚴重，超過90%的地下水監測點均出現超標，平均超出Ⅲ類標準值400倍。其次是金屬元素鐵、錳、鋁，超過1/3的監測點受到污染，超標倍數較高。總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、氨氮、碘化物等也存在不同程度的污染，超標現象普遍。

c.微生物、含氮化合物以及總硬度和溶解性總固體的超標主要來源于生活垃圾、農業肥料和畜禽養殖廢料的肆意排放。金屬指標超標主要是由于特殊的地質構造導致土壤中豐富的金屬元素進入地下水，加上易形成的兼性厭氧環境。碘化物的超標則是由于沿海地帶特殊的氣候和地質條件，使部分地區形成富碘環境。

綜上，大連市地下水水質超標是人為污染和自然因素共同作用導致的。因此，加強農村地區農業肥料的合理使用、生活污染排放的處理以及養殖業排放的管理限制是地下水污染防治的關鍵。