填海造地化工園區(qū)地下水污染調(diào)查及原因分析

劉玉蘭，許敬紅，孔慶波，沈良之

(大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116021)

隨著經(jīng)濟發(fā)展對土地的需求的顯著增加，特別在沿海地區(qū)，填海造地通常是滿足城市發(fā)展土地需求的首選解決方案[1-2]。由于取水方便及環(huán)境敏感性小等多種因素，很多城市在填海造地區(qū)建設(shè)化工園區(qū), 這些化工園區(qū)成為該區(qū)地下水主要的點源污染[3]。而地下水污染具有極強的隱蔽性，不易察覺，因而受到污染的地下水很難被治理[4-5]。這些填海地區(qū)地層回填時間一般較短，填料組成物質(zhì)雜亂、分布不均勻、結(jié)構(gòu)松散，具有強度低、壓縮性高和均勻性差等特點，地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，地下水和海水水力聯(lián)系密切等特點[6-7]。尤其是因地層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定引起的不均勻沉降[8]，使地層中敷設(shè)的污水管網(wǎng)發(fā)生局部斷裂引起污水滲漏進入地下水，而這種暗管斷裂通常很難發(fā)現(xiàn)，給地下水的污染調(diào)查及原因分析帶來很大的不確定性。同時，回填區(qū)的生物沉積底泥也會給地下水環(huán)境帶來污染，有研究顯示，海水養(yǎng)殖區(qū)沉積物的主要污染物為有機氮[9]。由于填海區(qū)復(fù)雜的沉積環(huán)境及地層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性所帶來的地下水污染，給科學(xué)制定地下水污染防治措施帶來更大的挑戰(zhàn)。

本研究以北方某填海造陸化工園地下水為研究對象，通過跟蹤監(jiān)測不同地貌區(qū)地下水污染指標，結(jié)合污染源分布特征及地下水賦存環(huán)境，對地下水污染原因進行分析。

1 研究區(qū)概況

1.1 化工園區(qū)概況

該園區(qū)背靠東北腹地、面向渤海灣，屬于臨海化工園區(qū)。園區(qū)始建于2005年，沿渤海某海灣岸線開始邊回填邊建設(shè)，總面積為7.8 km2，其中，回填區(qū)面積5.5 km2，原地貌區(qū)占2.3 km2。園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有企業(yè)超過30家，以精細化工、海洋化工為主。園區(qū)西南部有園區(qū)污水處理廠一座。區(qū)內(nèi)雨污水管網(wǎng)為地下暗管。園區(qū)地下水自2017年9月建井進行持續(xù)跟蹤監(jiān)測，并于2019年1-6月對園區(qū)市政和企業(yè)雨污排水管網(wǎng)(管網(wǎng)總長38 800 m)破損及淤堵的排查、修補和疏通工程，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺陷34處，功能性缺陷142處，合計修補疏通管網(wǎng)5 624 m，其中回填區(qū)管網(wǎng)破損長度占總破損管網(wǎng)的90%。

1.2 研究區(qū)地形地貌

園區(qū)地形地貌主要包括人工堆積平地和侵蝕低山丘陵。研究區(qū)地形整體東北高、西南低，標高0～26.56 m，高差約26.56 m。研究區(qū)東北側(cè)為原地貌區(qū)，地勢較陡，坡度約4%，地貌類型為侵蝕低山丘陵；研究區(qū)西、南側(cè)沿海灣為回填區(qū)，地勢較平緩，坡度約0.4%～0.7%，地貌類型為人工堆積平地，回填深度1.0～7.5 m，平均深度約4 m。填海材料主要為外來物質(zhì)，成分復(fù)雜，主要由粘性土及碎石混雜而成，碎石成分以灰?guī)r為主。回填區(qū)歷史上曾為鹽田及海水養(yǎng)殖區(qū)。

1.3 水文地質(zhì)條件概況

園區(qū)內(nèi)地下水類型主要為孔隙水、基巖裂隙水和少部分裂隙巖溶水。從空間分布上，上層地下水系統(tǒng)西部為回填區(qū)孔隙水，東部為陸相沉積孔隙水，深層地下水系統(tǒng)西部為巖溶水，東部為基巖裂隙水。地下水流向為依地勢自東部原地貌區(qū)流向西部和南部回填區(qū)，并最終排入海域。研究區(qū)地下水類型分布見圖1。

圖1 研究區(qū)地理位置及水文地質(zhì)條件圖

2 數(shù)據(jù)來源與分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

自2017年9月-2019年11月對16眼地下水井進行跟蹤監(jiān)測，每月一次，取樣時間固定在該區(qū)域海水大潮期，取樣位置為地下水水位以下0.5 m。另外，為驗證潮水對地下水的影響，大潮和小潮均取樣一次(取樣期為2019年7月)；為更進一步查找污染源，自2019年8-11月對有機物進行分層取樣，取樣層位為水位以下0.5 m及含水層中下部。

評價標準采用地下水質(zhì)量標準(GB/T14848-2017)Ⅳ[9]類標準進行評價。評價方法采用標準指數(shù)法[10]，標準指數(shù)大于1，表示該指標超標，標準指數(shù)越大超標越嚴重。

2.2 數(shù)據(jù)分析

本次地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)分析時間為2017年9月19日-2019年11月15日，合計28個周期。對于反映園區(qū)地下水固有地質(zhì)及填海區(qū)海水自然屬性特征的，如硫酸鹽、氯化物、溶解性總固體、鐵、錳等指標，雖然均有超標但是數(shù)值穩(wěn)定，因此不作為本次污染原因分析的指標。本研究只針對園區(qū)內(nèi)可能受人為污染源影響的指標進行分析。通過指標篩查，確定園區(qū)內(nèi)地下水主要污染物為耗氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。

2.2.1 地下水污染空間分布及趨勢

對比分析16個監(jiān)測井，原地貌區(qū)地下水污染程度最輕，點位編號為5#、13#和15#。該區(qū)域總體水質(zhì)較好，僅13#井氨氮超標，超標指標為氨氮。氨氮標準指數(shù)為1.17～10.8，2019年后持續(xù)不超標，趨勢向好。13#井水質(zhì)變化趨勢見圖2。

圖2 13#井氨氮及耗氧量水質(zhì)變化趨勢

回填區(qū)污染較重，該區(qū)有13個監(jiān)測點。按照污染源特征及污染程度可進一步劃分為三個區(qū)，北部非工業(yè)源輕污染區(qū)、中部工業(yè)源污染區(qū)、南部氨氮重污染區(qū)。地下水指標污染趨勢見圖3～圖15。

圖3 1#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖4 2#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖5 3#井氨氮、耗氧量變化趨勢

北部非工業(yè)源輕污染區(qū)：監(jiān)測井為1#、2#、3#，該區(qū)附近基本無工業(yè)企業(yè)分布。水質(zhì)總體趨勢向好，主要超標指標為氨氮，2019年9月后監(jiān)測顯示1#、2#已經(jīng)不超標，僅3#點位略有超標。本區(qū)歷史最大超標倍數(shù)在3#點出現(xiàn)，2018年10月超標11.67倍，2019年3月后開始持續(xù)下降，目前超標倍數(shù)大幅下降為1.48。

回填區(qū)中部工業(yè)源污染區(qū)：7個監(jiān)測點，編號為4#、6#、7#、8#、9#、10#、16#。本區(qū)域主要污染物為以8#點和9#點為中心的有機物污染，超標指標為1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷。因1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷密度大于水，屬于DNAPL(重質(zhì)非水相液體)，因此分層監(jiān)測結(jié)果顯示，下層污染程度高于上層。該區(qū)耗氧量和氨氮也超標，4#和16#一直穩(wěn)定達標，6#、7#、10#氨氮有波動趨勢，自2019年7月趨勢向好。

圖6 4#井氨氮 耗氧量變化趨勢

圖7 6#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖8 7#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖9 8#井氨氮、耗氧量變化趨勢

回填區(qū)南部氨氮污染區(qū)：監(jiān)測點分布3個，編號為11#、12#、14#。水質(zhì)以氨氮污染為主，水質(zhì)總體較差。氨氮前期污染嚴重，12#井2018年12月份超標504倍，自2019年開始持續(xù)下降，到目前超標189.3倍，但近6個月來趨勢已經(jīng)較為穩(wěn)定。

2.2.2 污染原因分析

原地貌區(qū)企業(yè)分布較為集中，但地下水污染程度較輕，回填區(qū)中部和南部污染較重。通過分析原因主要有三個：

圖10 9#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖11 10#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖12 11#井“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖13 12#井“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖14 14#“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖15 16#井氨氮、耗氧量變化趨勢

1)地下水流場特征

原地貌區(qū)處于地下水的上游，地下水徑流速度較快，污染物不容易累積；而回填區(qū)處于地下水下游區(qū)，受海水頂托作用水流緩慢，污染物擴散慢導(dǎo)致污染物集中。

2)地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

原地貌區(qū)污水管網(wǎng)所處的地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，企業(yè)污水通過管網(wǎng)破損處進入地下水的量較少，污染程度較輕。回填區(qū)地基不均勻沉降導(dǎo)致污水管網(wǎng)破損，污水通過管網(wǎng)破損處滲漏進入地下水，尤其是在園區(qū)污水處理廠附近，管網(wǎng)密集，污水滲漏量大，導(dǎo)致污染嚴重。自2019年該區(qū)采取管網(wǎng)的檢漏修補措施后，重污染區(qū)的水質(zhì)惡化趨勢得到緩解，進一步驗證了污水管網(wǎng)滲漏為本區(qū)地下水的主要污染源。

3)地下水儲水環(huán)境

回填區(qū)歷史上曾為魚蝦養(yǎng)殖區(qū)，經(jīng)過回填后地下儲水環(huán)境中仍存有氨氮污染源，該污染源在短期內(nèi)仍然會對地下水造成影響，導(dǎo)致回填區(qū)氨氮污染嚴重。

3 結(jié)語

(1)本文以某填海造陸化工園區(qū)地下水為研究對象，通過開展污染調(diào)查、跟蹤監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行污染趨勢分析，并對污染原因進行了分析。研究結(jié)果顯示，園區(qū)地下水不同地貌單元地下水污染程度不同，原地貌區(qū)地下水污染程度較輕，而回填區(qū)污染較重。分析污染原因，回填區(qū)除了受原生地質(zhì)、沉積環(huán)境、海水影響外，園區(qū)內(nèi)因回填區(qū)不均勻沉降導(dǎo)致污水管網(wǎng)斷裂引發(fā)的滲漏是造成地下水污染的主要原因。

(2)對于污染較重的中部和南部區(qū)，建議采取進一步的斷源措施，采取可視化明管排污。對于已經(jīng)產(chǎn)生的存量污染，建議首先進行風(fēng)險評估，然后采取風(fēng)險管控或修復(fù)措施防止污染暈擴大。