典型工業園區地下水污染分布特征與風險評估研究

溫長洲

（廣東省汕尾生態環境監測站，廣東 汕尾 516600）

1 引言

我國1/3水資源為地下水。隨著人口的迅速增長、經濟的快速發展，工業已成為我國經濟的重要組成部分，每個大城市都會有一個工業區，因此不可避免地帶來日益嚴重的地下水污染問題。地下水不僅是淡水的主要來源，也是復雜生態環境系統的敏感組成部分，因此，地下水水質的波動往往會影響當地生態系統的自然平衡以及人體的健康狀態。地下水具有隱蔽性高、不可逆轉、構成復雜等特點，導致其一旦被污染，就很難再恢復，因而造成不可估量的損失。

本文選擇某典型化學工業園區作為分析對象，對園區地下水常規指標與特征指標進行監測，評價地下水質量、進行污染評價以及風險評估，為地下水的保護與風險評估提供參考意見[1]。

2 調查分布設計

2.1 園區概況及測點

本文所選擇的工業園區位于遼寧省某化工工業密集區，面積大約為17 km2，是主要以石油化工產品加工、精細化工項目為主的工業園區。本次研究共在園區附近設置潛水監測井10個，在地下水上游設置1個，園區邊界設置4個，垂直于水流方向設置2個，園區內部設置3個。井眼測試結果表明，園區內地下水埋深主要在0.9～3.5 m，部分區域最大埋深可達到8 m左右。本文所采用數據來源于《全國地下水調查評估項目-遼寧省地下水基礎環境狀況調查評估》。

2.2 監測指標的確定

由于工業園區內企業眾多，行業復雜，生產工藝不同，所造成的污染種類也不同。本文選取《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中地下水水質常規指標中16項一般化學指標、2項微生物指標、15項毒理學指標，作為33項必測指標；根據各種工業污染源的獨特表現，從《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中地下水水質非常規指標中選擇28項毒理學指標作為特征指標；根據工業園區原材料、產物分析以及專業人士訪談選取1項指標作為補充指標，對地下水污染特征進行描述。綜合上述，本次試驗中選擇的監測指標共計62項，詳見表1。

表1 地下水監測指標（不含補充指標）

2.3 水質評價方法

目前應用比較廣泛的水質評價方法和模型主要有綜合指數法、模糊綜合評價法、灰色聚類法等。本文采用單指標聯合內梅羅指數綜合評價法，該方法有計算簡單、運算量小、概念清晰等優點，但會存在一定的誤差。為了彌補這種缺點，本文采用ArcGIS中的插值分析方法對水質特征在園區內的分布進行數值模擬，將各個點位的水質特質與整體園區的水質特點進行連續性的描述，突出重點污染區域，還原地下水特征[2]。

3 地下水污染特征結果

3.1 地下水特征分類

根據2017年施行的《地下水質量標準》，對飲用水、工農業用水的質量要求，將各項指標濃度從高至低分成五大類。Ⅰ類，水中各項化學指標濃度低，適用于各種用途；Ⅱ類，各項化學指標濃度較低，適用于各種用途；Ⅲ類，各項化學指標濃度中等，適用于集中生活飲用水及工農業用水；Ⅳ類，各項化學指標濃度較高，大多用于農業灌溉和工業用水；Ⅴ類，各項化學指標濃度高，不可直接使用，需要進行評價后，符合條件方可使用。

3.2 結果分析

（1）結果分析方法介紹

首先使用單指標確定地下水各項指標的質量類別，其次，利用綜合評價分值的劃分標準，確定各項指標的Fi值，詳見表2。

表2 各項指標Fi值一覽表

利用如下公式對地下水污染等級進行分級評價：

式中，為所有指標評估價值的平均值，Fmax為某一項指標最大評價值，n為項數。

根據F值對地下水污染情況進行分類，詳見表3。

表3 地下水質量分類區間

對各個點位水質指標進行測試，結果發現上游點位水質良好，適合作為飲用水；其他點位的水質均為Ⅳ類或者Ⅴ類。綜合分析，本園區內地下水的污染因子主要有氯化物、錳、氨氮、氟化物、硝酸鹽氮、砷、1，2二氯乙烷和五氯酚、硫酸鹽。由于工業園區的產物以芳香族氟化物為主，工藝復雜，該園區的生產嚴重污染了地下水并且有擴散跡象，不宜飲用。

3.3 地下水質量分布

根據各個點位的地下水質量F值計算結算，利用ArcGIS中的反距離權重法，對整個園區的地下水質量進行數值模擬[3]。模擬結果得到：在園區范圍內，上游水質質量優良，進入園區后，地下水質量迅速下降；受到化學生產的影響，導致整個園區附近水質質量均為Ⅳ類或Ⅴ類，不宜飲用；下游區域水質則更差[4-5]。

4 地下水污染風險評估模型

本文依據地下水健康風險評估模型，對飲用水目標進行水質評價，進行風險評估，最終選擇13個監測指標，包括6個致癌風險指標：砷、六價鉻、三氯甲烷、二氯甲烷、1，2二氯乙烷以及五氯酚；7個非致癌風險的指標：鐵、錳、汞、氟化物、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮。

4.1 評價模型

使用美國EPA推薦的評價模型。

地下水暴露量（致癌效應）公式：

式中，CGWERca為飲用受影響地下水對應的暴露量（致癌效應）L·kg-1·d-1，GWCR為每日飲水量，L·d-1；EF為暴露頻率，d·a-1；ED為暴露期，a；BW為體重，kg；ATca為致癌效應平均時間，d。

單一致癌物風險：

式中，CRcgw為單一致癌物致癌風險，無量綱；Cgw為污染物濃度，mg·L-1；SFo為飲用致癌的加權系數，mg污染物·kg-1體重·d-1

地下水暴露量（非致癌效應）公式：

式中，CGWERnc為飲用受影響地下水對應的暴露量（致癌效應）L·kg-1·d-1。ATnc為非致癌效應平均時間，d。

單一污染物非致癌危害商用公式：

式中，HQcgw為單一污染物的非致癌危害商，無量綱；Cgw為污染物濃度，mg·L-1；RfDo為經口攝入參照系數，mg污染物·kg-1體重·d-1；WAF為暴露與地下水的參考劑量分配系數，無量綱。

4.2 風險評估結果

通過模型計算，致癌風險指標風險評價結果詳見表4。

表4 致癌風險指標評價結果

通過對表4進行分析，發現上游點位致癌風險最低，只要對砷和六價鉻進行防范即可；工業園內部致癌風險水平較高，達到五級，五氯酚、砷、六價鉻以及1，2二氯乙烷的致癌風險整體超過了30%，需要對這幾種成分進行針對性治理。

4.3 風險評估趨勢模擬

利用差值分析，將園區內各點位的風險評估轉化為連續性的區域風險評估，整體分析區域風險情況。通過模擬結果看出：中心區域風險高，呈現向四周擴散的趨勢，總的來說對周邊區域影響較??；同時針對個別風險較高的點位，需要引起關注，及時采取相應的治理措施，避免風險外溢。

5 結語

通過對工業園區10個點位的地下水進行質量、污染評價，風險評估分析，可以發現園區上游水質較好，符合飲用條件；但是園區內地下水質量很差，主要有氯化物、錳、氨氮、氟化物、硝酸鹽氮、砷、1，2二氯乙烷和五氯酚、硫酸鹽等污染因子，其來源大部分為工業產品生產。目前，園區各個點位均有較大的致癌風險，主要的致癌指標有五氯酚、砷、六價鉻以及1，2二氯乙烷等，整體的非致癌風險等級較低，屬于可以接受的水平。但是從分析來看，風險仍然呈現擴散的趨勢，下一步應根據該園區的水文地質條件，對地下水污染趨勢進行預測，及時有效地采取合理措施來應對地下水的污染，避免對地下水質帶來不可估量的損失。