下辽河平原区辽阳-鞍山地段浅层地下水污染评价

赵岩

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031

下辽河平原区辽阳-鞍山地段浅层地下水污染评价

赵岩

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031

随着城市规模和城市化进程的扩大与加快，工业化程度的不断提高，区域地表水和地下水受到不同程度的污染，人类赖以生存的淡水资源面临威胁.20世纪90年代以来，我国开始关注农业污染和有机污染的研究工作.结合研究区研究情况，本次评价主要应用单因子污染指数法及综合污染指数法.综合分析了地下水评价的各种方法后，本次评价选择了单指标污染指数评价法和地下水污染综合评价法对该区进行评价.在研究区展开了野外调查，采集了浅层地下水样品110组（其中包括平行样、加标样和监控样合计20组），每个样品测试了35项指标.评价结果表明，研究区67.4%浅层地下水受到不同程度的污染.根据本次评价，基本上反映了研究区地下水污染状况，并为有针对性的治理提供依据.

地下水；污染；评价；下辽河平原

0 引言

地下水环境质量评价研究从20世纪70年代开始逐渐受到重视.国外在地下水污染方面的研究主要是加强污染质运移机理的基础理论研究［1］.地下水污染评价采用的方法与水质评价基本一致.国内地下水污染评价工作起步较晚，但是发展比较迅速.

在我国，20世纪50年代地下水质量问题就引起了关注.1959年北京开展了西郊首钢含酚、氰废水对地下水造成的污染调查与监测研究［2］.20世纪70～80年代，逐步开展了呼和浩特、上海、长春、沈阳、西安、武汉等一些大中城市地下水污染调查工作，并进行了硬度、硝酸盐、砷、铁、酚等地下水污染机理的实验研究，为地下水保护和污染治理提供科学的理论依据［2］.20世纪90年代以来，我国开始关注农业污染和有机污染的研究工作.

国内外区域地下水污染评价方法较多，主要有单因子污染指数、综合污染指数法［3］、参数分级评分叠加指数法［4］、层次分析评价法［5］、统计分析方法［6-7］、灰色系统和模糊数学方法等［8-9］.结合研究区研究情况，本次评价主要应用单因子污染指数法及综合污染指数法.

1 地下水污染评价方法

1.1 单指标污染指数评价法

以环境背景值和《地下水质量标准》（GB/T 14848-1993）［10］中III类水的水质指标为参考对照，构建如下计算公式：

式中：Pki—k水样第i个指标的污染指数；Cki—k水样第i个指标的测试结果；C0—代表k水样无机组分i指标的背景值或有机组分i指标的检出限；CⅢ—《地下水质量标准》中指标i的III类指标限值.

利用式（1）分别计算各水样点单指标污染指数Pki.按表1中污染指标分级标准，确定每一个指标污染等级.

表1 单指标污染指数分级标准Table 1 Grading standard of single pollution index

1.2 地下水污染综合评价法

每个水样点地下水综合污染等级按单指标评价结果的最高类别确定.

本次地下水污染评价指标选择与人类活动密切相关的有毒有害物质，包括8项无机指标和26项有机指标.按三氮指标、毒性重金属指标、挥发性有机指标、半挥发性有机物指标分为4类（表2）.运用上述地下水污染综合评价方法，分别对地下水样品进行分类指标影响分析.

表2 地下水污染评价指标分类表Table 2 Evaluation index classification of groundwater pollution

1.3 对照值的确定

目前地下水背景值计算方法有很多种，但计算结果与实际相差较大.本次主要以20世纪80年代初，鞍山市、辽阳市环境监测数据为基础，结合本次研究所取得的水化学测试数据，经过分析研究确定硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、砷、镉、铬、铅的地下水污染的对照值（见表3）.

表3 部分地下水污染评价指标对照值Table 3 Some evaluation indexes of groundwater pollution

一般情况下，地下水有机物和毒性金属天然环境含量微少，人类活动为主要污染源.因此将毒性金属汞和有机物对照值设定为0.

2 区域水文地质背景及样品采集

研究区属下辽河平原东部山前地带的一部分，全区地势极为开阔平坦.除区内东南一隅有零星丘陵点缀，均属一望无际的平原区，区内地下水是比较丰富的，太子河流经该地段.太子河扇地区为鞍山市与辽阳市主要地下水水源地分布区.随着城市规模和城市化进程的扩大与加快、工业化程度的不断提高，区域地表水和地下水受到不同程度的污染，人类赖以生存的淡水资源面临威胁.

2.1 水文地质背景

地下水的赋存内因是含水层几何形态，包括基底地形、含水层厚度、埋深、结构、颗粒粒度、分选、磨圆等.外因是地下水的补给条件，包括气象、水文、地形地貌、地表入渗能力等.本区第四系分布广、厚度大，粒度粗.地面入渗能力强，（薄层亚砂、亚黏土），又有太子河、大气降水和河流地表水可直接补给地下水，因而赋存着极为丰富的地下水.

太子河冲洪积扇地处山前出口处，基底地形为一由东向西开放的簸箕状，东高西低，东窄西宽.含水层由粒径粗大的卵石、砾石、砂含砾石由东向西过度.含水层的渗透系数、导水能力、储水能力很强.地表为薄层亚砂土、亚黏土.上游局部或漫滩区为细砂或砂含砾.该区年平均降雨较多，垂向渗入补给量大，加之太子河上游段侧向补给和两侧丘陵区地表径流补给，使得本区赋存着极丰富的地下水.按含水层类型及地下水赋存状态，将全区地下水分为3大基本类型，即松散岩类孔隙水、碳酸岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水.

地下水的补给和运动，即地下水的补给、径流、排泄作用作为一个统一的连续过程，很难分开，尤其在垂向补给和排泄为主的条件下，更是如此.往往补给区有径流，径流区有补给和排泄，几种不同的地下水形成作用交织在一起.

2.2 样品采集

在区域控制的基础上，本次样品采集原则为优先选择重要地下水水源地、国家级、省级地下水监测孔、大泉（泉群）、有系列分析资料的农用井、大型工矿企业自备井、矿山排水、油田供水井、重要污染源附近的监测井等井孔或水点（图1）.

图1 采样点分布图Fig.1 Distribution of sampling sites

研究区采样点布设时重点考虑污染源、含水层分布、地下水流向，并结合污染物的扩散形式来确定.当现有井（泉）点不能满足采样密度时，应采用人工揭露方法采集地下水样品.

水样品采集中做出周密计划，包括采样时间安排、采样人员安排、采样点位置与数量、采样行程与进度安排、检测项目、采样容器种类与数量、采样用试剂种类与用量、现场检测项目与仪器、采样设备、采样器材种类与数量、现场质控样品种类与数量、样品送检数和时间等.采样前与送检实验室协商编制采样计划.采样计划发放至工作组每个成员和承担检测任务的实验室.采样准备，从送检实验室获取所需数量的有机采样瓶、用于制作现场空白的纯水、制作现场基体加标回收样的标准溶液、现场所使用的各种保护剂，自备了野外取样冷藏箱.采样前做好现场用检测仪器的校准和采样泵等其他采样器材的准备工作.采样中根据钻孔类型选择采样设备.

本次研究除去监控样、平行样和空白样品（合计20），共计采集了89组浅层地下水样品，采样密度为每百平方公里8～9组样品.检测指标为42项，包括现场物理化学指标7项，地下水无机指标8项，地下水有机指标27项.

3 区域地下水污染评价

依据本次采样测试数据进行评价分析，得出研究区遭受不同程度污染的地下水占总取样点数的67.4%.以极重污染为主，占总取样点数的33.7%.轻度污染、中污染次之，分别占总取样点数的14.6%，而较重污染、严重污染的地下水均未超过总取样点数的5%（见表4）.

3.1 “三氮”

3.1.1 单指标评价

本次评价共利用样品89组.从表5可以看出研究区三氮单指标地下水污染评价总体情况是Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类数目少，所占比例仅有10%左右.其中NO3-Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类共18个样品点，占所有样品的20.22%. NO2-Ⅵ类有8个样品点，占所有样品的8.99%.NH4+Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类共13个样品点，占所有样品的14.61%.其中，NO3-在研究区Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类样品普遍分布重点研究区内，呈散布式分布.NO2-在研究区Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类样品分布比较普遍，以Ⅵ类样品为主零散分布在研究区. NH4+在研究区Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类样品分布不多，为零散分布.研究区三氮指标单指标地下水污染评价总体比较严重，集中在人口聚集的城市周边，受人类生产生活影响较大.

3.1.2 综合指标评价

本次评价共利用样品89组.其中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类污染点为36组，占总数的40.4%.研究区地下水三氮污染程度比较严重，19个Ⅵ类样品点散布于研究区（见表6）.三氮污染主要是工业污染和人类生活污染.研究区位于辽阳市和鞍山市西部太子河流域，以工业为主，工业废水量较大，造成研究区地下水三氮指标污染污染较重的现状.

表4 地下水污染指标评价统计表Table 4 Evaluation index statistics of groundwater pollution

表5 三氮单指标地下水污染评价统计表Table 5 Statistics of groundwater pollution evaluation for single index of 3-N

3.2 毒性金属指标污染评价

3.2.1 单指标评价

砷、镉、铬、铅、汞、硒，因其在地下水中的含量的多少与人类活动关系极为密切，在总体分布上与其他离子相比，个性突出.

研究区有毒重金属单指标地下水污染评价统计见表7.

本次评价共利用样品89组.由表7可以看出，研究区有毒重金属单指标地下水污染评价总体情况是Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类数目少，所占比例仅为5%左右，其中砷无Ⅳ类、Ⅴ类样品，Ⅵ类有1个样品点，占所有样品的1.12%.镉、硒、铬和汞无Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类样品.铅Ⅳ类有1个样品点、Ⅵ类有2个样品点，占所有样品的3.37%.其中，砷单指标在研究区仅有海城市腾鳌镇接官堡村采样点的样品为Ⅵ类样品，其余均没有超过Ⅳ类样品.铅单指标在研究区仅有辽阳县灯塔县张台子镇新农村内和辽阳市太子河区东京陵乡沙坨子村采样点的样品为Ⅳ类样品，辽阳市辽阳县黄泥洼乡头台子村内采样点的样品为Ⅵ类样品，其余均没有超过Ⅳ类样品.研究区有毒重金属指标单指标地下水污染评价较轻，仅在个别点受人类生产生活影响.

表6 地下水污染综合指标评价统计表Table 6 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

表7 研究区有毒重金属单指标地下水污染评价统计表Table 7 Statistics of groundwater pollution evaluation for single index of toxic heavy metals

3.2.2 综合指标评价

对89组样品测试结果进行地下水污染分类指标评价，结果见表8.

本次评价共利用样品89组，其中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类污染点为1组，占总数的1.1%.研究区地下水有毒重金属污染程度比较轻，1个Ⅵ类样品点散布于研究区.有毒重金属污染主要是工业污染和人类生活污染.

3.3 挥发、半挥发性有机物污染

3.3.1 单指标评价

本次评价共利用样品89组.研究区有毒有机物单指标地下水污染评价总体情况是（除苯并（a）芘外）Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类数目少，所占比例仅有5%左右.其中三氯甲烷无Ⅴ类、Ⅵ类样品，Ⅳ类有1个样品点，占所有样品的1.12%.1，2-二氯乙烷和1，2-二氯丙烷，都无Ⅳ类、Ⅴ类样品，Ⅵ类也只有1个样品点，占所有样品的1.12%.总六六六Ⅳ类有一个样品点，Ⅵ类有两个样品点.苯并（a）芘有29个样品点的样品为Ⅵ类，占所有样品的32.9%.其余指标都没有超过Ⅲ类样品.研究区苯并（a）芘污染较重，呈零散分布在研究区，受人类生产生活影响较大.研究区有毒有机物指标单指标地下水污染评价较轻，仅在个别点受人类生产生活影响. 3.3.2综合指标评价

表8 地下水污染综合指标评价统计表Table 8 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

89 组样品测试结果进行地下水污染分类指标评价，结果见表9.

本次评价共利用样品89组，其中半挥发性有机物因为受苯并（a）芘影响，Ⅳ类污染点为3组，占总数的3.4%；挥发性有机物Ⅵ类污染点为2组，占总数的2.2%.总地来说，重点地段地下水有有机物污染程度比较轻，仅苯并（a）芘、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷有个别点样品超过Ⅲ类.有机物污染主要是工业污染和人类生活污染.辽阳-鞍山重点调查区地下水挥发性有机物污染程度轻微，污染点一处分布在鞍山市西南、一处分布在柳壕公社西南.辽阳-鞍山重点调查区地下水挥发性有机物污染程度较轻.地下水半挥发性污染点分布比较零散，规律性较差.半挥发性有机物污染主要是农业生产过程中大量使用农药引起的，其次是工业污染.因此污染点具有零散分布，规律性差的特点.

4 地下水污染原因分析

研究区地下水污染是在人类剧烈活动下产生和加剧的.而人类活动主要表现为土地利用状况.不同的土地利用类型，其地下水污染形式和原因也有所不同.鞍山市地下水水质稳定，除铁污染倍数较大，属原生地下水环境因素造成外，其他指标污染倍数较小，是由于局部污染所致.如亚硝酸盐出现于浑河-太子河河间地块平原，为个别点污染所致.铁在河流山前冲洪积扇后缘、太子河流域冲洪积扇南部边缘和浑河-太子河河间地块平原3个检出样品中污染程度较重.辽阳地区地下水污染项目主要为硝酸盐、亚硝酸盐、矿化度、硬度、氨氮、挥发性酚、铁、锰.辽阳地区水质较差的原因主要是地下水中铁、锰含量污染.

4.1 城市地区

城市用地引起地下水污染的原因有两方面：一是城市污水排放，二是城市垃圾污染.城市生活和工业污水排放对地下水污染，特别是化工、制药、农药生产及石油化工企业的污水排放，已造成对地下水的污染威胁.城市垃圾场选址或处理不当会污染地下水.调查发现许多城市垃圾场选在地下水补给源区或水源地附近，且多数垃圾场建场时未做防渗处理.本次研究表明,在距垃圾场最近的地下水中的污染物含量和种类最多，离1000 m处仍然存在较高浓度的污染物，特别是有机物苯（a）并芘的检出率高达32.58%.而垃圾场附近的地下水样品中，苯并芘的检出率更高.

4.2 农村地区

农村用地污染包括农业用地污染和农村居民用地污染.农业用地引起地下水污染主要有两种方式：一是施用化肥和农药；二是污水灌溉.居民用地污染则指农村生活垃圾和生活污水造成的污染.一般说来，农业用地引起的污染多呈面状污染，农业化肥的不合理施用导致地下水三氮污染，NO2-污染率已高达25%，NO3-和NH4+的污染率分别为16.85%和12.36%.农药大量使用也是造成区域地下水污染的一个重要因素.此外，城市周边及排污河附近地区污水灌溉也对地下水造成污染.

农村居民用地引起的污染主要表现为农村污水或垃圾随意排放引起的地下水污染.调查发现，农村垃圾、粪便等到处都有散布，尤其村中原来的壕塘等都作为村中的垃圾堆放池使用，这是引起农村地下水污染重要方式之一.

表9 地下水污染综合指标评价统计表Table 9 Comprehensive evaluation index statistics of groundwater pollution

4.3 工矿地区

工矿企业引起的污染主要表现在污水的排放对地下水的影响.大量排放的工业废水中，含有浓度较高的硝酸根离子、亚硝酸根离子、铵根离子、铅离子、COD、挥发酚及氯代溶剂等，造成地下水，尤其是浅层地下水的污染.而工业垃圾的堆置主要产生重金属离子，重金属离子进入地下水中将导致总硬度、溶解性总固体值的增加.

一般说来，企业对地下水的污染多为点状污染，但由于企业排的污染物集中、浓度高，其对地下水污染的影响是巨大的，尤其是当企业污染排往地表河流时，工矿企业引起的污染就转变为线状污染.当被用于农业灌溉时，工矿企业引起的污染就转变为面状污染.工矿企业污水主要排放途径是地表水系及邻近坑塘.乡镇企业及矿产资源开发也是工矿企业对地下水污染的重要方面.乡镇企业和矿产资源开发往往具有生产集中、影响局部、防污意识差的特点，在冶炼、加工、存储过程中已导致周边地区地下水重金属污染、有机污染等，如：鞍山市达到湾镇达到湾村采样点样品Fe和苯并（a）芘均为Ⅴ类；辽阳市辽阳县唐马寨镇古家台村采样点样品Fe、Mn、NH4+、苯并（a）芘为Ⅴ类.

5 结语

采用单指标污染指数法及地下水污染综合指数法对下辽河平原辽阳鞍山地段地下水污染状况进行了系统评价.评价结果表明，研究区遭受不同程度污染的地下水占总取样点数的67.4%，以极重污染为主，占总取样点数的33.7%.轻度污染、中污染次之，分别占总取样点数的14.6%.而较重污染、严重污染的地下水均未超过总取样点数的5%.根据本次评价，基本上反映了研究区地下水污染状况，并为有针对性的治理提供依据.

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EVALUATION OF SHALLOW GROUNDWATER POLLUTION IN LIAOYANG-ANSHAN SECTION OF LOWER LIAOHE RIVER PLAIN

ZHAO Yan

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

With the expanded city scale,accelerated urbanization and improved industrialization,regional surface water and groundwater are polluted in varying degrees and freshwater resources for human survival is threatened.Since 1990s, China has focused on researches about agricultural pollution and organic contamination.Considering the situation in the study area,the evaluation mainly adopts single factor pollution index and comprehensive pollution index methods.After a comprehensive analysis on the various methods of groundwater evaluation,the evaluation selects single pollution index and comprehensive evaluation index of groundwater pollution for the region.The author collects 110 groups of shallow groundwater samples in the study area,and tests 35 indicators for each sample.The evaluation results show that 67.4%of the shallow groundwater are subject to contamination in different degrees,which basically reflects groundwater pollution status and provides the basis for targeted treatment in the study area.

groundwater;pollution;evaluation;Lower Liaohe River Plain

1671-1947（2015）04-0388-06

X523；X824

A

2014－09－20；

2015-03-28.编辑：李兰英．

赵岩（1982—），男，工程师，主要从事水工环地质调查研究，通信地址沈阳市皇姑区宁山中路42号，E-mail//zhaoyan_8@163.com