北京西郊砂石坑蓄洪工程场地环境质量现状评价

姚旭初, 王广才, 汪 琪, 汪德云, 张琦玮, 张如满

(1.北京市水利规划设计研究院,北京 100048; 2.中国地质大学,北京 100083)

北京西郊砂石坑蓄洪工程场地环境质量现状评价

姚旭初1, 王广才2, 汪 琪1, 汪德云1, 张琦玮1, 张如满1

(1.北京市水利规划设计研究院,北京 100048; 2.中国地质大学,北京 100083)

通过调查研究区历史资料、现场检测与监测、相关性分析等地下水污染现状评价,查明地下水中污染物的分布特征、土壤中污染物的分布特征,以及地下水和土壤之间的污染物组分关系,分析污染物的来源,其主要来自上游受到污染的地下水、填埋坑大气降水淋滤和现有西侧坑内地表水入渗,为“北京西郊砂石坑蓄洪工程”成功立项提供关键支撑。

砂石坑;蓄洪工程;地下水;土壤环境质量;污染现状评价

1 工程概况

北京西郊阜石路砂石坑是20世纪80年代大规模开采砂石料后形成的人为坑,停采后坑的东半部回填了大量建筑垃圾并改造为苗圃地,坑的西半部分为深达30多米的积水坑。北京西郊砂石坑蓄洪工程是对阜石路砂石坑、西黄村砂石坑的治理和利用工程。工程实施后,北京西部八大处沟流域及北八排沟、琅黄沟流域27 km2的100年一遇洪水不下泄,可确保中心城区的防洪安全。早在1993年国务院批准的“北京城市总体规划”中,确定了“西蓄、东排、南北分洪”的城市防洪原则。北京西郊砂石坑蓄洪工程是“西蓄”工程中的一部分,在1995年《北京市区防洪排水规划》中明确了“西蓄”是指将玉渊潭上游81 km2的雨洪,充分利用渠道、西郊砂石坑、玉渊潭湖进行调蓄,以解决上述地区的洪水出路问题,减少进入市中心区洪水,确保城市防洪安全,同时利用部分雨洪回补地下水。

根据以往历史资料,阜石路砂石坑停止采石后被无序填埋大量建筑垃圾、渣土、碎石,近年来由于政府加强环境治理工作,坑的东半部分通过回填土、种树改造为苗圃地。但这种场地用于蓄洪对地下水存在较大的安全隐患,经过雨洪水浸泡的建筑垃圾、渣土,其淋滤液很可能会污染地下水,蓄洪后可能会加重污染,故需要对地下水环境质量现状进行评价,为“北京西郊砂石坑蓄洪工程”可行性研究提供地下水和土壤环境质量方面的基础数据和关键支撑。

2 地层岩性

阜石路砂石坑20世纪90年代被禁止开采砂石料后,一些单位向砂石坑内无序倾倒建筑渣土,砂石坑面积缩小,仅存西五环和上庄路之间的一部分(图1)。根据2012年11月—2013年1月钻探揭露的地层结果,阜石路砂石坑主要被建筑渣土和碎石、卵石填土回填,填埋深度一般为23～28 m。

图1 阜石路砂石坑分布位置图Fig.1 The location of gravel pit near Fushi street

根据钻探揭露的地层情况,按成因、地质年代和岩性研究区地层由上至下为:人工堆积层和第四系全新统冲洪积层。

2.1 人工堆积层(Qs)

主要为房渣土和卵石、碎石填土,夹少量粘质粉土、粉质粘土和细砂填土。

房渣土以砖块、混凝土块为主,含卵石、碎石及少量粘性土,局部含塑料袋等生活垃圾,层底分布高程31.70～54.69 m,地层厚度1.00～25.70 m。

卵石、碎石填土,杂色,稍湿,密实,粒径一般6～9 cm,含少量粘性土,局部混少量建筑垃圾,层底分布高程34.26～66.96 m,地层厚度0.60～14.00 m。

粘质粉土和粉质粘土填土中含氧化铁、云母,见虫洞,细砂填土含灰渣。

2.2 第四纪全新统冲洪积层(Q4al+pl)

该层主要为卵石、细砂,含粘质粉土、粉质粘土褐黄色透镜体。

卵石,杂色,稍湿—饱和,密实,一般粒径6～9 cm,最大粒径约20 cm,偶见漂石,卵石多呈亚圆形,级配较好,含约25%的粗砂,层顶分布高程34.26～61.70 m。

细砂,褐黄色,中密,地层厚度约0.80～1.80 m。

2.3 三叠系双泉组(T1+2sh)

主要为三叠系砂岩和页岩。

砂岩,深灰色,分布于阜石路砂石坑东部,全风化厚度约1.9 m,未揭穿该层,层顶高程约33.97 m。

页岩,青灰色分布于阜石路砂石坑东南角,未揭穿该层,层顶高程约37.51～37.79 m。

3 水文地质条件

场地主要赋存1层地下水,含水层岩性主要为卵石,地下水类型为潜水。地下水位监测期间(2013-01-19—2013-02-27),阜石路砂石坑潜水静止水位埋深为37.60～40.72 m,地下水位标高为26.06～27.56 m;场区目前地下水较深,年变化幅度相对较小,约为1.0 m。地下水整体自西流向东,其中阜石路砂石坑地下水自西南流向东北。地下水主要接受大气降水、地表水渗漏和山前侧向径流补给,以人工开采和侧向流出为主要排泄方式。

4 地下水与土壤环境质量现状评价

4.1 钻孔布置与检测项目

根据在阜石路砂石坑周边浅层土壤气体探测结果、已有5个地下水监测孔分布、区域地下水流场等现场因素,确定在场区内增设和施工钻孔4个,编号依次为H-1,H-2,H-3,H-4。之前5个地下水监测孔编号为ZK11-1,ZK-7,ZK-8,ZK-20,ZK-23。由于施工过程中出现问题,H-3未下探到含水层只作为土样的采集孔,其他H-1,H-2,H-4孔为水样和土样采集孔。上述4个钻孔共采集土样100组、水样3组。场区内民用机井一口,编号为J-1。在场区西侧水坑内取得水样,编号K1,见图2。

图2 阜石路研究区钻孔位置图Fig.2 The location of boreholes in interest area near Fushi street

为了全面了解研究区土壤和地下水中有机物、常规组分的分布情况,对采集的土壤和地下水样品进行测试分析。土壤分析项目包括金属离子和其它无机组分22种,有机物175种;地下水、地表水分析项目包括金属离子和其它无机组分32种,有机物103种。

4.2 地下水中污染组分分布特征

由于在本研究区没有可用于参考的背景值或对照值,本项目地下水污染评价无机组分部分采用《地下水质量标准》(GB/T14848—93)[1]对地下水污染现状进行评价;地下水有机组分部分采用《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)[2]对地下水污染现状进行评价;并结合地下水中有机物的检出情况,分析评价地下水污染现状。

表1 钻孔中的无机超标离子

场地地下水中氨氮的超标率为71%,锌的超标率为75%,亚硝酸盐氮的超标率为50%,硝酸盐氮的超标率为12.5%。其他指标均满足地下水Ⅲ类水标准。其氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和锌超标较为严重,可能与区内生活污水的排放以及场地内建筑渣土的淋滤液下渗有关。

地下水有机组分中,检测项目分为挥发性有机物VOC类和半挥发性有机物SVOCs类两大类,其浓度均低于生活饮用水卫生标准限值。

4.3 土壤中污染组分分布特征

4.3.1 土壤中金属离子分布特征

表2为土壤中金属离子检出结果统计值。土壤中金属离子含量均低于《土壤环境质量标准》三级标准[3]。

表2 土壤金属离子检测结果统计

注:*为《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)中相应的限值。

土壤中不同金属离子浓度在空间上变化特征不同,其中Zn含量最高的是H3-1(H3-1表示为H3孔埋深1 m,下同),Fe含量最高为H4-32,Mn含量最高为H3-22,Cr含量最高为H4-32,Pb含量最高为H3-1,As含量最高为H2-10,Cu含量最高为H3-22,Sr含量最高为H4-27。具体见表3。

表3 土壤金属离子较高含量分布位置[4]

根据钻孔编录,砂石坑苗圃园回填区地层主要细分为5层,见图3。

土壤中金属离子随深度变化呈现出一些特征(见图4-图7)。Cr、Fe和Mn的含量在25 m深度以下明显增大,而Zn和Pb含量地表最大,随深度增加含量递减。苗圃园下方基岩层风化带中Fe、Mn、Cr的含量均上升,Zn的含量同样出现明显增大。

4.3.2 土壤中有机物含量分布特征

100个土壤样品中选取了18个样品(见表4)进行有机组分全分析。分析组分包括VOC,SVOCs和OCP、PCB三大类[4-8]。其中VOC组分检测55种,被检测出的有机物种类为41种,检出率78.8%;SVOCs组分检测96种,被检测出有机物种类为40种,检出率41.7%;OCP、PCB类合计24种,检测出16种,检测率66.7%。土壤样品中VOC、SVOCs和OCP、PCB检出数据统计结果见图9-图11。

图3 钻孔地层结构柱状图Fig.3 Histogram of borehole structure1.壤土;2.杂填土;3.粉质粘土填土;4.卵石填土;5.卵石;6.页岩;7.砂岩;8.钻孔.层深(高程);10.稳定水位。

图4 土壤样品Cr含量与土壤深度关系Fig.4 Relationship between Cr in soil samples and soil depth

图5 土壤样品Fe含量与土壤深度关系Fig.5 Relationship between Fe in soil samples and soil depth

图6 土壤样品Mn含量与土壤深度关系Fig.6 Relationship between Mn in soil samples and soil depth

图7 土壤样品Pb含量与土壤深度关系Fig.7 Relationship between Pb in soil samples and soil depth

图8 土壤样品Zn含量与土壤深度关系Fig.8 Relationship between Zn in soil samples and soil depth

表4 土壤有机物组分检测送样单

图9 土壤有机物VOC组分检出率Fig.9 Detection rate of VOC in soil

土壤中的有机污染物随深度变化呈现出不同的特征[4,6]。

VOC类组分含量较高样品多出现在地表或填埋坑底部。埋深2 m的地表浅层样品中检出VOC类有机物41种,远大于其他深度样品检出种类。其中26种VOC类有机物含量为样品最高值。由此推测地表(尤其是H1孔周边)可能存在有机物污染源。二氯甲烷、邻二甲苯含量在渣土坑底部最高。

SVOCs类15种有机物最高值均出现在埋深24～26 m段的粉质粘土回填层,7种有机物最高值出现在30 m左右的深部回填层中,两个回填层中其他有机物含量同样较高。高浓度的SVOCs,如邻苯二甲酸二甲酯等作为化工合成材料,广泛应用于农药、PVC管、合成橡胶、电线电缆、增塑剂等产品,这与苗圃园农耕活动以及在回填渣土中发现电缆等回填物相吻合。

图10 土壤有机物SVOCs组分检出率Fig.10 Detection rate of SVOCs in soil

图11 土壤有机物OCP和PCB组分检出率Fig.11 Detection rate of OCP and PCB in soil

5 地下水和土壤中污染组分的联系

地下水部分样品中检出无机组分NH3-N、Mn、Se、Fe和NO2-N超标。

土壤样品检测数据显示,Fe含量大部分在19 000 mg/kg左右,风化的基岩中检测出Fe含量高达80 000 mg/kg。Mn在北京市土壤背景值419 mg/kg左右变动,检测出的主要含量范围为200～600 mg/kg。

有机物在土壤中检出97种、水中检出53种,并且水中检出的53种有机物在土壤中均被检出。土壤样品中有机物苯并[a]芘的检出率94.74%,最高值为238 μg/kg,平均值为72.36 μg/kg,但地下水中苯并[a]芘不超标。

6 结论

本文分析了研究区土壤、地下水中无机、有机组分分布特征,评价了研究区地下水和土壤污染现状,得出如下主要结论:

(2) 土壤样品金属离子含量绝大多数符合《土壤环境质量标准》的二级标准。参考北京市土壤背景值,Zn和Pb在埋深2 m以下明显减小,多数样品含量仍大于背景值。

(3) 有机物在土壤中检出97种、水中检出53种,水中检出的有机物在土壤中全被检出。苯并[a]芘只在研究区边界个别钻孔中超标。

(4) 根据地下水超标组分的分布和土壤样品中各组分的分布和超标情况,推测地下水的污染源可能有:上游受到污染的地下水;填埋坑大气降水淋滤;西侧坑内地表水入渗。

[1] 李梅玲,张锡根,阎葆瑞,等.地下水质量标准:GB/T14848—93[S].北京:中国标准出版社,1993.

[2] 金银龙,鄂学礼,陈昌杰,等.生活饮用水卫生标准:GB 5749—2006[S].北京:中国标准出版社,2006.

[3] 国家环境保护局南京环境科学研究所.土壤环境质量标准:GB 15618—1995[S].北京:中国标准出版社,1995.

[4] 马有成.地下水环境质量评价方法研究[D].长春:吉林大学,2009.

[5] 盛益之,王广才,张琦玮,等.某污染场地周边地下水环境质量评价[J].现代地质,2012,26(3):601-606.

[6] 王红娜,何江涛,马文洁,等.两种不同的地下水污染风险评价体系对比分析——以北京市平原区为例[J].环境科学,2015,36(1):186-193.

[7] 孙才志.陈相涛,陈雪娇,等.地下水污染风险评价研究进展[J].水利水电科技进展,2015,35(5):152-158.

[8] 邓青军,唐仲华,周璐,等.荆州市浅层地下水环境质量综合评价与分区[J].长江流域资源与环境,2014,23(6):839-845.

(责任编辑：于继红)

Environment Quality Evaluation of Present Situationin the Western Suburbs of Beijing

YAO Xuchu1, WANG Guangcai2, WANG Qi1, WANG Deyun1, ZHANG Qiwei1, ZHANG Ruman1

(1.BeijingInstituteofWater,Beijing100048; 2.ChinaUniversityofgeoscience,Beijing100083)

Through historical research data,on-site inspection and monitoring,and correlation analysis,engineers evaluate the situation of the groundwater pollution in the study area,find out the distribution of groundwater pollutant characteristics,distribution characteristics of pollutants in soil,and relationship between groundwater and soil composition,besides,analyze the sources of pollutants,which provide key support for the western suburbs of Beijing gravel pit flood control project.

gravel pit; flood-storage engineering; underground water; environment quality in soil; pollution evaluation in present

2016-04-29;改回日期:2016-05-18

姚旭初(1973-),男,高级工程师,水文地质与工程地质专业,从事地下水与环境影响方面的科研咨询工作。E-mail:yxch0986@126.com

X523; X53

A

1671-1211(2016)03-0458-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.049

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1629.016.html 数字出版日期:2016-05-11 16:29