山东北部沿海区地下水质量评价及其成因分析<br/>——以潍坊市昌邑市卜庄镇为例

山东北部沿海区地下水质量评价及其成因分析
——以潍坊市昌邑市卜庄镇为例

2019-05-31陈桥,庄妍,郝得成,王红梅

人民长江 2019年5期

陈桥, 庄妍,郝得成,王红梅

(1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590； 2.山东科技大学山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东青岛 266590； 3.山东省煤田地质局第三勘探队，山东泰安 271000)

随着社会经济和工业的迅速发展，地下水污染日益加重，导致地下水环境质量恶化。另一方面，随工业和城镇发展，人类社会对地下水的开发利用和需求逐渐扩大，对地下水资源保护就显得尤为迫切。因此，对地下水质量展开评价，对于合理规划利用和科学保护地下水资源具有重要的意义。

山东北部沿海区是我国重要的经济发展区。近年来，随着城市化和城镇化进程加快，生活污水和工业废水超标排放，农药化肥大量使用等，引发的水污染问题日益严重[1]。与此同时，地下水污染除受人为因素影响外，还受一些自然因素影响，如该区地下水遭受海水入侵，土壤盐渍化等[2],使得地下水污染成因类型复杂，严重地威胁着地下水质量及当地居民生活饮用水安全。对该区地下水环境质量展开评价已引起了广泛的关注，如砷污染[3]、氟污染[4]、硝酸盐等[5]。但这些研究大多是对某单一污染物进行评价，缺少其综合的研究，较难全面地了解地下水质量特征。另一方面，众多研究表明，地下水不同类型污染物具有内在的联系，在地下水中污染共存，如铁锰、氟硒、有机污染物等。因此，仅关注单一污染物，很难判断污染物的内在的联系。而且，对其他污染指标缺乏深入的了解，也较难以分析其来源及成因，阻碍了人们对该区地下水质量及成因的综合认识。

基于此，本文以潍坊市昌邑市卜庄镇为研究对象，系统采集地下水，综合分析地下水多组份含量，采用单因子和综合法对地下水环境质量展开评价，并探讨其主要污染物来源及成因，以期为山东北部沿海区地下水开发、科学利用及保护等提供依据。

1 样品采集及分析方法

1.1 研究区概况

研究区卜庄镇位于山东半岛西北部，隶属昌邑市东北部，地处潍河下游，莱州湾南岸，潍坊、烟台、青岛三市交界处。研究区位于环渤海经济圈，区内石油化工、盐及盐化工、机械制造、纺纱织造、食品加工、农业、水产养殖业发达。

图1 采样位置Fig.1 The map of sampling sites

区域出露的主要为第四系更新统-全新统冲积、海积、冲海积沉积层，厚度在几十米至几百米不等，由东向西、由南向北厚度逐渐增大，岩性以粉砂、细砂岩、黏土、亚黏土为主。研究区含水层属松散岩层孔隙水，埋藏浅，易于开采。在晚更新世以来形成的三套海相地层中赋存大量天然卤水矿层，成为区域海水入侵的主要物质来源[2]。区域遭遇严重的海水入侵，且以古海水(卤水)入侵为主，海(咸) 水入侵使地下淡水受侵染，长期饮用劣质水，致使某些与水源有关的疾病发病率增加，如氟斑牙、心脑血管病等[4]。

1.2 样品采集及分析方法

本次以村为单位采集地下水，共采集了16个村庄，其中八甲和六甲两村为自来水，来自相邻区域，其他村庄均为当地地下水，采样点分布详见图1。

2 评价因子、标准及方法

2.1 评价因子及标准

依据我国地下水质量状况和人体健康风险，参照生活饮用水、工业、农业等用水质量要求，依据各组分含量高低(pH除外)，将我国地下水划分为五类(见表1)。

表1 我国地下水质量评价划分及其标准Tab.1 The standard and evaluation of groundwater quality in China

2.2 评价方法

2.2.1 单因子评价方法

参照地下水质量标准，按标准中的各类地下水因子指标限值对各单项指标进行评价，根据指标值所在的限值范围确定地下水水质类别。同时，依据“从劣不从优”的原则，即选取指标最差水质类别作为该地下水综合水质类别。

2.2.2 综合质量评价

首先进行单组分评价，依据表2确定其评价分值Fi，根据如下公式计算出综合评价分值F，参照表3，根据F值划分地下水质量级别。计算公式为

3 地下水质量评价结果

3.1 单因子评价结果

表4为单因子评价结果，单因子

表2 地下水各污染物单项组分评价分值Tab.2 The evaluation scores of groundwater single pollution

表3 地下水质量分级标准Tab.3 The grade standards of groundwater quality

表4 昌邑市卜庄镇地下水质量评价Tab.4 The evaluation result of groundwater quality in Buzhuang Town of Changyi City

3.2 综合质量评价结果

对比单因子评价结果和综合评价结果，两种方法评价结果较近，仅徐家庄和扶安两村评价结果不一致，这两个村庄地下水主要是F-和Na+超标，其他指标均满足Ⅲ级，且大多数指标为Ⅰ类标准，所以其综合值偏低。其他较差等级的地下水超标指标数较多且V类指标较多，表明：单因子评价法只能根据水质标准定性划分水质类别，不能考虑水质分级界线的模糊性，容易受指标最大浓度影响，无法全面客观反映实际水质状况，但能反映各单项指标的超标情况。综合评价法在超标指标极端情况下(超标指标较多或没有)才能反映出实际水质情况，同时还凸显了严重污染指标级别。

3.3 地下水污染物成因分析

F-是该区地下水又一重要污染物，所采集的地下水除两个自来水村庄、营子和金山村外，其他村庄地下水氟含量均超标(1 mg/L)。地下水F-含量随pH值增加而增加，这可能是缘于F-与OH-具有相似的半径[6]，大量报道也表明在碱性环境下，地下水F-发生富集[7-8]。显然，海水入侵使得地下水偏碱性，pH值升高，与邻区未受侵染的自来水相比，研究区地下水pH值也明显高。地下水F-含量还与Ca2+呈负相关关系，这是因为地下水氟的上限往往受CaF2溶解度决定[7-9]，地下水中F-含量与Ca2+含量往往呈负相关[10]。对比分析当地地下水与邻村自来水中Ca2+含量可以发现，当地地下水Ca2+含量明显低于本底，很显然，这一过程有利于地下水中F-富集。究其原因：① 海水入侵使得地下水偏碱性，有利于Ca(HCO3)2沉淀；② 海水入侵引起的Na+-Ca2+离子交换[11-13]，事实上，虽然地下水中Na+与Cl-负相关，但γ(Na+)/γ(Cl-)小于1，也表明Na+发生了亏损，发生了Na+-Ca2+离子交换。因此，海水入侵引起的偏碱性以及离子交换是该地区地下水F-富集的重要成因。