淄博市大武水源地土壤质量分析及其对地下水的影响

李双，刘治政，杨丽芝，朱恒华，刘柏含，郭艳

(山东省地质调查院，山东 济南 250014)

0 引言

近几十年来，世界各地随着自然环境的恶化，土壤环境受到不同程度的破坏，土壤质量受到越来越多的关注[1-2]。土壤污染将长期危及生态系统和人类生存安全[3]，有效的土壤质量评价可以提高土壤生产力，保持土壤可持续性，对促进水土生态平衡，保护人类健康具有积极作用[4-5]。然而土壤是由固、液、气三相的物质组成的[6]，质量评价很难如水、大气标准那样直接制定环境质量标准[7-9]。

我国现今在土壤质量评价方面也做了很多研究，Wenyan Shao等[10]以我国西北典型干旱区河西地区为研究区，提出基于BP-ANN的土壤质量综合评价模型，对干旱区土壤重金属污染与土壤养分结合的土壤质量进行分类评价，结果表明土壤质量较好，轻度重金属污染，养分较差的结果；陈国光等[11]以土壤中有毒有害元素含量为依据，以元素污染叠加程度为准则，建立了长江三角洲地区土壤污染等级标准，得出表、深层土壤成土母质具有同源性，元素含量具有较好的相关性，深层土壤基本不受人类活动影响的结果。

自20世纪90年代淄博市大武水源地的石化厂区地下管道含油废水渗入土壤中，造成土壤的石油污染[12-13]，并且在水源地范围内有多处排污沟[14]，目前已废弃不用，现仍存在大型的尾矿库。污染物向下游运移会威胁到大武水源地的安全[15-16]，因此有必要对大武水源地内土壤污染状况以及其对地下水的影响程度进行深入研究。2007年，清华大学在进行大武水源地水环境与水资源可利用量调查时[17]，对大武水源地的土层环境状况进行过评价。近些年，大武水源地也采取了较多治理措施[18]，为了解大武水源地主要污染物对土壤质量的影响及土壤改善情况，并分析对其地下水的影响，首次对大武水源地土壤质量等级进行了划分，并对污染情况评价对比，以洋浒崖尾矿库地区为例分析了大武水源地土壤中污染物对地下水的影响程度。

1 研究区概况

淄博市大武水源地位于淄博市南部低山丘陵与北部平原的交接地带，属于北方特大型岩溶水源地，地下水资源丰富，承担着该地区工农业生产及生活的重要供水任务。地势南高北低，南部为低山丘陵，北部为山前倾斜平原。区内广泛分布奥陶纪、寒武纪碳酸盐岩类，马家沟群及九龙群三山子组的碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组是大武水源地地下水主要含水层，岩性以石灰岩、泥质白云岩及白云岩为主。

石化厂大范围分布在第四系厚度薄的地段，土壤中的污染物随着降水的淋刷极易直接进入灰岩含水层，影响水源地用水安全。大武水源地长期以来存在的局部地下水污染问题对于水源地的安全运行带来了极大隐患。因此，通过对大武水源地土壤和地下水环境状况的全面调查，基本掌握大武水源地污染物输移过程，进一步查明污染物在包气带土层中的空间分布，以及土壤质量对地下水的影响，为水源地污染控制与治理提供决策依据。

2 材料与方法

2.1 样品采集与测试

本次研究采用2017年的地下水和土壤样品检测数据，样品由山东省鲁南地质工程勘察院实验测试中心检测。本次共采集38处101组土壤样品，244个井孔363组地下水全分析及污染分析样品，每个采样点均采用GPS定位，记录经纬度，精确到0.01秒。土壤主要分布在淄河滩、乌河河道、多处化工厂雨洪沟等排污沟，各类化工厂区、农业用地周边及洋浒崖灰场大坝下游等地(图1)，地下水样品分布在水源地全区范围内。

1—道路；2—河流；3—排污沟；4—化工厂；5—农用地；6—尾矿库；7—垃圾场

土壤样品的采集，每个采样点采用纵向分层的方法，在表层(0～0.2m)、浅层(0.8～1.0m)、深层(1.8～2.0m)等位置分别采集每一层土壤的代表性样品，每个采样点采集1～4组样品，取样深度最深达3.3m。每组样品采集1kg常规无机盐样品，常温密封保存；500g半挥发性有机物样品，500mL棕色瓶密封冷藏保存；5g挥发性有机样品，40mL棕色瓶加入去离子水冷藏保存，保证取得的样品可以反映采样点每一层土壤的真实状况。地下水无机样品采用玻璃瓶或塑料瓶原样保存，有机样品采用专用瓶4℃保存，保证取得的土样和水样可以反映采样点土壤和地下水的真实状况。

土壤样品严格按照《农用地土壤污染状况详查质量保证与控制技术规定》的要求检测了109个无机、有机指标，设置10组平行样，2组空白样。地下水样品执行《地下水水质检测方法》(DZ/T0064—93)及《生活饮用水标准检测方法》(GB5750—2006)相关要求检测了109个无机和有机指标，每批次样品均设置3组空白样，20组平行样，以确保样品分析质量。

2.2 研究方法

选取土壤样品测试结果中的全盐量、硫酸盐、氯离子、钠离子等可溶性盐，六价铬、镍、铅、汞等重金属及二氯甲烷、总滴滴涕、六氯苯、苯并(a)蒽等有机物。主要运用数理分析、综合评价法及相关分析法对大武水源地的土壤质量、污染情况进行评价，与《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中第二类建设用地相应的评价指标及筛选值、管制值进行对比，并与2007年清华大学采集的部分土壤样品检测结果进行对比分析，研究在时间维度上污染指标浓度变化情况。结合局部地区水文地质条件、地下水水质测试结果、离子运移特征等综合分析研究区内地下水中污染物来源。

3 结果与讨论

3.1 土壤质量评价

本次研究首次对该地区土壤环境质量等级进行了系统评价，运用综合分析法对研究区土壤质量建设用地进行了定性评价，并将其土壤环境质量类别分为三类:Ⅰ类,土壤污染风险低，可忽略，应划为优先保护类；Ⅱ类,可能存在土壤污染风险，但风险可控，应划为安全利用类；Ⅲ类,土壤存在较高污染风险，应划为严格管控类。

根据检测结果，选取镉、汞、砷、铅、铬(六价)、镍、氯乙烯、氯仿、四氯化碳、六氯苯、苯并(a)芘等42项指标，参考取样点分布特点，按照第二类建设用地运用综合评价法对研究区土壤进行评价，结果显示研究区土壤质量整体较好，101组样品中，无Ⅲ类土壤，仅有2组土壤质量为Ⅱ类，占比2.0%，贡献指标为铬(六价)和六氯苯，其余土壤质量均为Ⅰ类。研究区内，38处样品采集点中有36处属于Ⅰ类，占94.7%，有2处属于Ⅱ类，占5.3%；垂向上，2处Ⅱ类土壤均位于0～0.2m处，最表层土壤质量整体比其下深度上的土壤质量差，存在向下迁移现象。

综上所述，研究区内土壤质量整体较好，无Ⅲ类土壤，以Ⅰ类土壤为主；垂向上，最表层土壤(0～0.6m)质量整体比其下深度上的土壤质量差，Ⅱ类质量土壤主要分布在最表层，存在向下迁移现象。

3.2 土壤污染评价

3.2.1 重金属污染评价

造成土壤污染的重金属主要有Hg、Cd、Pb、Cr及类金属As等生物毒性强的金属。本次土样取样点多位于化工等企业的排污沟内或两侧、各种废弃物堆积场所，其来源主要是污废水排放或泄露，固体废弃物的淋滤等。

(3)钢筋笼须经监理验收后方可入槽，预埋件标高以钢筋笼笼顶标高控制。采用水准仪控制钢筋笼顶标高，在成槽完成后根据吊筋位置在导墙上分别测量出吊筋处四点位置的标高，再确算吊筋长度，以确保钢筋笼顶标高。

土壤中Hg污染比较严重的区域位于金山镇南杨村东淄河滩(QT09-1)、金山镇淄江路与加华路交叉口以东200m的淄河滩(QT22-1)、以及矮槐树村东南(QT24-1、QT25-1)的最表层土壤，Hg含量远超本区域的土壤环境背景值，其中最高的QT22-1，Hg含量为1.7mg/kg，未超过筛选值38mg/kg(图2)。

图2 不同采样点土壤中Hg含量

土壤中Pb污染严重的区域是金山镇南杨村东淄河滩(QT09-1)、以及矮槐树村东南(QT24-1、QT25-1)的最表层土壤。此外，金岭镇齐旺达化工厂西邻排污沟(QT37-1)的淤泥以及金山镇淄江路与加华路交叉口以东淄河滩(QT22-1)的最表层土壤Pb含量也相对较高，所有样品的Pb含量均未超过筛选值800mg/kg(图3)。

图3 不同采样点土壤中Pb含量

土壤中Cd污染较严重的区域与Pb污染区域基本相同，污染严重的区域也是金山镇南杨村东淄河滩(QT09-1)、以及矮槐树村东南(QT24-1、QT25-1)的最表层土壤。此外，金岭镇齐旺达化工厂西邻排污沟(QT37-1)的淤泥以及辛店街道合顺店村西垃圾填埋场(QT15-1)的最表层土壤Cd含量也相对较高，所有样品的Cd含量均未超过筛选值65mg/kg(图4)。

图4 不同采样点土壤中Cd含量

土壤中As污染相对其他重金属较轻，少量样品As略高于本地背景值，仅矮槐树村东南(QT24-1)，含量为20.26mg/kg，最表层土壤相对较重，仍未超筛选值60mg/kg。

总体来看，研究区土壤中重金属以Hg、Cd、Pb为主，具有一致性、同源性，含量均未超过第二类建设用地的筛选值，含量较高的有2处，一处位于金山镇南杨村东及以南淄河滩，阳煤集团第一化肥厂区附近；另一处位于辛店街道矮槐树村东南，齐鲁石化第二化肥厂区以北，均为昔日排污沟，且都靠近交通要道。垂向上，在含量较高的区域，自上而下，重金属浓度逐渐降低(图5)。

图5 矮槐树村乌河河道垂向深度上Cd含量分布

根据土壤垂向上重金属浓度的变化特征分析，参考土壤样品采集地所在的污染源类型，工业生产活动排放的含重金属量较高的废水渗漏，或废渣淋滤是表层土壤重金属污染的主要原因。

3.2.2 有机物污染评价

表1 土壤中多环芳烃类含量统计

以苯并(a)芘为例分析，根据检测结果绘制土壤中苯并(a)芘浓度空间分布图(图6)，污染较严重的土壤样品中苯并(a)芘含量为208～706 μg/kg。中国土壤污染状况调查评价中，土壤多环芳烃类的评价参考值是100μg/kg，研究区多环芳烃浓度大部分均超过此值。多环芳烃污染较严重的地区主要为矮槐树村乌河河道(浓度最高)，邵庄镇西抬头村河滩。根据这2个区域的污染源特征分析，其周边化工厂以往所排放的污废水是产生污染的主要原因。

1—道路；2—河流；苯并(a)芘浓度(m)范围，单位μg/kg：3—m<1；4—1500

(2)氯代烃类分布特征。据土壤中氯代烃类含量测试结果，氯代烃类污染并不普遍。所有土壤样品中三氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯、四氯乙烷均小于检出限(<0.2μg/kg)，三氯乙烯除一个样品有检出(1.66μg/kg)外，其余均未检出，检出率较高的只有二氯甲烷(表2)。

表2 土壤中氯代烃类含量统计

研究区内氯代烃类污染最严重的区域，位于陈家庄北沟谷内，二氯甲烷浓度高达51.58μg/kg，该区域曾为齐鲁石化第二化肥厂排污沟。

(3)苯系物类(BTEX)分布特征。土壤中苯系物类(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)仅QT37-1有检出，其余样品均未检出。该处为齐旺达石油化工厂附近排污沟，表层淤泥中苯含量1.16μg/kg，甲苯含量0.93μg/kg，乙苯含量0.45μg/kg，二甲苯含量0.2μg/kg，均未超出安全范围。

综上所述，有机物污染最严重的是多环芳烃类，检出率较高的是艺屈、苯并(a)芘、苯并(a)蒽，该区域内多环芳烃浓度大部分超过了100μg/kg，其次是二氯甲烷，检测浓度最高达51.58μg/kg，根据污染较严重区域的污染源特征分析，其周边化工厂以往所排放的污废水是产生污染的主要原因。

3.3 污染指标浓度变化情况

本次在清华大学2007年样品采集点位置或周边采集部分样品进行对比。本次评价选取南王精细化工园区排污沟(QT12/Ⅰ-S03)、齐鲁石化2、3号排洪沟与厂西、1号排洪沟交汇处(QT14/Ⅰ-S15)、双兴油脂渗坑(QT23/Ⅱ-S06)、齐鲁石化第二化肥厂原排污沟(乌河起点)(QT25/Ⅰ-S12)等5处取样点进行对比分析发现，本次调查的苯浓度相比“清华”调查有了大幅度减低，均未检出，重金属Cd污染增加(表3)。

表3 本次土壤样品测试结果与“清华”土壤样品测试结果对比表

3.4 对地下水的影响

表4 董褚村南乌河起点土壤样品和地下水样品测试结果对比表

综上所述，大武水源地地下水样品和土壤样品整体上较2007年测试结果好，个别指标存在浓度升高的现象，并且污染物存在向下迁移的现象，污染物主要来源于周边化工厂以往排放的工业废水，因此可知：土壤中污染物向下迁移影响了地下水水质，近10年内地下水和土壤质量均有所改善，仍对大武水源地地下水水质产生持续影响。

4 结论与建议

(1)运用综合评价法对大武水源地进行了土壤环境质量评价，结果显示，研究区内土壤质量整体较好，无较高污染风险土壤，以污染风险低的Ⅰ类土壤为主，风险可控的Ⅱ类质量土壤主要分布在最表层，表层土壤(0～0.6m)质量整体比其下深层土壤质量差。

(2)根据离子统计分析，本区域土壤中重金属含量均低于第二类建设用地的筛选值，以Hg、Cd、Pb为主，具有一致性、同源性，垂向上，污染物存在向下迁移现象，主要来源于工业生产活动排放的含重金属量较高的废水渗漏，或废渣淋滤；有机物污染最严重的是多环芳烃类，其次是二氯甲烷，主要来源于周边化工厂以往所排放的污废水。

(3)通过与以往测试结果对比发现，本次调查的苯浓度有了大幅度减低，均未检出，重金属Cd污染增加。

(4)通过分析2007年清华大学与本次土壤样品和地下水样品测试结果可知，土壤中污染物向下迁移影响了地下水水质，并且近10年内地下水和土壤质量均有所改善。

建议针对污染重点地区开展全面的水环境质量、地面污染源、土壤环境污染现状调查工作，查找土壤中以往遗留的污染源，并进行有效治理，减少土壤中污染物对本地区内地下水的污染。