典型工业园区地下水污染分布特征与风险评估研究

温长洲

（广东省汕尾生态环境监测站，广东 汕尾 516600）

1 引言

我国1/3水资源为地下水。随着人口的迅速增长、经济的快速发展，工业已成为我国经济的重要组成部分，每个大城市都会有一个工业区，因此不可避免地带来日益严重的地下水污染问题。地下水不仅是淡水的主要来源，也是复杂生态环境系统的敏感组成部分，因此，地下水水质的波动往往会影响当地生态系统的自然平衡以及人体的健康状态。地下水具有隐蔽性高、不可逆转、构成复杂等特点，导致其一旦被污染，就很难再恢复，因而造成不可估量的损失。

本文选择某典型化学工业园区作为分析对象，对园区地下水常规指标与特征指标进行监测，评价地下水质量、进行污染评价以及风险评估，为地下水的保护与风险评估提供参考意见[1]。

2 调查分布设计

2.1 园区概况及测点

本文所选择的工业园区位于辽宁省某化工工业密集区，面积大约为17 km2，是主要以石油化工产品加工、精细化工项目为主的工业园区。本次研究共在园区附近设置潜水监测井10个，在地下水上游设置1个，园区边界设置4个，垂直于水流方向设置2个，园区内部设置3个。井眼测试结果表明，园区内地下水埋深主要在0.9～3.5 m，部分区域最大埋深可达到8 m左右。本文所采用数据来源于《全国地下水调查评估项目-辽宁省地下水基础环境状况调查评估》。

2.2 监测指标的确定

由于工业园区内企业众多，行业复杂，生产工艺不同，所造成的污染种类也不同。本文选取《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）中地下水水质常规指标中16项一般化学指标、2项微生物指标、15项毒理学指标，作为33项必测指标；根据各种工业污染源的独特表现，从《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）中地下水水质非常规指标中选择28项毒理学指标作为特征指标；根据工业园区原材料、产物分析以及专业人士访谈选取1项指标作为补充指标，对地下水污染特征进行描述。综合上述，本次试验中选择的监测指标共计62项，详见表1。

表1 地下水监测指标（不含补充指标）

2.3 水质评价方法

目前应用比较广泛的水质评价方法和模型主要有综合指数法、模糊综合评价法、灰色聚类法等。本文采用单指标联合内梅罗指数综合评价法，该方法有计算简单、运算量小、概念清晰等优点，但会存在一定的误差。为了弥补这种缺点，本文采用ArcGIS中的插值分析方法对水质特征在园区内的分布进行数值模拟，将各个点位的水质特质与整体园区的水质特点进行连续性的描述，突出重点污染区域，还原地下水特征[2]。

3 地下水污染特征结果

3.1 地下水特征分类

根据2017年施行的《地下水质量标准》，对饮用水、工农业用水的质量要求，将各项指标浓度从高至低分成五大类。Ⅰ类，水中各项化学指标浓度低，适用于各种用途；Ⅱ类，各项化学指标浓度较低，适用于各种用途；Ⅲ类，各项化学指标浓度中等，适用于集中生活饮用水及工农业用水；Ⅳ类，各项化学指标浓度较高，大多用于农业灌溉和工业用水；Ⅴ类，各项化学指标浓度高，不可直接使用，需要进行评价后，符合条件方可使用。

3.2 结果分析

（1）结果分析方法介绍

首先使用单指标确定地下水各项指标的质量类别，其次，利用综合评价分值的划分标准，确定各项指标的Fi值，详见表2。

表2 各项指标Fi值一览表

利用如下公式对地下水污染等级进行分级评价：

式中，为所有指标评估价值的平均值，Fmax为某一项指标最大评价值，n为项数。

根据F值对地下水污染情况进行分类，详见表3。

表3 地下水质量分类区间

对各个点位水质指标进行测试，结果发现上游点位水质良好，适合作为饮用水；其他点位的水质均为Ⅳ类或者Ⅴ类。综合分析，本园区内地下水的污染因子主要有氯化物、锰、氨氮、氟化物、硝酸盐氮、砷、1，2二氯乙烷和五氯酚、硫酸盐。由于工业园区的产物以芳香族氟化物为主，工艺复杂，该园区的生产严重污染了地下水并且有扩散迹象，不宜饮用。

3.3 地下水质量分布

根据各个点位的地下水质量F值计算结算，利用ArcGIS中的反距离权重法，对整个园区的地下水质量进行数值模拟[3]。模拟结果得到：在园区范围内，上游水质质量优良，进入园区后，地下水质量迅速下降；受到化学生产的影响，导致整个园区附近水质质量均为Ⅳ类或Ⅴ类，不宜饮用；下游区域水质则更差[4-5]。

4 地下水污染风险评估模型

本文依据地下水健康风险评估模型，对饮用水目标进行水质评价，进行风险评估，最终选择13个监测指标，包括6个致癌风险指标：砷、六价铬、三氯甲烷、二氯甲烷、1，2二氯乙烷以及五氯酚；7个非致癌风险的指标：铁、锰、汞、氟化物、氨氮、亚硝酸盐氮以及硝酸盐氮。

4.1 评价模型

使用美国EPA推荐的评价模型。

地下水暴露量（致癌效应）公式：

式中，CGWERca为饮用受影响地下水对应的暴露量（致癌效应）L·kg-1·d-1，GWCR为每日饮水量，L·d-1；EF为暴露频率，d·a-1；ED为暴露期，a；BW为体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。

单一致癌物风险：

式中，CRcgw为单一致癌物致癌风险，无量纲；Cgw为污染物浓度，mg·L-1；SFo为饮用致癌的加权系数，mg污染物·kg-1体重·d-1

地下水暴露量（非致癌效应）公式：

式中，CGWERnc为饮用受影响地下水对应的暴露量（致癌效应）L·kg-1·d-1。ATnc为非致癌效应平均时间，d。

单一污染物非致癌危害商用公式：

式中，HQcgw为单一污染物的非致癌危害商，无量纲；Cgw为污染物浓度，mg·L-1；RfDo为经口摄入参照系数，mg污染物·kg-1体重·d-1；WAF为暴露与地下水的参考剂量分配系数，无量纲。

4.2 风险评估结果

通过模型计算，致癌风险指标风险评价结果详见表4。

表4 致癌风险指标评价结果

通过对表4进行分析，发现上游点位致癌风险最低，只要对砷和六价铬进行防范即可；工业园内部致癌风险水平较高，达到五级，五氯酚、砷、六价铬以及1，2二氯乙烷的致癌风险整体超过了30%，需要对这几种成分进行针对性治理。

4.3 风险评估趋势模拟

利用差值分析，将园区内各点位的风险评估转化为连续性的区域风险评估，整体分析区域风险情况。通过模拟结果看出：中心区域风险高，呈现向四周扩散的趋势，总的来说对周边区域影响较小；同时针对个别风险较高的点位，需要引起关注，及时采取相应的治理措施，避免风险外溢。

5 结语

通过对工业园区10个点位的地下水进行质量、污染评价，风险评估分析，可以发现园区上游水质较好，符合饮用条件；但是园区内地下水质量很差，主要有氯化物、锰、氨氮、氟化物、硝酸盐氮、砷、1，2二氯乙烷和五氯酚、硫酸盐等污染因子，其来源大部分为工业产品生产。目前，园区各个点位均有较大的致癌风险，主要的致癌指标有五氯酚、砷、六价铬以及1，2二氯乙烷等，整体的非致癌风险等级较低，属于可以接受的水平。但是从分析来看，风险仍然呈现扩散的趋势，下一步应根据该园区的水文地质条件，对地下水污染趋势进行预测，及时有效地采取合理措施来应对地下水的污染，避免对地下水质带来不可估量的损失。