李立军, 马 力, 张 晶, 赵彦宁, 陈初雨, 王怀远, 宇庆华, 孙 春

吉林省地质环境监测总站, 吉林长春 130021

地下水是松原市工农业生产和居民生活用水的主要水源。随着工业生产的快速发展和人口的不断增加, 污染源也不断增加。因此城市地下水受到了不同程度的污染, 对该市的工农业生产和人民健康造成了威胁, 为此了解并研究松原市地下水的污染现状是十分必要的。

1 区域水文地质概况

1.1 地下水的赋存条件与分布规律

评价区北部属扶余台地水文地质区, 南部是松嫩低平原水文地质区的一部分。主要含水层有:(1)全新统至中更新统冲积-冲湖积砂、砂砾石潜水含水层; (2)上中更新统冲积-冲湖积砂、砂砾石潜水含水层; (3)下更新统冰水堆积砂、砂砾石承压含水层; (4)新近系大安组含砾砂岩承压含水层(吉林省地质环境监测总站, 2007)。

含水层的分布与变化规律主要受新构造运动控制, 并与某些地貌单元相一致。不同的地貌单元,含水层的时代、岩性及其相互组合、埋藏条件各不相同。冲积河谷平原区, 上部为全新统和中更新统潜水含水组, 下部为下更新统承压含水层; 冲湖积高平原区, 上部为上更新统潜水含水层, 中部为中更新统微承压含水层, 下部为下更新统承压含水层;雅达红—八家子以北地区, 分布有大安组承压含水层。

1.2 地下水补给、径流、排泄条件

地下水循环条件主要受地质地貌条件和人为因素控制。不同地貌单元, 含水层岩性及其相互组合关系和埋藏条件不同, 地下水的循环运动条件也不同。

冲湖积高平原(江北区), 地形呈波状起伏, 地下水埋藏深, 降水渗入补给条件相对较差, 而侧向径流补给好。潜水蒸发微弱, 由于超量开采, 形成了一定范围的水位下降漏斗, 改变了地下水的循环条件, 使部分径流排泄边界成为补给边界, 沿江部分地段甚至袭夺江水补给。同时由于水位下降减少了蒸发量, 变天然排泄为开采排泄。

冲积河谷平原区(江南区), 由于地势低平, 潜水埋藏浅, 利于降水渗入补给, 蒸发强烈, 潜水以垂向循环为主。

下更新统白土山组承压水, 主要接收邻区侧向径流和潜水越流补给, 人工开采为其主要排泄方式,大安组承压水主要靠邻区侧向径流补给, 人工开采为其主要的排泄途径。

2 地下水污染评价

本次评价在地下水监测工作基础上, 选择了16个具有代表性的、并能基本控制全区范围内地下水污染状况的井点(各井点的环境水文地质特征见表1), 采用分级评分叠加指数法进行评价。根据本次水质检测结果和已知背景值, 并选择能代表本区污染特点的指标, 无机物污染评价因子选取了 Na、SO42–、Cl、F、CODMn、pH、矿化度、总硬度、Cr、Pb、Hg、Cd、As、Fe、Mn、NH4-N 等 16 项, 有机物污染评价因子选取了甲苯、苯、乙苯和 1,2-二氯乙烷(吉林省地质环境监测总站, 2013)。

2.1 评价方法

首先进行单因子污染评价, 对单因子评价中计算的I值(见表2)进行评分, 然后用叠加指数法计算综合指数(马振民等, 2002; 徐建国等, 2011; 马志伟等, 2011)。

(1)单因子污染评价

式中:I-单因子污染指数, 无量纲;

Ci-某项组分的实测浓度, 单位为μg/L或mg/L;C0i-该项组分的背景值。

如果背景值为区间值时(主要针对无机污染物),值在区间内, 令I＝1, 如果I大于区间值的最大值,或小于区间值的最小值时, 分别用Ci值除以区间值的最大值或最小值。

表1 地下水监测井点环境水文地质特征表Table 1 Environment hydrogeological characteristics of groundwater monitoring wells

(2)分级评分叠加指数法

根据单因子评价中计算的I值进行评分, 评分标准见表3, 其中PI值为污染指数, Fi为单点各因子的评分。据PI值对污染区分区标准见表4(刘荣清,2001)。

2.2 地下水污染现状

松原市地下水水质已普遍受到污染, 据检测,全区污染最普遍的指标有Hg、Cr和Cd三项, 超污染指标率为 100%, 但多数为轻污染, 最大超污染指标倍数 50～4.35; 超污染指标率 90%以上的有SO42–和 Na二项, SO42–多数为重污染, 最大超污染指标倍数141.76, Na多数为轻污染, 最大超污染指标倍数 27.38; 超污染指标率 80%以上的有 Cl、总硬度、矿化度、As、Fe和Mn六项, 其中Cl、总硬度、矿化度和 Mn轻污染居多, 最大超污染指标倍数81.99～5.815, As、Fe重污染居多, 最大超污染指标倍数 128.23～44.8; 超污染指标率 50%以上的有NH4+、F、COD、Pb和甲苯, 其中NH4+以中污染居多(刘荣芳等, 2007), 最大超污染指标倍数8.33; F、COD、Pb和甲苯以轻污染为主, 最大超污染指标倍数35.62～1.63; pH超污染指标率为25%, 最大超污染指标倍数为1.04; 此外, 苯、乙苯和1,2-二氯丙烷等有机物超污染指标率较低, 为 6.25%～12.5%, 最大超污染指标倍数33.8～4.4(见表5)。

表2 单点水质污染分类表Table 2 Single point water pollution classification

表3 单点水质污染评分表Table 3 Single point water pollution rating scale

2.3 地下水污染程度分区评价

根据单因子污染指数结果(见表 6), 对区域水质污染程度进行分区评价(周淑敏, 1998; 谢洪波等,2008):

(1)严重污染区: 呈点状分布特点(见图1)。分布面积1.06 km2。分别位于江心岛油田热电厂供水水源地、江南郭尔罗斯大街梦美斯理发店门前和江北新城乡联合村农户家。其中, 江心岛油田热电厂供水水源地, 新打 2眼钻孔, As污染严重, 含量分别超过地下水背景值83.92和60.38倍; SO42–含量分别超过背景值7.99和13.32倍, 有机物中甲苯超出检出限; 梦美斯理发店门前水井污染最严重, 无机物和有机物污染均属重污染或严重污染, 无机物以SO42–、Cl和 As 污染最为严重, Cr、Hg、Pb、Fe、Mn、Na、COD 等均污染较严重, 有机物以甲苯和乙苯污染较重; 新城乡联合村农户家井水味腥、浑浊、呈锈色, 水中 SO42–严重污染, Cl和 Fe污染也较重。

(2)重污染区: 以面状分布为主, 兼有点状分布。分布面积36.38 km2。主要在江南赵连长围子—卡拉房子后屯—卡拉房子—西两家子—江南市区一带和江北前小溪浪河—老城区等沿江地带呈带状分布, 在前郭县后疙瘩屯和新城乡八家子村呈点状分布。

江南后疙瘩屯污染较重的指标有 Hg、As、Cl和Fe, Mn、Na为中度污染; 江北新城乡八家子村水中 SO42–、Cl、Hg污染均较重; 赵连长围子—卡拉房子后屯—卡拉房子—西两家子—江南市区一带,距松花江 600～4700 m, 无机物污染主要以 SO42–污染较重; 前小溪浪河—江北城区—林场家属区等沿江地带, 井深11～32 m, 距松花江60～2000 m, 无机物污染主要以SO42–、As和Fe污染较重, 有机物仅甲苯在个别地段呈轻度污染。

(3)中等污染区: 呈点状分布, 位于松花江南岸卡拉店, 分布面积1.86 km2。采样井为手压井, 井深8 m, 距松花江400 m。距井12 m处有一户外厕所,6 m处有一垃圾堆。该井水中SO42–、Hg、Na均已达到中度污染, 甲苯超过检出限 1.28倍(石建等,2012)。

(4)轻污染区: 根据本次样品分析结果和以往地下水质动态监测结果及评价区人类活动特点, 在严重污染、重污染和中度污染以外的广大区域均为地下水轻污染区。分布面积241.26 km2。水中各项指标含量均逐渐增加, 均已超过地下水背景值含量(见图 1)。

表4 区域水质污染结果修正表Table 4 Correction table of water pollution results in the area

表5 地下水污染程度评价表Table 5 Groundwater pollution degree assessment

表6 单因子污染指数表Table 6 Single factor pollution index

图1 研究区地下水污染现状分区图Fig.1 Groundwater pollution zoning of the study area

3 地下水污染影响因素分析

1)8号点位于前郭县梦美斯理发店门前, 距水井25 m处有一个加油站, 9 m处有一个下水井。其水样中的 Na、SO42–、Cl、CODMn、Pb、Cr、Hg、Fe、Mn、As、甲苯、乙苯等多项指标达到重污染或严重污染程度, 表明此区域地下水水质已经受到生活污水和加油站渗漏的影响(吕晓立等, 2012; 王增银等, 2000)。同时此处的包气带岩性为粉砂, 厚度仅为 3 m, 亦导致此区地下水易受到地面污染源的污染(贺斌英等, 2011; 张翼龙等, 2012)。

2)1、2号点的As含量均达到严重污染程度, 由于两点均位于松花江南岸, 上游江段分布有工业废水排放口(马荣等, 2011), 此区地下水与松花江水联系密切, 易受到已污染江水的影响(王昭等, 2009)。

3)7号点的Cr的污染指数为46.12, 达到重污染程度, 该点周边分布有多家废品收购站的废品大量堆置, 且该点包气带岩性为粉砂, 厚度仅为 2.6 m,表明回收废品通过淋渗污染到地下水(陈功新等,2008)。

4)15、16号点的 SO42–、As含量均达到重污染程度, 两点位于松花江北岸, 上游江段分布有城市生活污水排放口, 周边无其他污染源, 表明此区域的地下水已受到江水污染的影响(樊灏等, 2012)。

5)10、11号点位于采油区八家子乡, 两点水中的SO42–、Cl、Hg、Fe达到重污染程度, 11号承压水井苯的污染指数为 5.36, 此区的包气带岩性为粉质粘土, 且厚度为8～10 m, 可见油田开采生产已对深部含水层造成污染, 同时居民生活污染也通过井口对地下水产生影响(谈恒文等, 2005)。通过调查在个别老百姓的手压井中可直接压出原油, 火柴可直接引燃井中的原油, 进一步证明油田开采生产已威胁到当地居民饮水安全(孙剑锋等, 2011)。

通过总结可以看出, 松原市地下水污染较普遍,主要污染因素包括以下几个方面: (1)建成区外围多数农户房前屋后的牲畜禽类圈舍、厕所、生活垃圾、粪池、施用农药化肥的菜地等, 经长期雨水冲刷和淋渗作用后, 都有可能对地下水造成渗透污染, 是地下水遭受污染的重要隐患之一(文冬光等, 2012;王兰化等, 2014); (2)城区内外的加油站, 也是潜在的点状污染源; (3)广泛分布的农田区施用的化肥农药是评价区主要的面状污染源(张兆吉等, 2012);

(4)松原市作为石油化工城市, 在油田开发中地下工程可能对地下水质量产生影响的人为因素有: 固井质量不好, 井管变形腐蚀破裂等原因, 造成采油井套外返水和注水井套外返水，洗井、修井、试油中含原油污水和原油积存于泥浆坑、砖厂挖土坑及低洼地, 对土壤、地下水也会产生渗透污染(李政红,2010)。

4 结语

松原市地下水水质普遍较差, 地下水中Fe、Mn和 NH4+超标严重, 主要与原生环境背景含量高有关, 但同时也与地下水也受到不同程度污染密切相关。全区的大部分地区为轻微污染, 严重和较重污染的局部地方多以点状或带状分布。地下水中总硬度和矿化度超标也较严重, 在局部污染严重地区,水中 Cl、SO42–、NO3–、COD、挥发酚等均有超标现象(高存荣等, 2011)。松原市是一座以石油化工生产为主的新兴工业城市, 因此导致地下水污染的原因除生产生活污染外, 与石油开采以及与之相关的炼制、加工和运输关系也十分密切。

地下水污染对工农业生产和人民饮水安全已构成不同程度的威胁或危害, 为保护人民的身体健康, 改善生产生活环境, 建议各级有关部门采取有效措施, 防治地下水污染。

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