王 超，張立川，王應(yīng)強(qiáng)，鄒 曄，秦志強(qiáng)，薛良方，朱世芳

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟(jì)寧 272100)

地下水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)物質(zhì)，在社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)活動中占有重要的地位[1]。全國約有66%的城市以地下水作為供水水源。全省大部分城市及大中型企業(yè)以地下水作為主要供水源，90%以上的農(nóng)村居民以地下水作為唯一飲用水源[2]。隨著人類工業(yè)及農(nóng)業(yè)活動的加劇，眾多污染物通過不同渠道進(jìn)入地下水中，并發(fā)生了累積[3]。萊蕪地區(qū)是山東省重要的鋼鐵、能源基地，境內(nèi)有萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司、山東泰山鋼鐵集團(tuán)、九羊鋼鐵集團(tuán)、魯中礦業(yè)集團(tuán)公司、新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司潘西煤礦等大型企業(yè)，產(chǎn)生的超標(biāo)水體進(jìn)入地下水中，使得地下水受到了污染[4]。隨著河道水體污染的加劇，致使地下水污染問題日益突出[5]。地下水的隱蔽性、復(fù)雜性等特點，決定了地下水一旦受到了污染，具有難以逆轉(zhuǎn)的特性，處理工藝復(fù)雜，費用昂貴，而且很難完全治理，甚至是難以恢復(fù)的[6]。地下水受到污染后，將嚴(yán)重影響人類的身心健康和生存發(fā)展[7]。

萊蕪位于山東省中低山丘陵區(qū)中部，是山東省重要的煤炭、鐵礦石基地、鋼鐵生產(chǎn)和深加工基地，同時也是高新技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)基地，萊蕪全境大多處于萊蕪盆地內(nèi)，地下水和地表水均向盆地內(nèi)部匯聚，然而盆地內(nèi)部的農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)和制造業(yè)等人類活動強(qiáng)烈，致使地下水水質(zhì)持續(xù)惡化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)愈發(fā)矛盾突出。在當(dāng)今新舊動能轉(zhuǎn)換的新時代背景下，本文經(jīng)過調(diào)查研究的成果，為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的決策部署提供了基礎(chǔ)性資料，為地下水污染防治、保障飲水安全提供了科學(xué)的依據(jù)[8]。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)

萊蕪地區(qū)位于中朝地臺魯西斷隆魯西隆起區(qū)新蒙斷塊束萊蕪斷陷盆地。萊蕪斷陷盆地中部向北突出，近東西向，東西長約70 km，南北寬10～30 km。盆地主要形成于燕山期，中新生代經(jīng)歷了多次劇烈地質(zhì)構(gòu)造變動，并伴有巖漿活動，其中以燕山期巖漿活動最為強(qiáng)烈。本研究區(qū)地層出露較齊全，由新到老分布的地層為：第四系、古近系、白堊系、侏羅系、二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系及新太古界泰山巖群。

1.2 水文地質(zhì)概況

萊蕪轄區(qū)主要以萊蕪盆地為主體，北、東、南側(cè)邊界均多為地表分水嶺，同時這些地表分水嶺大部分也是地下水的分水嶺。因此萊蕪地區(qū)總體上是一個相對封閉的水文地質(zhì)單元：在萊蕪周邊的丘陵山區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給，之后以表流或潛流的形式向萊蕪盆地腹地徑流匯聚，最終向西南排泄進(jìn)入泰安市境內(nèi)。這樣一個較為封閉的水文地質(zhì)單元對于本次萊蕪地區(qū)地下水污染評價從上游到下游進(jìn)行系統(tǒng)控制和分析是有利的。研究區(qū)地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和巖漿巖變質(zhì)巖類裂隙水。

松散巖類孔隙含水巖組：廣泛分布于萊蕪盆地的瀛汶河、牟汶河河流谷地及河谷平原地區(qū)，近河谷地帶厚度較大、山前地帶厚度小。地下水埋深2～10 m，年變幅2～5 m，富水性在近河谷地帶最強(qiáng)，向兩側(cè)逐漸減弱。

碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組：零星分布于萊蕪盆地腹地，多被第四系覆蓋。裂隙不發(fā)育、連通性差，富水性較弱。無區(qū)域性統(tǒng)一水位，埋深變化大。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組：主要分布于萊蕪盆地牟汶河以南地區(qū)、雪野鎮(zhèn)和茶葉口鎮(zhèn)北部以及和莊鎮(zhèn)東南部、喬店水庫東部的分水嶺地帶。裸露型裂隙巖溶水分布區(qū)大多地勢較高，地形坡度大，為巖溶水的補(bǔ)給區(qū)，水力坡度大，地下水埋深大，無良好的儲水條件，地下水賦存條件差。覆蓋型及埋藏型裂隙巖溶水分布區(qū)一般處于山前或盆地腹地地段，地勢低洼，易于受到丘陵山區(qū)地下水補(bǔ)給。處于區(qū)域裂隙巖溶水徑流排泄區(qū)，裂隙巖溶發(fā)育程度高、裂隙的連通性好，地下水富集，在構(gòu)造影響帶及阻水巖層(如煤系地層)上游等條件有利地段，地下水富集，形成裂隙巖溶水強(qiáng)富水地段。

巖漿巖變質(zhì)巖類裂隙含水巖組：大面積分布于盆地東部、北部和南部的丘陵山區(qū)中，地下水主要賦存于變質(zhì)巖或巖漿巖的風(fēng)化帶中，風(fēng)化殼厚度一般為20～30 m，分布極不均勻，含水層發(fā)育差，富水性弱，由于地表、地下水均向溝谷匯集，地勢低洼處水量相對豐富。水位隨地形而異，受季節(jié)控制明顯。

1.3 污染源種類

1.3.1 工業(yè)污染源

區(qū)內(nèi)潛在污染企業(yè)眾多，主要為金屬制品業(yè)、采礦業(yè)、農(nóng)副食品業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、機(jī)械設(shè)備制造業(yè)、化學(xué)品制造業(yè)。不同行業(yè)之間存在生產(chǎn)工藝、原材料、污染及管理措施的差異，導(dǎo)致不同行業(yè)間體現(xiàn)出不同的污染排放特征[9]，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)每年產(chǎn)生大量廢水、廢氣及固體廢棄物。工礦企業(yè)排污呈明顯的地域性分布特點，在城區(qū)附近的市政基礎(chǔ)建設(shè)完善，將廢水匯集到污水處理廠，經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放；分布在城市附近工業(yè)區(qū)以外的企業(yè)大多有自建的污水處理站，將處理后的中水排入附近河渠或直接排入滲坑緩慢蒸發(fā)、入滲。工業(yè)污染源分布形態(tài)為線狀和點狀，線狀污染主要是指工業(yè)污水通過排污溝渠和河道的滲漏，進(jìn)入土壤淺部和淺層地下水；點狀主要包括工業(yè)污水通過滲坑直接進(jìn)入土壤和地下水。根據(jù)資料統(tǒng)計，萊蕪地區(qū)共有規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)企業(yè)548家[10]，主要分布在萊蕪盆地地勢平緩處。規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)基本情況見圖1。

圖1 工業(yè)潛在污染源分類圖

1.3.2 農(nóng)業(yè)污染源

呈現(xiàn)出面狀及點狀特征，來源于化肥及農(nóng)藥的大量使用、養(yǎng)殖場污水的任意排放等?；省⑥r(nóng)藥及其它有機(jī)或無機(jī)外來物質(zhì)，在降水或灌溉過程中，有相當(dāng)一部分化肥不能被農(nóng)作物吸收，通過農(nóng)田的地表徑流、排水和地下滲漏，進(jìn)入土壤和地下水中，從而造成地下水污染。為了提高產(chǎn)量使用了大量農(nóng)藥，其中一部分汽化后進(jìn)入大氣，只有約10%的農(nóng)藥被作物吸收，剩余的農(nóng)藥方能進(jìn)入土壤中，未被吸收的農(nóng)藥滲入地下含水層中造成了污染[11]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展使得該地區(qū)化肥的施用量大幅增加，目前萊蕪地區(qū)化肥的施用強(qiáng)度為493.7 kg/hm2，農(nóng)藥施用強(qiáng)度約為2.02 kg/hm2[10]，而國際上發(fā)達(dá)國家的化肥施用強(qiáng)度約為200 kg/hm2，農(nóng)藥施用強(qiáng)度約為7.0 kg/hm2，萊蕪地區(qū)化肥施用量超過了發(fā)達(dá)國家的化肥施用強(qiáng)度的限值。

隨著人民生活水平的提高，肉、蛋、奶類的消費量大幅增長，進(jìn)而促進(jìn)了養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展。據(jù)調(diào)查養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的動物糞便和廢水大多數(shù)均未進(jìn)行任何處理直接排放到養(yǎng)殖場附近無任何防滲措施的區(qū)域，進(jìn)而污染地下水。這些廢水多未進(jìn)行任何處理，隨意排放，導(dǎo)致淺層地下水中的三氮升高，對淺層地下水的質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅。

1.3.3 生活污染源

主要有農(nóng)村生活污水排放，生活垃圾填埋場等，以點狀及線狀污染為主。點狀污染源主要包括居民點、垃圾填埋場、污水處理場等、線狀污染主要是指排污溝渠等。目前萊蕪共建有垃圾處理廠、餐廚垃圾處理廠及醫(yī)療危險廢物處理廠各1處，均采取了正規(guī)有效的防滲措施，建有比較完善的垃圾無害化處理系統(tǒng)。另外也存在多處鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾堆放點未采取防滲措施，露天堆放的現(xiàn)象，把垃圾隨意倒在河道、橋下、田間、路邊，致使垃圾堵塞河道、侵占道路、蠶食農(nóng)田的現(xiàn)象，村莊內(nèi)無任何污水收集管網(wǎng)覆蓋，生活污水隨意排放。個別隨意堆放的生活垃圾在雨水淋濾作用下，極易對地下水產(chǎn)生污染。

2 地下水指標(biāo)污染現(xiàn)狀

2.1 無機(jī)污染現(xiàn)狀

由于無機(jī)指標(biāo)在地下水中一般都是存在的，因此不做檢出率的統(tǒng)計，只做超標(biāo)率的統(tǒng)計，無機(jī)指標(biāo)超標(biāo)率從高到低分別是總硬度、硝酸鹽、硫酸鹽。

研究區(qū)總硬度含量小于300 mg/L的地下水僅分布于人類活動干擾較少的丘陵山區(qū)地帶，如雪野水庫、喬店水庫及孝義水庫上游等，總硬度水質(zhì)達(dá)到Ⅰ類、Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，面積約為22.8 km2，僅占工作區(qū)面積的1.0%；多數(shù)地區(qū)地下水中總硬度含量在300～450 mg/L，滿足地下水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，面積約為1 591.1 km2，約占研究區(qū)面積的70.8%；總硬度含量大于450 mg/L的地下水則主要分布于山前沖洪積平原以及丘陵區(qū)剝蝕平原內(nèi)人口、工業(yè)密集區(qū)內(nèi)，總硬度水質(zhì)達(dá)到地下水Ⅳ類、Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)分布面積約為632.1 km2，占工作區(qū)面積的28.2%。

研究區(qū)內(nèi)硝酸鹽含量小于5 mg/L的地下水僅分布于人類活動干擾較少的丘陵山區(qū)地帶，如雪野水庫及孝義水庫上游等，硝酸鹽水質(zhì)達(dá)到Ⅰ類、Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，面積約為12.7 km2，僅占工作區(qū)面積的0.6%；多數(shù)地區(qū)地下水中硝酸鹽含量在5～20 mg/L，滿足地下水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，面積約為1 702.9 km2，約占工作區(qū)面積的75.8%；硝酸鹽含量大于20 mg/L的地下水則主要分布于山前沖洪積平原以及丘陵區(qū)剝蝕平原內(nèi)人口、工業(yè)密集區(qū)，硝酸鹽含量滿足地下水Ⅳ類、Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)分布面積約為530.4 km2，占工作區(qū)面積的23.6%。

研究區(qū)內(nèi)硫酸鹽離子含量小于50 mg/L的地下水僅分布于人類活動干擾較少的丘陵山區(qū)地帶，如雪野水庫、孝義水庫上游及和莊鎮(zhèn)草廟頭村等地，滿足地下水標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類水的分布面積約為8.8 km2，約占工作區(qū)面積的0.4%；多數(shù)地區(qū)硫酸鹽含量在50～150 mg/L，滿足地下水Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)的分布面積約為1 824.5 km2，約占工作區(qū)面積的81.2%；硫酸鹽含量在150～250 mg/L，滿足地下水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的分布面積約為274.3 km2，約占工作區(qū)面積的12.2%；硫酸鹽含量大于250 mg/L，滿足地下水Ⅳ、Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的分布面積約為138.4 km2，約占工作區(qū)面積的6.2%，主要分布工礦企業(yè)密集的嘶馬河流域東側(cè)，牟汶河鋼城-萊城城區(qū)以南沿線。

2.2 有機(jī)污染現(xiàn)狀

根據(jù)檢測結(jié)果單環(huán)芳烴類和鹵代烴類為檢出率較高的有機(jī)物，有機(jī)氯農(nóng)藥類為檢出率較低的有機(jī)物。芘、二氯甲烷、菲、熒蒽、萘、芴、苯并(a)蒽、氯仿、1，1，2-三氯乙烷、1，2-二氯丙烷等為檢出率較高的有機(jī)物(圖2)；有機(jī)物超標(biāo)指標(biāo)僅有四氯化碳和1，1，2-三氯乙烷，超標(biāo)率分別為1.09%和3.45%，，超標(biāo)檢測值分別為10.45和10.44μg，超標(biāo)4.23倍和1.09倍，分別分布在張家洼街道藺家莊和顏莊鎮(zhèn)東紅埠嶺村一帶。

圖2 有機(jī)物檢出率統(tǒng)計圖

3 地下水污染評價結(jié)果

3.1 評價的方法

利用本次水質(zhì)監(jiān)測資料，采取“單指標(biāo)評價和綜合評價污染指數(shù)法”進(jìn)行地下水污染綜合評價[12]。

3.1.1 單項指標(biāo)污染評價方法

該方法通過以下公式計算各參評指標(biāo)污染指數(shù)：

(1)

式中：I標(biāo)為某項指標(biāo)的超標(biāo)指數(shù)；C為某指標(biāo)的實測含量；C0為某指標(biāo)的背景值或?qū)φ罩担籆標(biāo)為某指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值(Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值)。

根據(jù)上述計算公式，計算出各水樣點單因子污染指數(shù)結(jié)果I標(biāo)，對照表1中分級標(biāo)準(zhǔn)劃分出對應(yīng)的污染類別，最終得到各水樣點單因子污染等級劃分結(jié)果。

表1 污染指數(shù)分級

3.1.2 綜合污染評價方法

劃分好單因子污染評價等級后，將單因子污染等級最高因子確定的等級劃分結(jié)果作為該水樣點的地下水污染綜合評價結(jié)果(公式如下)。

Pk=Max(Pk)

(2)

采用從劣不從優(yōu)的原則進(jìn)行綜合污染評價。如某水樣硝酸鹽污染達(dá)到重污染級別，其他指標(biāo)污染級別低于中污染級別時，則該水樣的污染級別為重污染。

3.2 評價指標(biāo)的選取

考慮到常規(guī)無機(jī)組分的背景值難以確定，并且地下水系統(tǒng)演化中水化學(xué)特征本身就有一定的變化，且部分元素原生背景值偏高，選取表2中的指標(biāo)作為污染評價指標(biāo)。

表2 地下水污染評價指標(biāo)

3.3 評價指標(biāo)背景值的選取

3.3.1 無機(jī)常規(guī)化學(xué)指標(biāo)、硝酸鹽類背景值選取

參考《山東省萊蕪市環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查與評價報告》[13]中的主要化學(xué)組分污染對照值表，其對照值利用20 世紀(jì)70年代歷史水質(zhì)資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計求得，見表3。

表3 地下水無機(jī)指標(biāo)、硝酸鹽及亞硝酸鹽環(huán)境背景值統(tǒng)計表 mg/L

3.3.2 無機(jī)毒理指標(biāo)(扣除硝酸鹽類)背景值選取

無機(jī)毒理指標(biāo)(砷、鎘、六價鉻、鉛、汞、碘化物)的背景值取檢出限值。

3.3.3 微量有機(jī)指標(biāo)的背景值選取

微量有機(jī)指標(biāo)背景值取評價檢出限值。

3.4 評價分析結(jié)論

地下水污染學(xué)是一門復(fù)雜的環(huán)境地質(zhì)及水文地質(zhì)學(xué)科，它與污染類型、污染源等有關(guān)，而地下水天然防污性能與地形坡度、土壤介質(zhì)類型、水文地質(zhì)等因素有關(guān)[14-15]。利用污染評價方法可將萊蕪地區(qū)劃分為嚴(yán)重污染區(qū)、重污染區(qū)、中污染區(qū)以及輕污染區(qū)，從圖3可以看出，區(qū)內(nèi)地下水以輕污染區(qū)為主，具體情況見表4。

表4 地下水污染綜合評價統(tǒng)計表

地下水硝酸鹽污染影響因素為：(1)居民生活污水與垃圾的下滲污染；(2)化肥等其他肥料的污染；(3)工業(yè)污染源中的廢水排放。

地下水總硬度污染影響因素為：(1)區(qū)內(nèi)自身水文地質(zhì)環(huán)境條件引起，地下水接受自然補(bǔ)給過程中，通過淋濾、溶解、離子交換、微生物分解等一系列物理化學(xué)和生物化學(xué)作用使區(qū)內(nèi)地下水的總硬度逐漸增高；(2)牟汶河、瀛汶河等河流及超標(biāo)排放的生活污水、工業(yè)廢水加劇了淺層地下水與巖土淋濾、溶解、離子交換、微生物分解等一系列物理化學(xué)和生物化學(xué)的過程。

機(jī)污染影響因素為：四氯化碳超標(biāo)點分布在張家洼街道藺家莊，污染源可能為周邊鋼鐵企業(yè)排污；1，1，2-三氯乙烷超標(biāo)點分布在顏莊鎮(zhèn)東紅埠嶺，附近無可能污染源、井口取樣環(huán)境未封閉，可能受區(qū)域大氣的環(huán)境控制，可能與取水設(shè)備和輸水管道較長有著較大關(guān)系。

圖3 污染分區(qū)圖

4 結(jié)語

(1)通過對萊蕪地區(qū)地下水水質(zhì)分析的研究，淺層地下水污染較為嚴(yán)重，地下水有機(jī)指標(biāo)檢出項目共計19項，檢出指標(biāo)中揮發(fā)性有機(jī)物有鹵代烴類和單環(huán)芳烴類；半揮發(fā)性有機(jī)物有多環(huán)芳烴類和有機(jī)氯農(nóng)藥。淺層地下水無機(jī)污染以總硬度、硝酸鹽為主，有機(jī)污染以四氯化碳、1,1,2三氯乙烷為主。

(2)萊蕪地區(qū)現(xiàn)狀的地下水污染，應(yīng)選取代表性重點污染場地開展高精度地下水污染調(diào)查、取樣及評價工作，通過長序列監(jiān)測等措施，查明污染物質(zhì)在代表性場地中的運移規(guī)律，制定有效的防治對策，遏制地下水持續(xù)污染。