榆林市地下水污染及防護治理研究

，，

(1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710054；2.陜西省土體工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054；3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710069)

地下水是生產(chǎn)生活的主要用水水源，地下水的污染對城市的生產(chǎn)生活帶來了嚴(yán)重的威脅，因此對城市地下水污染進行研究十分必要。1995年趙勇勝，曹玉清對地下水的有機污染展開研究；郝華于2004年對我國城市地下水污染狀況進行分析并提出相應(yīng)對策；2009年王焰新鋅根據(jù)對于地下水污染的研究提出了防治分析的方法；2006年陳勇,楊改河針對榆林市榆陽區(qū)水資源情況進行了詳細(xì)的研究。本文在研究分析陜西省榆林市地下水環(huán)境的基礎(chǔ)上，對其地下水污染進行評價并提出相應(yīng)的防護治理。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 地下水含水層系統(tǒng)

通過對地下水系統(tǒng)的研究了解，根據(jù)含水介質(zhì)特征和地下水的循環(huán)特征，結(jié)合地域分布以及地下水開發(fā)利用等因素，將榆林調(diào)查區(qū)劃分為松散巖類孔隙、裂隙潛水含水系統(tǒng)和碎屑巖類裂隙水含水層系統(tǒng)。

在榆溪河及其支溝的河谷區(qū)及沙漠灘地區(qū)，主要存在的是松散巖類孔隙潛水含水層子系統(tǒng)。在全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組沖積、湖積、沖湖積層中，松散巖類孔隙潛水賦存。上、下疊置關(guān)系出現(xiàn)在沖積、湖積與沖湖積層中，各個沉積層之間不存在隔水層，整體是一個統(tǒng)一的含水巖組，共同構(gòu)成區(qū)內(nèi)的松散巖類孔隙潛水含水層子系統(tǒng)；在榆溪河西側(cè)沙蓋黃土區(qū)、二道河以南等區(qū)域分布著松散巖類裂隙潛水含水層子系統(tǒng)，組成松散巖類裂隙潛水含水層的巖性主要是中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(第四系)，地下水大多賦存在這片區(qū)域黃土的裂隙之中；在調(diào)查區(qū)東南部地區(qū)則大多是碎屑巖類裂隙含水層系統(tǒng)，該類裂隙水主要賦存于第三系上統(tǒng)、侏羅系安定組、直羅組、延安組的碎屑巖裂隙之中，此處的巖性是砂巖、泥巖和砂泥巖互層。巖石裂隙發(fā)育的程度決定著該地區(qū)地下水的賦存。

1.2 地下水補徑排特征

陜西神榆林市地區(qū)地下水的主要補給源是大氣降水入滲補給，還有該區(qū)外的側(cè)向地下水徑流補給以及該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)田灌溉回歸水補給；地形、地貌以及含水層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要控制著地下水的徑流，榆林市調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水的徑流方向為沿北西——南東方向和北東——南西向榆溪河徑流，局部受芹河、二道河則、頭道河則、青云河和劉千河的影響，水流方向有一定改變。地下水流向基本上同各地表水系斜交，從上游指向下游；地下水的排泄方式有泉水和潛流、蒸發(fā)及開采三種。低洼地勢下的河谷中賦存的地下水以潛流和泉水的形式向河流排泄；在地下水位埋深淺、風(fēng)沙灘地地勢低洼地帶，地下水主要用蒸發(fā)的形式排泄，人工開采排泄同時也有一定量的。

1.3 地下水水化學(xué)特征

區(qū)域地下水中各種溶解性鹽分的總量代表著該區(qū)域賦存地下水的礦化度，結(jié)合礦化度和地下水水化學(xué)類型能夠反映出該區(qū)域的地下水總體質(zhì)量特征。根據(jù)榆林市地下水污染調(diào)查采集水樣的分析測試結(jié)果，使用舒卡列夫分類法對該區(qū)域的地下水樣品進行分類。區(qū)內(nèi)共有14種地下水水化學(xué)類型(見表1)，重碳酸型水占總?cè)狱c數(shù)的85.45%，在重碳酸型水中重碳酸鈣型水為49.09%，重碳酸鈣鎂型水占23.64%；重碳酸——硫酸混合型水占7.27%；氯化物混合型水占1.82%；受人類活動的影響，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了5.46%的硝酸型水。

榆林市地下水中的常規(guī)陰離子中HCO3-含量平均值為243.61 mg/L，其含量跨度范圍在143.9～558.4 mg/L之間，；SO42-含量平均值為47.52 mg/L，其含量跨度范圍在10.36～238.30 mg/L之間，；Cl-含量的范圍在2.79～173.3 mg/L之間，它的平均值為24.87 mg/L。常規(guī)陽離子中Na+含量在8.95～145.3 mg/L之間，平均值為29.59 mg/L；Ca2+含量最低為26.1 mg/L，最高為163.9 mg/L，含量平均值為66.46 mg/L；Mg2+含量最低為5.62 mg/L，最高為77.97 mg/L，Mg2+含量平均值為20.86 mg/L。

根據(jù)該調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)成分特征值的統(tǒng)計結(jié)果可以得出這樣的結(jié)論：各項測試指標(biāo)間的偏度相差較大，除pH值的偏度小于0外，其余所有變量的偏度值均大于0。初步推斷可能是由局部地下水污染所致。

表1 榆林市地下水水化學(xué)類型

2 區(qū)域地下水污染評價體系

2.1 評價梯度

根據(jù)中西部地下水污染調(diào)查評價項目的要求，一般統(tǒng)一采用層級階梯法進行評價地下水的污染程度。按無機毒理指標(biāo)和微量有機指標(biāo)評價確定地下水的污染，將其劃分為五級。

2.2 背景值研究

我們一般稱未受人為污染狀況下地下水中化學(xué)、物理各要素的天然特征值為地下水環(huán)境背景值。地下水環(huán)境背景值也說明了各個地下水要素之間隨自然環(huán)境變化而演化的特征。為了反映地下水形成過程中的天然狀況，不斷獲取真實可靠的地下水化學(xué)資料、進行地下水環(huán)境背景值研究是十分必要的。

建立地下水環(huán)境背景值的工作是十分具有工程地質(zhì)意義，地下水環(huán)境背景值是進行水質(zhì)評價的基礎(chǔ)，在水資源評價、開發(fā)和利用等方面也發(fā)揮著巨大的作用。對于評價地下水環(huán)境污染程度，研究污染來源和污染物運移變化規(guī)律等有重要意義。在地方病的研究工作中地下水環(huán)境的背景值研究也提供不少科學(xué)依據(jù)。

2.2.1 研究方法

平均值法、等值線法、趨勢面分析法、數(shù)理統(tǒng)計分析法、剖面圖法、比擬法等。(依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計方法的統(tǒng)計特征，考慮到榆林地區(qū)地下水環(huán)境的特點，該地下水環(huán)境背景值的研究決定采用數(shù)理統(tǒng)計法。)

2.2.2 指標(biāo)的選取

通過分析榆林市地下水水質(zhì)分析成果和各指標(biāo)對地下水質(zhì)量的影響程度，選用TFe、NO2—N、pH、TH、TDS、Cl-、SO42-、NO3—N、F-、Mn等15項對榆林市水質(zhì)有較大影響的指標(biāo)進行初步的地下水環(huán)境背景值研究，以進一步分析評價該地區(qū)地下水受人類活動影響的程度。

2.2.3 地下水環(huán)境單元的確定

為了更好地研究和地下水化學(xué)成分的形成演化，我們必須將地下水環(huán)境的單元劃分，并歸類水文地球化學(xué)作用，在達到研究精度的要求的同時用最少的工作量。

榆林市地下水環(huán)境單元是依據(jù)地下水的形成條件(區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、地形地貌演變歷史、底層巖性分布規(guī)律)、埋藏特征和介質(zhì)特點等，并結(jié)合氣象、水文條件及地理位置等(見圖3)劃分的，大致劃分為：榆林市沙漠灘區(qū)水環(huán)境單元、榆林市河谷區(qū)水環(huán)境單元、榆林市黃土區(qū)水環(huán)境單元三個部分。

2.2.4 背景值計算

在相同的環(huán)境背景值單元內(nèi)、相同的時間段內(nèi)、不同空間分布的水質(zhì)資料為基礎(chǔ)的情況下，不考慮時間序列因子對于環(huán)境背景值影響的前提下，采取下面方法：

去掉異常數(shù)據(jù)、繪制直方圖、分組計算頻率及累積頻率的基礎(chǔ)上，檢驗地下水中各種組份含量的分布類型；以分組計算頻率及累積頻率、平均值、分組計算頻率及累積頻率、中位數(shù)作為集中值，以幾何標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)差作為衡量離散程度的指標(biāo)；以變異系數(shù)、檢出率、離散程度、背景值(95%的置信區(qū)間)等參數(shù)描述各種組分背景含量的統(tǒng)計特征。

具體步驟如下：剔除離群數(shù)據(jù)；檢驗分布類型；確定統(tǒng)計特征值

1)正態(tài)分布

2)對數(shù)正態(tài)分布

3)偏態(tài)分布(非正態(tài)，也非對數(shù)正態(tài)分布)

集中值：中位數(shù)Me用。

背景值區(qū)間：一定樣本概率下的百分位數(shù)區(qū)間。

注：低于檢測下限值的處理

在80%≤E<100%的檢出率情況下，使用檢出下限的0.7倍參加數(shù)理統(tǒng)計并計算出統(tǒng)計參數(shù)；

在50%≤E<80%的檢出率情況下，用樣本的中位數(shù)作統(tǒng)計特征值；

當(dāng)檢出率E≤50%時，其檢測下限作為統(tǒng)計特征值(實質(zhì)上是以眾數(shù)作為統(tǒng)計特征值)。

2.2.5 計算結(jié)果及初步分析

榆林市地區(qū)地下水環(huán)境背景值計算結(jié)果，見表2。各組分在各個單元中的分布情況用條形圖表示(見圖1-圖7)。

本次研究區(qū)面積為1 470 km2，環(huán)境條件的差異在各個分區(qū)比較明顯，背景值特征在不同區(qū)域也不同，但也顯示出了一定的分布規(guī)律：

1)本次的研究對象主要是榆林市淺層地下水。榆林地區(qū)的地下水化學(xué)元素以對數(shù)正態(tài)分布和偏態(tài)分布為主。

2)研究區(qū)地下水類型主要為孔隙水和裂隙水。從背景值統(tǒng)計表可見，該區(qū)總體上孔隙水分布區(qū)的地下水環(huán)境背景值要高于裂隙水分布區(qū)，基本符合地下水的形成演化規(guī)律。

圖1 榆林市pH值背景值分布情況

圖2 榆林市TH、TDS背景值分布情況

圖3 榆林市離子背景值分布情況

圖4 榆林市NO2-背景值分布情況

圖5 榆林市F-、COD背景值分布情況

圖6 榆林市Mn、TFe背景值分布情況

圖7 榆林市As、Cr6+、Ba、Zn背景值分布情況

2.3 地下水污染評價

2.3.1 區(qū)域地下水污染評價

根據(jù)層級階梯評價方法，對榆林市55組地下水樣的污染程度進行評價。榆林市區(qū)域地下水污染級別劃分為五級，占總?cè)訑?shù)38.2%的正常水21組；占總?cè)訑?shù)45.5%的變異水25組；占總?cè)訑?shù)1.8%的疑似污染水1組；已污染水4組，占總?cè)訑?shù)7.3%；重污染水4組，占總?cè)訑?shù)7.3%(見圖8)。疑似污染水的污染指標(biāo)主要為F-，已污染水的污染指標(biāo)主要為As、NO3-N，重污染水的污染指標(biāo)主要為NO3-N，可見NO3-N指標(biāo)是影響區(qū)域地下水污染的主要毒理指標(biāo)；微量有機物有檢出，但大多未超過Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，僅在沙河口奶牛場供水井中(YL261)的苯并(a)芘超過Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，但未超過Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。從圖8榆林市區(qū)域地下水污染評價圖看出：榆林市14.5%已污染水和重污染水主要分布于榆溪河中下游河谷區(qū)人類活動頻繁的地帶以及麻黃梁工業(yè)園區(qū)，區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為正常水和變異水，兩者所占比例之和為83.7%，顯示榆林市區(qū)域地下水污染程度總體較輕，僅為局部點狀污染，且都為無機污染。

2.3.2 重點區(qū)地下水污染評價

榆林市重點區(qū)地下水污染級別劃分為四級，正常水2組，占總?cè)訑?shù)7%；變異水18組，占總?cè)訑?shù)67%；已污染水3組，占總?cè)訑?shù)11%；重污染水4組，占總?cè)訑?shù)15%(見圖9)。已污染水的污染指標(biāo)主要為NO3—N和C2Cl4，重污染水的污染指標(biāo)主要為NO3—N、NO2—N和As。

2.3.3 污染評價對比

區(qū)域地下水污染程度明顯低于重點區(qū)，區(qū)域地下水正常水占38.2%，對應(yīng)的重點區(qū)地下水正常水占7%，區(qū)域地下水已污染水和重污染水共占14.6%，對應(yīng)的重點區(qū)地下水已污染水和重污染水共占26%。影響區(qū)域地下水的污染指標(biāo)也少于重點區(qū)，亞硝酸鹽和四氯乙烯2項指標(biāo)在重點區(qū)地下水中存在超標(biāo)現(xiàn)象，而在區(qū)域地下水中均未超標(biāo)，微量有機的檢出率重點區(qū)明顯高于區(qū)域地下水，且出現(xiàn)了一個超標(biāo)點?？梢娭攸c區(qū)地下水微量有機組份的污染程度要高于區(qū)域地下水。

表2 榆林市地下水環(huán)境背景值統(tǒng)計表

注：P代表偏態(tài)分布，N代表正態(tài)分布，LN 代表對數(shù)正態(tài)分布。另外指標(biāo)單位均為mg/L。

圖8 榆林市區(qū)域地下水污染評價

圖9 榆林市重點區(qū)地下水污染評價

3 污染防治區(qū)劃及防治對策

3.1 地下水污染防治區(qū)劃

為了保護地下水資源開始建立地下水污染防治區(qū)劃，為制定和實施地下水污染防治規(guī)劃提供依據(jù)。按2012年地下水污染調(diào)查評價規(guī)范(報批稿)要求的區(qū)劃內(nèi)容，將評價區(qū)劃分為地下水污染治理區(qū)、防控區(qū)、一般保護區(qū)。

污染治理區(qū)：有明確污染源，地下水污染嚴(yán)重，需修復(fù)治理的區(qū)域。

防控區(qū)：重要地下水水源地及其保護區(qū)，地下水資源需求強，潛在污染源多或較多的區(qū)域。

一般保護區(qū)：地下水水質(zhì)變化不明顯或天然水質(zhì)較差，地下水資源需求一般，有少量潛在污染源的區(qū)域。

地下水污染防治區(qū)劃應(yīng)為地下水污染防治規(guī)劃的編制提供直接分區(qū)依據(jù)。

在綜合分析榆林市地下水系統(tǒng)防污染性能、地下水污染的風(fēng)險、地下水質(zhì)量與污染現(xiàn)狀、地下水資源可開采量及開發(fā)利用的基礎(chǔ)上，參考土地利用分區(qū)、污染源分布及社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，將榆林市地下水污染防治區(qū)劃分為兩區(qū)(防控區(qū)、一般防護區(qū))和一類污染修復(fù)治理點。

3.1.1 地下水污染防控區(qū)

榆林市地下水污染防控區(qū)包括正在開發(fā)中的和已勘探未開采的集中供水水源地，根據(jù)各水源地進一步劃分為8個亞區(qū)，即：牛家梁河谷第四系大型水源地防控區(qū)(Ⅰ1)、金雞灘薩拉烏蘇組大型水源地防控區(qū)(Ⅰ2)、馬合薩拉烏蘇組大型水源地防控區(qū)(Ⅰ3)、芹河薩拉烏蘇組大型水源地防控區(qū)(Ⅰ4)、沙河薩拉烏蘇組大型水源地防控區(qū)(Ⅰ5)、頭道河則薩拉烏蘇組中型水源地防控區(qū)(Ⅰ6)、水掌溝侏羅系燒變巖小型水源地防控區(qū)(Ⅰ7)、色草灣泉侏羅系燒變巖小型水源地防控區(qū)(Ⅰ8)。

3.1.2 一般防護區(qū)

將榆林市地下水系統(tǒng)防污染性能好和較好、污染源分布極少、地下水基本未污染、供水量小且分散分布的地區(qū)劃分為一般防護區(qū)，該區(qū)分布于沙河水源地以南、榆溪河兩岸的地區(qū)。根據(jù)該區(qū)的防污性能、污染風(fēng)險、水資源開發(fā)利用以及土地利用等條件進一步劃分為2個亞區(qū)，即：榆溪河西南部沙蓋黃土一般防護區(qū)(Ⅱ1)和榆溪河?xùn)|南部黃土丘陵一般防護區(qū)(Ⅱ1)。

3.1.3 污染修復(fù)治理點

地下水已出現(xiàn)明顯毒理指標(biāo)污染及有機物檢出的地點確定為修復(fù)治理點，調(diào)查區(qū)內(nèi)的修復(fù)治理點主要修復(fù)指標(biāo)為As、NO3-和F-。從榆林市地下水污染防治區(qū)劃圖可以看出：地下水污染修復(fù)點全部位于水源保護區(qū)內(nèi)，并且主要集中分布于牛家梁鎮(zhèn)及榆林老城區(qū)以南的河谷區(qū)，在這些地區(qū)沿地下水流方向的上游分布著較多的煤炭、電力、化工等重污染型企業(yè)，說明這些工礦企業(yè)已經(jīng)對水源保護區(qū)內(nèi)局部地下水造成了不同程度的影響。因此，應(yīng)采取積極有效的措施，加強對重要污染源的控制和污染物的治理，阻斷As、NO3-和F-的外部污染源，確保供水水源保護區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量安全。

3.2 地下水污染防治對策

地下水的污染防治類似于很多地質(zhì)工程災(zāi)害的防治，都是以預(yù)防為主、防治結(jié)合的方針。面對現(xiàn)存的污染應(yīng)該做到及時解決處理方案的設(shè)立，保護地下水資源，防止水環(huán)境的二次惡化。并且還要提前做到地下水環(huán)境的防護，避免或減少地下水污染事件的發(fā)生。

3.2.1 開展地下水資源知識宣傳，樹立節(jié)水觀念

在環(huán)境污染大類中，地下水的污染是一種相對特殊的污染模式，它有著不劇烈的、緩慢發(fā)生、隨著累積加重程度的特點。因此人們在平時的生產(chǎn)生活中應(yīng)該注重對地下水條件、地下水環(huán)境的了解和認(rèn)識。不斷學(xué)習(xí)水資源節(jié)約環(huán)保的概念，在公眾中定時宣傳地下水環(huán)保意識。

3.2.2 建立完善的能源基地規(guī)劃體系

目前我國正處于一個高速發(fā)展的時期，而可持續(xù)發(fā)展又是我們一向秉持的發(fā)展首要原則。我們需要落實發(fā)展好對于土地利用，在城市現(xiàn)代發(fā)展規(guī)劃中做好對于地下水環(huán)境的研究分析，盡早建立完善體制下的能源基地，合理的布局，統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.2.3 建立地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

為了做到對于地下水資源的管理和維護，必須建立地下水動態(tài)監(jiān)測。一直以來，國家對于地區(qū)地下水的規(guī)劃和發(fā)展政策都是依賴對于地下水系統(tǒng)長期穩(wěn)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)。地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立可以從全局更精確的掌握地下水水質(zhì)情況，并且根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時采取地下水治理防護措施。

3.2.4 強化城鎮(zhèn)集中供水水源地的監(jiān)管

榆林地區(qū)內(nèi)的各個水源開采地?fù)?dān)負(fù)著榆林市城鎮(zhèn)居民安全供水的重任。因此我們應(yīng)該強化城鎮(zhèn)集中供水水源地的監(jiān)管，政府和相關(guān)部門應(yīng)該嚴(yán)格按照國家和地區(qū)的相關(guān)法律條例對其進行長期嚴(yán)格的監(jiān)督管理。發(fā)現(xiàn)問題，及時糾正。

3.2.5 加快技術(shù)改造與創(chuàng)新

對于榆林地區(qū)內(nèi)的工礦企業(yè)，應(yīng)該積極鼓勵其變換更替原有的生產(chǎn)技術(shù)，節(jié)約用水、綠色用水、減少污染水的排放。另一方面，加大對于污水的再利用。提倡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用農(nóng)家肥和有機肥，嚴(yán)禁使用高殘留農(nóng)藥的化肥?？偟膩碚f，全方位改善生態(tài)環(huán)境，早日建成完善的生態(tài)能源基地。

4 結(jié)語

本文通過對陜西省榆林市地下水環(huán)境的調(diào)查研究分析，根據(jù)對該區(qū)域地下水含水層系統(tǒng)、地下水補徑排特征、地下水水化學(xué)特征的研究建立地下水污染評價體系。采用數(shù)理統(tǒng)計法對于榆林市地下水環(huán)境背景值進行研究，從而提出評價方法。根據(jù)榆林市不同區(qū)域地下水污染情況建立該地區(qū)地下水污染防治區(qū)劃，并提出了相應(yīng)的地下水污染防治對策。