趙江濤,周金龍,*,高業(yè)新,欒風(fēng)嬌,李 巧,杜明亮(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,新疆烏魯木齊 80052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心,新疆 烏魯木齊 80052；.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北 石家莊 050061)

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新疆焉耆盆地平原區(qū)地下水有機(jī)污染評價(jià)及污染成因

趙江濤1,2,周金龍1,2,3*,高業(yè)新3,欒風(fēng)嬌1,2,李 巧1,2,杜明亮1,2(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,新疆
烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心,新疆 烏魯木齊 830052；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北 石家莊 050061)

摘要：在新疆焉耆盆地平原區(qū)采集了42組地下水樣品和10組地表水樣品,首次將有機(jī)污染物納入檢測項(xiàng)目,檢測有機(jī)污染物共計(jì)39項(xiàng).對所有水樣測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯示:焉耆盆地平原區(qū)地下水中檢出的有機(jī)污染物共有 3 種,分別是三氯甲烷、1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯,檢出率分別為30.95%、2.38%和2.38%,檢出的三項(xiàng)有機(jī)污染物含量均低于飲用水標(biāo)準(zhǔn).通過多介質(zhì)污染評價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)污染評價(jià),各有機(jī)污染物檢出點(diǎn)不會(huì)對環(huán)境造成明顯危害.在焉耆盆地平原區(qū)不同的土地利用類型有機(jī)污染物檢出率不同,檢出率為牧草地>耕地>建設(shè)用地;檢出的14組地下水有機(jī)污染物大部分分布在包氣帶巖性為亞黏土與亞砂土區(qū)域,其余分布在包氣帶巖性為砂礫石區(qū)域;地表水采樣點(diǎn)中只有B03(開都河)檢測出微量的三氯甲烷,地下水中檢出的有機(jī)污染物不是來自于地表水的補(bǔ)給.

關(guān)鍵詞：新疆焉耆盆地；地下水；有機(jī)污染評價(jià)

* 責(zé)任作者, 教授, zjzhoujl@163.com

隨著人類活動(dòng)的增加,各種污染造成地下水中有害物質(zhì)逐年增加,地下水水質(zhì)下降,嚴(yán)重危害飲用水安全[1-4].現(xiàn)有研究表明,大部分有機(jī)污染物具有致癌、致畸、致突變作用(“三致作用”),會(huì)對人體健康造成嚴(yán)重危害[5-6].許多有機(jī)污染物在地下水環(huán)境中很難通過自然降解過程清除,會(huì)因?yàn)殚L期存在而發(fā)生累積[7].地下水有機(jī)污染物常常具有污染種類多、含量低、危害大、難治理等特點(diǎn).因此,就污染物的種類、污染的范圍以及對人類健康的危害而言,地下水中有機(jī)污染物排在所有污染物的首位[8-9].焉耆盆地位于新疆天山中段南麓,新疆巴音郭楞蒙古自治州包括和靜縣、和碩縣、焉耆縣、博湖縣等4個(gè)縣和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師的8個(gè)團(tuán)場.焉耆盆地四周環(huán)山,呈菱形,地勢從西北向東南傾斜,從周邊山嶺向盆地中心(博斯騰湖)傾斜.區(qū)內(nèi)博斯騰湖是我國最大的內(nèi)陸淡水湖,東西長約55km,南北寬約20km,湖面海拔為1046m,水面面積達(dá)974km2[10].地下水是本研究區(qū)的主要供水水源,因此,研究地下水中的有機(jī)污染物,確定主要種類,進(jìn)行危害評價(jià),對解決本研究區(qū)主要環(huán)境問題具有重要意義.

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

焉耆盆地在大地構(gòu)造單元上被稱為“博斯騰湖拗陷”.它的發(fā)育繼承了南天山向斜褶皺帶在海西晚期拗陷的位置,后經(jīng)阿爾卑斯運(yùn)動(dòng),形成階梯狀拗陷基底,特別是山前帶和拗陷內(nèi)部深大斷裂的存在和分布,控制和影響著盆地的演變.盆地四周為前第四紀(jì)地層,盆地內(nèi)部廣泛分布第四紀(jì)沖洪積、沼澤和湖積物.盆地第四紀(jì)巖性結(jié)構(gòu)自西北向東南逐漸變細(xì),以砂礫石、中粗砂、中細(xì)砂、砂壤土、亞黏土為主.由于第四系巖性結(jié)構(gòu)控制,從洪積扇頂部到?jīng)_洪積平原,地形由高到低,坡降由陡變緩,巖性顆粒由粗變細(xì),致使從西部、西北部山前沖洪積平原到下游沖積平原依次形成了單一潛水、上部潛水––下部多層承壓水和上部潛水––下部多層承壓自流水含水層[10].焉耆盆地典型水文地質(zhì)剖面[11]見圖1.

2 調(diào)查與采樣分析

2.1 地下水污染調(diào)查點(diǎn)布設(shè)原則

在系統(tǒng)收集和整理研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)和污染狀況資料的基礎(chǔ)上,按照《地下水污染調(diào)查評價(jià)規(guī)范》[12]要求,針對焉耆盆地平原區(qū)進(jìn)行1:25萬精度地下水污染調(diào)查,基本查明了污染源的類型、空間分布特征,主要污染物的種類、排放方式、排放強(qiáng)度以及污染物接納場所的特征等.

地下水污染樣品采集點(diǎn)的分布遵循區(qū)域控制,重點(diǎn)區(qū)結(jié)合污染源的分布特點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的原則.

2.2 樣品采集及采樣質(zhì)量控制

取樣時(shí)間為2014年6～7月,共采集地下水樣品42組和地表水樣品10組,首次對有機(jī)污染物進(jìn)行采樣、檢測分析,采樣點(diǎn)分布見圖2.地下水采樣、保存和送檢依據(jù)《地下水污染調(diào)查評價(jià)規(guī)范》[12],采集樣品由中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所礦泉水檢測中心進(jìn)行檢測.

圖2 研究區(qū)水樣采樣點(diǎn)類型及分布Fig.2 Types and distribution of water sampling sites in study area

2.3 地下水有機(jī)污染物檢出統(tǒng)計(jì)

39項(xiàng)有機(jī)物檢驗(yàn)依據(jù)為EPA8260(揮發(fā)性有機(jī)物GC-MS測試法)和EPA8270(半揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜-質(zhì)譜法),檢測儀器為Trace dsq GCMS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,檢出限見表1.

表1 地下水有機(jī)組分檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(μg/L)Table 1 Statistics of detection result of groundwater organic compounds (μg/L)

續(xù)表1

3 有機(jī)污染評價(jià)

3.1 評價(jià)方法

利用美國環(huán)保局資助開發(fā)的多介質(zhì)污染評價(jià)系統(tǒng)[13]的多介質(zhì)環(huán)境目標(biāo)即MEG及環(huán)境影響度AS對地下水中有機(jī)污染物進(jìn)行評價(jià).某些有機(jī)污染物的實(shí)測濃度與該有機(jī)污染物的MEG值之比,稱為環(huán)境影響度AS .水中單個(gè)有機(jī)污染物的AS值大于1.0,則該有機(jī)污染物對環(huán)境有潛在危害.在進(jìn)行水體評價(jià)時(shí),水中單個(gè)有機(jī)污染物的AS值可能小于1.0,但水中檢出多種有機(jī)污染物,可粗略的用每種有機(jī)污染物AS值的加和總環(huán)境影響度TAS來判斷.若TAS大于1.0,則表明該水體對環(huán)境有潛在危害,其關(guān)系式為:

這些神話反映了人類同自然以及人類社會(huì)斗爭中那種頑強(qiáng)奮發(fā)的精神。在斗爭過程中，主人公的形體都遭到毀來，給人以崇高悲壯的審美感受，都是最純正的悲劇。

式中:ASi為某種污染物的環(huán)境影響度;Ci為某種污染物在介質(zhì)中的實(shí)測濃度;MEGi為某種污染物的環(huán)境目標(biāo)值;TAS為總環(huán)境影響度.

3.2 評價(jià)結(jié)果分析

表2 焉耆盆地平原區(qū)有機(jī)污染物環(huán)境影響度統(tǒng)計(jì)Table 2 Environmental sensitivity index of organic pollutants in the plain area of Yanqi Basin

焉耆盆地平原區(qū)地下水主要檢出有機(jī)污染物為三氯甲烷、1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯,三者均為揮發(fā)性有機(jī)物,檢出區(qū)間分別為<0.20～0.84μg/L、<0.25～0.89μg/L及<0.10～0.10μg/L.通過AMEG-WH[14]、WHO推薦值[15]等的最低值確定3種有機(jī)污染物的環(huán)境目標(biāo)值MEG[14],利用多介質(zhì)污染評價(jià)系統(tǒng)對三者進(jìn)行環(huán)境安全性初步評價(jià),假定所有有機(jī)物只要AS相同,則對人和環(huán)境的潛在危害程度相同,同時(shí)假定AS值大小與潛在危害呈線性關(guān)系[14]由表2可知,3種有機(jī)污染物環(huán)境影響度AS均小于1.0,表示目前各檢出點(diǎn)有機(jī)污染程度較輕,對環(huán)境和人體健康危害不顯著;總的有機(jī)污染物環(huán)境影響度TAS遠(yuǎn)小于1.0,說明目前各有機(jī)污染物檢出點(diǎn)不會(huì)對環(huán)境造成明顯危害.

4 地下水有機(jī)污染物來源及其影響因素分析

4.1 地下水有機(jī)污染物性質(zhì)及影響

研究區(qū)地下水中檢出的有機(jī)污染物為三氯甲烷、1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯.三氯甲烷是本次地下水水樣中檢出率最高的有機(jī)污染物.從分布情況來看,三氯甲烷主要分布在中部及北部山前平原地帶,這與地下水樣中總硬度較高檢出點(diǎn)分布具有一定的一致性.三氯甲烷不溶于水(密度大于水),是有機(jī)合成的原料,應(yīng)用非常普遍,如制作氟利昂等,醫(yī)藥上用作麻醉劑及萃取劑,也可作為抗生素、香料、油脂、橡膠的溶劑和萃取劑[16].三氯甲烷在土壤和沉積物中的淋溶遷移性很高,在水文地質(zhì)條件適宜的地點(diǎn)容易遷移至地下水從而造成地下水的污染[17].

1,2-二氯乙烷在本次地下水水樣中有1個(gè)檢測點(diǎn)檢出,位于北部山前平原區(qū),和碩縣境內(nèi).1,2-二氯乙烷是某些有機(jī)化合中的副產(chǎn)品,主要用作瀝青、樹脂及咖啡因等的提取劑,還用于照相術(shù)、靜電印刷、水軟化中[16,18].土壤表層的1,2-二氯乙烷可迅速揮發(fā)進(jìn)入大氣或者下滲進(jìn)入地下水;下層中的1,2-二氯乙烷向大氣揮發(fā)很慢,由于密度較高,容易向下遷移污染地下水[19].

研究區(qū)污染源類型主要是垃圾填埋場、污水處理廠及農(nóng)業(yè)面源污染.垃圾填埋場及污水處理廠雖都有一定的防滲措施,但由于設(shè)施簡陋可能會(huì)出現(xiàn)滲漏,部分有機(jī)污染物會(huì)由上游遷移至下游.焉耆盆地平原區(qū)大部分有機(jī)污染物檢出點(diǎn)處于污染源上游,因此垃圾填埋場及污水處理廠滲漏的有害物質(zhì)不會(huì)擴(kuò)散到地下水中,對地下水水質(zhì)影響不大;剩余檢出點(diǎn)距上游污染源距離較遠(yuǎn)(≥10km),因此對采樣點(diǎn)水質(zhì)影響較小.但平原區(qū)內(nèi)大量使用的化肥、農(nóng)藥和殺蟲劑,經(jīng)包氣帶淋失進(jìn)入含水層,會(huì)造成潛水水質(zhì)惡化,由潛水徑流至淺層承壓水或深層承壓水,使承壓水水質(zhì)受到有機(jī)物的污染.

4.2 土地利用方式對地下水有機(jī)污染的影響

表3 不同土地利用類型有機(jī)污染物檢出統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of the organic pollutants in the different land use types

焉耆盆地平原區(qū)土地利用類型主要分為耕地、牧草地及建設(shè)用地三類.研究區(qū)地下水有機(jī)污染物檢出點(diǎn)主要分布在焉耆盆地平原區(qū)中部及北部山前平原地帶.牧草地和耕地分布區(qū)地下水有機(jī)污染物的檢出率較高,建設(shè)用地有機(jī)污染物檢出率較低.這與當(dāng)?shù)啬敛莸睾透厥┯脷⑾x劑有直接關(guān)系.

地下水中有機(jī)污染物基本以土壤為媒介,土壤吸附作用[16,21-22]是有機(jī)污染物進(jìn)入地下水的重要途徑.揮發(fā)性有機(jī)污染物具有較高的蒸汽壓、水溶性和較低的有機(jī)分配系數(shù)、黏度及界面張力[23],一旦進(jìn)入土壤可導(dǎo)致包氣帶污染,會(huì)在一定條件下進(jìn)一步污染含水層.其污染主要受降水及灌溉水、農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)藥化肥的使用影響較大,降水通過沖刷大氣、加快地表徑流、入滲作用,攜帶大氣、地表或滯留于土壤中的有機(jī)物,進(jìn)入含水層;降水及灌溉作用下地下水位抬升,部分吸附于有機(jī)質(zhì)的污染物通過解吸作用向下遷移進(jìn)入地下水,造成地下水的污染.

由表3可知,在焉耆盆地平原區(qū)采集的42組地下水水樣中,有14組水樣存在有機(jī)污染物的檢出,檢出率33.33%.不同的土地利用類型有機(jī)污染物檢出率不同,牧草地>耕地>建設(shè)用地.

4.3 包氣帶巖性對地下水有機(jī)污染的影響

焉耆盆地包氣帶巖性主要?jiǎng)澐譃樗念?砂礫石、亞黏土、亞砂土及粉細(xì)砂.砂礫石主要分布在和靜縣以西、和碩縣以北的山前平原地帶;亞黏土主要分布在盆地中部平原區(qū)焉耆縣和博湖縣;亞砂土主要分布在和靜縣及和碩縣;粉細(xì)砂分布在博斯騰湖以東山前平原區(qū)(無資料區(qū))[24].由表4可知,焉耆盆地平原區(qū)地下水主要有機(jī)污染物14個(gè)檢出點(diǎn)大部分分布在包氣帶巖性為亞黏土與亞砂土的區(qū)域,其余分布在包氣帶巖性為砂礫石的區(qū)域.

表4 焉耆盆地不同包氣帶巖性有機(jī)污染物檢出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表Table 4 The detected points of the organic pollutants of the different unsaturated zone in the plain area of Yanqi Basin

4.4 地表水水質(zhì)對地下水有機(jī)污染的影響

地表水是研究區(qū)地下水最主要的補(bǔ)給來源,其水質(zhì)對地下水水質(zhì)會(huì)造成一定影響.地表水采樣點(diǎn)分布見圖1,根據(jù)地表水采樣點(diǎn)檢測結(jié)果分析,在焉耆盆地8個(gè)地表水采樣點(diǎn)中只有B03(開都河)檢測出微量的三氯甲烷(0.30μg/L),檢出率12.5%.由于焉耆盆地平原區(qū)地下水埋深大部分在5m以內(nèi),主要依靠地表水的補(bǔ)給,淺層承壓水有機(jī)物檢出點(diǎn)X11(三氯甲烷檢出值為0.27μg/L)位于B03的左岸7.7km處,超出河道水入滲補(bǔ)給帶1～2km的范圍,說明X11檢出的三氯甲烷與開都河河水入滲無關(guān);深層承壓水有機(jī)物檢出點(diǎn)X09位于B03的上游,因此,X09有機(jī)污染物的檢出與B03處地表水的補(bǔ)給無關(guān).

4.5 地下水開采方式對地下水有機(jī)污染的影響通過圖3可以看出,主要有機(jī)污染物三氯甲烷在不同的含水層隨著檢測點(diǎn)井深逐漸加深,有機(jī)污染物檢出值呈現(xiàn)下降的趨勢,這是由于水土環(huán)境中的有機(jī)污染物均具有隨著地下水水流方向距離增大或者深度增大不斷衰減的作用,向下部逐漸減小并趨于消失的趨勢.焉耆盆地平原區(qū)潛水含水層檢測出三氯甲烷的檢測點(diǎn)(編號X13,X43)包氣帶巖性為砂礫石,隨著井深的增加三氯甲烷的含量下降趨勢較為明顯;與潛水含水層相比,承壓含水層在井深100～ 180m間三氯甲烷檢測值出現(xiàn)波動(dòng),總體呈現(xiàn)下降的趨勢,但是趨勢有所減緩,檢測值普遍大于潛水含水層檢測值.

圖3 不同含水層類型井深與三氯甲烷檢測值對比Fig.3 Contrast diagram of well depth of different aquifers and trichloromethane detection value

三氯甲烷是本次地下水水樣中檢出率最高的有機(jī)污染物,因此它在本次有機(jī)污染分析中具有一定的代表性.研究區(qū)深層承壓水水樣中三氯甲烷(不溶于水)的檢出值高于潛水及淺層承壓水可能存在兩方面的原因:一是與有機(jī)污染物垂向滲透污染有關(guān)[25],三氯甲烷不溶于水,它在土壤和沉積物中的淋溶遷移性很高,在水文地質(zhì)條件適宜的地點(diǎn)容易遷移至地下水從而造成地下水的污染.當(dāng)污染物不溶于水且密度大于水,會(huì)在含水層底部富集,其遷移受重力的影響,并因?yàn)轲ざ刃≡诤畬又械倪w移能力強(qiáng);二是焉耆盆地平原區(qū)地下水開采一般為混合開采,即使是分層開采,止水效果一般也不佳,因此會(huì)導(dǎo)致不同含水層間相互干擾,由于原生地層結(jié)構(gòu)遭到破壞,溝通了水質(zhì)不同的含水層,對上部易受有機(jī)物污染的潛水或淺層承壓含水層中的機(jī)井未進(jìn)行止水或不完全止水,造成多層混合取水,水質(zhì)較差的潛水或淺層承壓水不斷向深層承壓含水層流動(dòng),使得地下水污染向更深層發(fā)展.進(jìn)入地下水中的三氯甲烷很難被微生物降解,尤其是在厭氧環(huán)境下,三氯甲烷可持久存在地下水系統(tǒng)中,三氯甲烷的水解半衰期可達(dá)到1000年以上[26].因此,在研究區(qū)地下水中表現(xiàn)出三氯甲烷的較高檢出率.

5 結(jié)論

5.1 根據(jù)所采集地下水樣品檢測結(jié)果,焉耆盆地平原區(qū)地下水中已有有機(jī)污染物檢出.在采集的42組地下水樣品中,有14組水樣存在有機(jī)污染物的檢出,檢出率33.33%.在檢測的39項(xiàng)有機(jī)指標(biāo)中,檢出的有機(jī)污染物有3種(三氯甲烷、1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯),檢出最高的有機(jī)污染物是三氯甲烷(檢出率為30.95%),1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯的檢出率均為2.38%.

5.2 焉耆盆地平原區(qū)三種有機(jī)污染物環(huán)境影響度AS均小于1.0,總的有機(jī)污染物環(huán)境影響度TAS也小于1.0,表示目前各檢出點(diǎn)有機(jī)污染程度較輕,對環(huán)境和人體健康危害不顯著.

5.3 在焉耆盆地平原區(qū)不同的土地利用類型有機(jī)污染物檢出率不同,檢出率為牧草地>耕地>建設(shè)用地;地下水主要有機(jī)污染物大部分分布在包氣帶巖性為亞黏土與亞砂土區(qū)域,其余分布在包氣帶巖性為砂礫石區(qū)域;地表水采樣點(diǎn)中只有B03(開都河)檢測出微量的三氯甲烷,地下水中檢出的有機(jī)污染物不是來自于河道水的入滲補(bǔ)給.

5.4 深層承壓水檢測出有機(jī)污染物主要有兩方面的原因:一是與有機(jī)污染物垂向滲透污染有關(guān);二是地下水的混合開采,導(dǎo)致已污染的潛水或淺層承壓水沿井壁進(jìn)入深層含水層.

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Assessment of organic pollution and study on pollution cause of groundwater in the plain area of Yanqi Basin, Xinjiang.

ZHAO Jiang-tao1,2, ZHOU Jin-long1,2,3*, GAO Yexin3, LUAN Feng-jiao1,2, LI Qiao1,2, DU Ming-liang1,2(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2.Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China；3.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang 050061, China).China Environmental Science, 2016,36(1)：117～124

Abstract：In order to acquire the current status of groundwater quality in the plain area of Yanqi Basin, Xinjiang, 42 groundwater and 10 surface water samples were collected according to the relating requirements and standards.The detection of organic pollutants in the study area was the first time and totally come to 39 testing items.The samples were analyzed by qualified laboratories.The investigation results showed that there were three organic contaminants detected in groundwater.Among these compounds, detection rate of trichloromethane, 1, 2-dichloroethane and 1, 2-dichlorobenzene were 30.95%, 2.38% and 2.38%, respectively.Content of the three compounds did not exceed the drinking water standards.The organic pollution assessment results showed that in the plain area of Yanqi Basin the organic pollutants were not to do harm to environment.Detection rate of the groundwater organic pollutants of the different land use types were grassplot > cultivated land > construction land.Most of the 14 detection points of groundwater organic pollutants distributed the unsaturated zone of the loam and the sandy loam.The others distributed the unsaturated zone of the sandy gravel.Only the B03 (Kaidu River) were detected trace amounts of trichloromethane and the organic pollutants in groundwater were not from the surface water.

Key words：the plain area of Yanqi Basin, Xinjiang; groundwater; assessment of organic pollutants

中圖分類號：X523

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)01-0117-08

收稿日期：2015-06-02

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212011220982);新疆自治區(qū)水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科基金(xjswszyzdxk20101202)

作者簡介：趙江濤(1987-),男,甘肅天水人,博士研究生,主要從事地下水水質(zhì)演化與保護(hù)研究.