陳 橋, 莊 妍,郝 得 成,王 紅 梅

(1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590； 2.山東科技大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室，山東 青島 266590； 3.山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的迅速發(fā)展，地下水污染日益加重，導(dǎo)致地下水環(huán)境質(zhì)量惡化。另一方面，隨工業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展，人類社會對地下水的開發(fā)利用和需求逐漸擴(kuò)大，對地下水資源保護(hù)就顯得尤為迫切。因此，對地下水質(zhì)量展開評價，對于合理規(guī)劃利用和科學(xué)保護(hù)地下水資源具有重要的意義。

山東北部沿海區(qū)是我國重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)。近年來，隨著城市化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，生活污水和工業(yè)廢水超標(biāo)排放，農(nóng)藥化肥大量使用等，引發(fā)的水污染問題日益嚴(yán)重[1]。與此同時，地下水污染除受人為因素影響外，還受一些自然因素影響，如該區(qū)地下水遭受海水入侵，土壤鹽漬化等[2],使得地下水污染成因類型復(fù)雜，嚴(yán)重地威脅著地下水質(zhì)量及當(dāng)?shù)鼐用裆铒嬘盟踩?。對該區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量展開評價已引起了廣泛的關(guān)注，如砷污染[3]、氟污染[4]、硝酸鹽等[5]。但這些研究大多是對某單一污染物進(jìn)行評價，缺少其綜合的研究，較難全面地了解地下水質(zhì)量特征。另一方面，眾多研究表明，地下水不同類型污染物具有內(nèi)在的聯(lián)系，在地下水中污染共存，如鐵錳、氟硒、有機(jī)污染物等。因此，僅關(guān)注單一污染物，很難判斷污染物的內(nèi)在的聯(lián)系。而且，對其他污染指標(biāo)缺乏深入的了解，也較難以分析其來源及成因，阻礙了人們對該區(qū)地下水質(zhì)量及成因的綜合認(rèn)識。

基于此，本文以濰坊市昌邑市卜莊鎮(zhèn)為研究對象，系統(tǒng)采集地下水，綜合分析地下水多組份含量，采用單因子和綜合法對地下水環(huán)境質(zhì)量展開評價，并探討其主要污染物來源及成因，以期為山東北部沿海區(qū)地下水開發(fā)、科學(xué)利用及保護(hù)等提供依據(jù)。

1 樣品采集及分析方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)卜莊鎮(zhèn)位于山東半島西北部，隸屬昌邑市東北部，地處濰河下游，萊州灣南岸，濰坊、煙臺、青島三市交界處。研究區(qū)位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈，區(qū)內(nèi)石油化工、鹽及鹽化工、機(jī)械制造、紡紗織造、食品加工、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)。

圖1 采樣位置Fig.1 The map of sampling sites

區(qū)域出露的主要為第四系更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖積、海積、沖海積沉積層，厚度在幾十米至幾百米不等，由東向西、由南向北厚度逐漸增大，巖性以粉砂、細(xì)砂巖、黏土、亞黏土為主。研究區(qū)含水層屬松散巖層孔隙水，埋藏淺，易于開采。在晚更新世以來形成的三套海相地層中賦存大量天然鹵水礦層，成為區(qū)域海水入侵的主要物質(zhì)來源[2]。區(qū)域遭遇嚴(yán)重的海水入侵，且以古海水(鹵水)入侵為主，海(咸) 水入侵使地下淡水受侵染，長期飲用劣質(zhì)水，致使某些與水源有關(guān)的疾病發(fā)病率增加，如氟斑牙、心腦血管病等[4]。

1.2 樣品采集及分析方法

本次以村為單位采集地下水，共采集了16個村莊，其中八甲和六甲兩村為自來水，來自相鄰區(qū)域，其他村莊均為當(dāng)?shù)氐叵滤?，采樣點分布詳見圖1。

2 評價因子、標(biāo)準(zhǔn)及方法

2.1 評價因子及標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)我國地下水質(zhì)量狀況和人體健康風(fēng)險，參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水質(zhì)量要求，依據(jù)各組分含量高低(pH除外)，將我國地下水劃分為五類(見表1)。

表1 我國地下水質(zhì)量評價劃分及其標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The standard and evaluation of groundwater quality in China

2.2 評價方法

2.2.1 單因子評價方法

參照地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，按標(biāo)準(zhǔn)中的各類地下水因子指標(biāo)限值對各單項指標(biāo)進(jìn)行評價，根據(jù)指標(biāo)值所在的限值范圍確定地下水水質(zhì)類別。同時，依據(jù)“從劣不從優(yōu)”的原則，即選取指標(biāo)最差水質(zhì)類別作為該地下水綜合水質(zhì)類別。

2.2.2 綜合質(zhì)量評價

首先進(jìn)行單組分評價，依據(jù)表2確定其評價分值Fi，根據(jù)如下公式計算出綜合評價分值F，參照表3，根據(jù)F值劃分地下水質(zhì)量級別。計算公式為

3 地下水質(zhì)量評價結(jié)果

3.1 單因子評價結(jié)果

表4為單因子評價結(jié)果，單因子

表2 地下水各污染物單項組分評價分值Tab.2 The evaluation scores of groundwater single pollution

表3 地下水質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The grade standards of groundwater quality

表4 昌邑市卜莊鎮(zhèn)地下水質(zhì)量評價Tab.4 The evaluation result of groundwater quality in Buzhuang Town of Changyi City

3.2 綜合質(zhì)量評價結(jié)果

對比單因子評價結(jié)果和綜合評價結(jié)果，兩種方法評價結(jié)果較近，僅徐家莊和扶安兩村評價結(jié)果不一致，這兩個村莊地下水主要是F-和Na+超標(biāo)，其他指標(biāo)均滿足Ⅲ級，且大多數(shù)指標(biāo)為Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，所以其綜合值偏低。其他較差等級的地下水超標(biāo)指標(biāo)數(shù)較多且V類指標(biāo)較多，表明：單因子評價法只能根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)定性劃分水質(zhì)類別，不能考慮水質(zhì)分級界線的模糊性，容易受指標(biāo)最大濃度影響，無法全面客觀反映實際水質(zhì)狀況，但能反映各單項指標(biāo)的超標(biāo)情況。綜合評價法在超標(biāo)指標(biāo)極端情況下(超標(biāo)指標(biāo)較多或沒有)才能反映出實際水質(zhì)情況，同時還凸顯了嚴(yán)重污染指標(biāo)級別。

3.3 地下水污染物成因分析

F-是該區(qū)地下水又一重要污染物，所采集的地下水除兩個自來水村莊、營子和金山村外，其他村莊地下水氟含量均超標(biāo)(1 mg/L)。地下水F-含量隨pH值增加而增加，這可能是緣于F-與OH-具有相似的半徑[6]，大量報道也表明在堿性環(huán)境下，地下水F-發(fā)生富集[7-8]。顯然，海水入侵使得地下水偏堿性，pH值升高，與鄰區(qū)未受侵染的自來水相比，研究區(qū)地下水pH值也明顯高。地下水F-含量還與Ca2+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是因為地下水氟的上限往往受CaF2溶解度決定[7-9]，地下水中F-含量與Ca2+含量往往呈負(fù)相關(guān)[10]。對比分析當(dāng)?shù)氐叵滤c鄰村自來水中Ca2+含量可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐叵滤瓹a2+含量明顯低于本底，很顯然，這一過程有利于地下水中F-富集。究其原因：① 海水入侵使得地下水偏堿性，有利于Ca(HCO3)2沉淀；② 海水入侵引起的Na+-Ca2+離子交換[11-13]，事實上，雖然地下水中Na+與Cl-負(fù)相關(guān)，但γ(Na+)/γ(Cl-)小于1，也表明Na+發(fā)生了虧損，發(fā)生了Na+-Ca2+離子交換。因此，海水入侵引起的偏堿性以及離子交換是該地區(qū)地下水F-富集的重要成因。

4 結(jié) 論

山東北部沿海區(qū)受人類活動和自然因素影響，地下水污染物類型眾多，成因復(fù)雜。本文以山東北部沿海昌邑卜莊鎮(zhèn)為研究對象，系統(tǒng)采集地下水并對地下水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價，獲得如下結(jié)論。

(2) 綜合質(zhì)量評價結(jié)果表明：該區(qū)地下水F值為4.41～7.44，地下水質(zhì)量等級為較差-差，其中，11個村莊地下水等級為差， 3個村莊地下水等級為較差，表明該地地下水受到嚴(yán)重污染。