溫長(zhǎng)洲
(廣東省汕尾生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,廣東 汕尾 516600)
我國(guó)1/3水資源為地下水。隨著人口的迅速增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,每個(gè)大城市都會(huì)有一個(gè)工業(yè)區(qū),因此不可避免地帶來日益嚴(yán)重的地下水污染問題。地下水不僅是淡水的主要來源,也是復(fù)雜生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的敏感組成部分,因此,地下水水質(zhì)的波動(dòng)往往會(huì)影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的自然平衡以及人體的健康狀態(tài)。地下水具有隱蔽性高、不可逆轉(zhuǎn)、構(gòu)成復(fù)雜等特點(diǎn),導(dǎo)致其一旦被污染,就很難再恢復(fù),因而造成不可估量的損失。
本文選擇某典型化學(xué)工業(yè)園區(qū)作為分析對(duì)象,對(duì)園區(qū)地下水常規(guī)指標(biāo)與特征指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),評(píng)價(jià)地下水質(zhì)量、進(jìn)行污染評(píng)價(jià)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,為地下水的保護(hù)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考意見[1]。
本文所選擇的工業(yè)園區(qū)位于遼寧省某化工工業(yè)密集區(qū),面積大約為17 km2,是主要以石油化工產(chǎn)品加工、精細(xì)化工項(xiàng)目為主的工業(yè)園區(qū)。本次研究共在園區(qū)附近設(shè)置潛水監(jiān)測(cè)井10個(gè),在地下水上游設(shè)置1個(gè),園區(qū)邊界設(shè)置4個(gè),垂直于水流方向設(shè)置2個(gè),園區(qū)內(nèi)部設(shè)置3個(gè)。井眼測(cè)試結(jié)果表明,園區(qū)內(nèi)地下水埋深主要在0.9~3.5 m,部分區(qū)域最大埋深可達(dá)到8 m左右。本文所采用數(shù)據(jù)來源于《全國(guó)地下水調(diào)查評(píng)估項(xiàng)目-遼寧省地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估》。
由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多,行業(yè)復(fù)雜,生產(chǎn)工藝不同,所造成的污染種類也不同。本文選取《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)中地下水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)中16項(xiàng)一般化學(xué)指標(biāo)、2項(xiàng)微生物指標(biāo)、15項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo),作為33項(xiàng)必測(cè)指標(biāo);根據(jù)各種工業(yè)污染源的獨(dú)特表現(xiàn),從《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)中地下水水質(zhì)非常規(guī)指標(biāo)中選擇28項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo)作為特征指標(biāo);根據(jù)工業(yè)園區(qū)原材料、產(chǎn)物分析以及專業(yè)人士訪談選取1項(xiàng)指標(biāo)作為補(bǔ)充指標(biāo),對(duì)地下水污染特征進(jìn)行描述。綜合上述,本次試驗(yàn)中選擇的監(jiān)測(cè)指標(biāo)共計(jì)62項(xiàng),詳見表1。
表1 地下水監(jiān)測(cè)指標(biāo)(不含補(bǔ)充指標(biāo))
目前應(yīng)用比較廣泛的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法和模型主要有綜合指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色聚類法等。本文采用單指標(biāo)聯(lián)合內(nèi)梅羅指數(shù)綜合評(píng)價(jià)法,該方法有計(jì)算簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小、概念清晰等優(yōu)點(diǎn),但會(huì)存在一定的誤差。為了彌補(bǔ)這種缺點(diǎn),本文采用ArcGIS中的插值分析方法對(duì)水質(zhì)特征在園區(qū)內(nèi)的分布進(jìn)行數(shù)值模擬,將各個(gè)點(diǎn)位的水質(zhì)特質(zhì)與整體園區(qū)的水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)性的描述,突出重點(diǎn)污染區(qū)域,還原地下水特征[2]。
根據(jù)2017年施行的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)飲用水、工農(nóng)業(yè)用水的質(zhì)量要求,將各項(xiàng)指標(biāo)濃度從高至低分成五大類。Ⅰ類,水中各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)濃度低,適用于各種用途;Ⅱ類,各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)濃度較低,適用于各種用途;Ⅲ類,各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)濃度中等,適用于集中生活飲用水及工農(nóng)業(yè)用水;Ⅳ類,各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)濃度較高,大多用于農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水;Ⅴ類,各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)濃度高,不可直接使用,需要進(jìn)行評(píng)價(jià)后,符合條件方可使用。
(1)結(jié)果分析方法介紹
首先使用單指標(biāo)確定地下水各項(xiàng)指標(biāo)的質(zhì)量類別,其次,利用綜合評(píng)價(jià)分值的劃分標(biāo)準(zhǔn),確定各項(xiàng)指標(biāo)的Fi值,詳見表2。
表2 各項(xiàng)指標(biāo)Fi值一覽表
利用如下公式對(duì)地下水污染等級(jí)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià):
式中,為所有指標(biāo)評(píng)估價(jià)值的平均值,F(xiàn)max為某一項(xiàng)指標(biāo)最大評(píng)價(jià)值,n為項(xiàng)數(shù)。
根據(jù)F值對(duì)地下水污染情況進(jìn)行分類,詳見表3。
表3 地下水質(zhì)量分類區(qū)間
對(duì)各個(gè)點(diǎn)位水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)上游點(diǎn)位水質(zhì)良好,適合作為飲用水;其他點(diǎn)位的水質(zhì)均為Ⅳ類或者Ⅴ類。綜合分析,本園區(qū)內(nèi)地下水的污染因子主要有氯化物、錳、氨氮、氟化物、硝酸鹽氮、砷、1,2二氯乙烷和五氯酚、硫酸鹽。由于工業(yè)園區(qū)的產(chǎn)物以芳香族氟化物為主,工藝復(fù)雜,該園區(qū)的生產(chǎn)嚴(yán)重污染了地下水并且有擴(kuò)散跡象,不宜飲用。
根據(jù)各個(gè)點(diǎn)位的地下水質(zhì)量F值計(jì)算結(jié)算,利用ArcGIS中的反距離權(quán)重法,對(duì)整個(gè)園區(qū)的地下水質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值模擬[3]。模擬結(jié)果得到:在園區(qū)范圍內(nèi),上游水質(zhì)質(zhì)量?jī)?yōu)良,進(jìn)入園區(qū)后,地下水質(zhì)量迅速下降;受到化學(xué)生產(chǎn)的影響,導(dǎo)致整個(gè)園區(qū)附近水質(zhì)質(zhì)量均為Ⅳ類或Ⅴ類,不宜飲用;下游區(qū)域水質(zhì)則更差[4-5]。
本文依據(jù)地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,對(duì)飲用水目標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià),進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,最終選擇13個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo),包括6個(gè)致癌風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo):砷、六價(jià)鉻、三氯甲烷、二氯甲烷、1,2二氯乙烷以及五氯酚;7個(gè)非致癌風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo):鐵、錳、汞、氟化物、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮。
使用美國(guó)EPA推薦的評(píng)價(jià)模型。
地下水暴露量(致癌效應(yīng))公式:
式中,CGWERca為飲用受影響地下水對(duì)應(yīng)的暴露量(致癌效應(yīng))L·kg-1·d-1,GWCR為每日飲水量,L·d-1;EF為暴露頻率,d·a-1;ED為暴露期,a;BW為體重,kg;ATca為致癌效應(yīng)平均時(shí)間,d。
單一致癌物風(fēng)險(xiǎn):
式中,CRcgw為單一致癌物致癌風(fēng)險(xiǎn),無量綱;Cgw為污染物濃度,mg·L-1;SFo為飲用致癌的加權(quán)系數(shù),mg污染物·kg-1體重·d-1
地下水暴露量(非致癌效應(yīng))公式:
式中,CGWERnc為飲用受影響地下水對(duì)應(yīng)的暴露量(致癌效應(yīng))L·kg-1·d-1。ATnc為非致癌效應(yīng)平均時(shí)間,d。
單一污染物非致癌危害商用公式:
式中,HQcgw為單一污染物的非致癌危害商,無量綱;Cgw為污染物濃度,mg·L-1;RfDo為經(jīng)口攝入?yún)⒄障禂?shù),mg污染物·kg-1體重·d-1;WAF為暴露與地下水的參考劑量分配系數(shù),無量綱。
通過模型計(jì)算,致癌風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表4。
表4 致癌風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果
通過對(duì)表4進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)上游點(diǎn)位致癌風(fēng)險(xiǎn)最低,只要對(duì)砷和六價(jià)鉻進(jìn)行防范即可;工業(yè)園內(nèi)部致癌風(fēng)險(xiǎn)水平較高,達(dá)到五級(jí),五氯酚、砷、六價(jià)鉻以及1,2二氯乙烷的致癌風(fēng)險(xiǎn)整體超過了30%,需要對(duì)這幾種成分進(jìn)行針對(duì)性治理。
利用差值分析,將園區(qū)內(nèi)各點(diǎn)位的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估轉(zhuǎn)化為連續(xù)性的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,整體分析區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)情況。通過模擬結(jié)果看出:中心區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)高,呈現(xiàn)向四周擴(kuò)散的趨勢(shì),總的來說對(duì)周邊區(qū)域影響較??;同時(shí)針對(duì)個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)較高的點(diǎn)位,需要引起關(guān)注,及時(shí)采取相應(yīng)的治理措施,避免風(fēng)險(xiǎn)外溢。
通過對(duì)工業(yè)園區(qū)10個(gè)點(diǎn)位的地下水進(jìn)行質(zhì)量、污染評(píng)價(jià),風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析,可以發(fā)現(xiàn)園區(qū)上游水質(zhì)較好,符合飲用條件;但是園區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量很差,主要有氯化物、錳、氨氮、氟化物、硝酸鹽氮、砷、1,2二氯乙烷和五氯酚、硫酸鹽等污染因子,其來源大部分為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)。目前,園區(qū)各個(gè)點(diǎn)位均有較大的致癌風(fēng)險(xiǎn),主要的致癌指標(biāo)有五氯酚、砷、六價(jià)鉻以及1,2二氯乙烷等,整體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低,屬于可以接受的水平。但是從分析來看,風(fēng)險(xiǎn)仍然呈現(xiàn)擴(kuò)散的趨勢(shì),下一步應(yīng)根據(jù)該園區(qū)的水文地質(zhì)條件,對(duì)地下水污染趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),及時(shí)有效地采取合理措施來應(yīng)對(duì)地下水的污染,避免對(duì)地下水質(zhì)帶來不可估量的損失。