張 云,岳齊浩,馮發(fā)青

(遵義市紅花崗區(qū)生態(tài)環(huán)境污染防治中心,貴州 遵義 563000)

0 前言

在我國,各地區(qū)政府根據(jù)自身經(jīng)濟發(fā)展的內(nèi)在要求,把工業(yè)園區(qū)建設(shè)作為拉動區(qū)域經(jīng)濟增長的新引擎,紛紛制定政策與規(guī)劃推動工業(yè)園區(qū)的發(fā)展,工業(yè)園區(qū)作為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的新焦點,正如雨后春筍般興盛起來。但是,由于我國工業(yè)園區(qū)建設(shè)起步較晚,建設(shè)經(jīng)驗不是很豐富,在我國工業(yè)園快速發(fā)展的背后,園區(qū)生態(tài)環(huán)境污染問題日趨顯現(xiàn)。地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水,是水資源的重要組成部分,可作為農(nóng)業(yè)灌溉、工礦企業(yè)和城市的重要水源。但是近年來,由于醫(yī)藥化工、電鍍、機械制造等工業(yè)的快速發(fā)展,使得我國地下水環(huán)境質(zhì)量下降[1]。尤其是在工業(yè)園區(qū)內(nèi),由于產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?區(qū)域的地下水污染問題更為嚴重[2-4]。地下水污染具有隱蔽性和延時性,很難在早期被發(fā)現(xiàn),又由于地下水具有流動性,且地下水流場和環(huán)境均較為復(fù)雜,隨著時間的推移,勢必會產(chǎn)生較大范圍的地下水污染;而地下水在一定條件下又會向地表水排泄,從而引發(fā)或加劇園區(qū)內(nèi)或周邊區(qū)域地表水的污染問題[5-8]。

遵義市紅花崗區(qū),是貴州省遵義市的中心城區(qū)之一,是遵義市的政治、經(jīng)濟、文化中心和交通樞紐,是黔渝經(jīng)濟圈的重要組成部分。遵義市某工業(yè)園區(qū)位于遵義市紅花崗區(qū)深溪鎮(zhèn), 由于園區(qū)內(nèi)部分歷史遺留企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的渣體亂堆亂放或工業(yè)廢渣堆場、尾礦庫滲漏等問題,導(dǎo)致園區(qū)地下水系統(tǒng)受到污染并匯入?yún)^(qū)域地表河流后,致使最終受納水體遵義市湘江河水質(zhì)退化。遵義市湘江河是遵義市的母親河,關(guān)系遵義市人民的生存和國民經(jīng)濟發(fā)展。保護好紅花崗區(qū)深溪鎮(zhèn)一帶地下水系統(tǒng),改善遵義市湘江河水質(zhì)是一項刻不容緩、迫在眉睫、功在當(dāng)代、利在千秋的大事。且工作區(qū)為長江經(jīng)濟帶西南地區(qū)典型的裸露型巖溶山區(qū),巖溶個體形態(tài)多樣、巖溶化程度高,地下河系統(tǒng)發(fā)育,巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜其污染特征表現(xiàn)在:污染受體在“水里”,污染病根在“岸上”,污染路徑在“巖溶”[9～17],此類型地下水污染問題在西南巖溶山區(qū)較為典型,因此本次研究通過對該工業(yè)園區(qū)地下水系統(tǒng)的污染現(xiàn)狀開展調(diào)查,分析主要污染源,查找主要污染方式,初步分析地下水污染趨勢,提出防控對策,為該工業(yè)園區(qū)地下水系統(tǒng)的污染控制和流域水環(huán)境改善提供一定的科學(xué)依據(jù),研究結(jié)果具有很強的代表性和示范性。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1 地理位置

研究區(qū)位于遵義市紅花崗區(qū)深溪鎮(zhèn)坪橋村一帶,地處東經(jīng)106°54′02″～106°59′09″與北緯27°33′25″～27°37′30″之間。距離遵義市中心城區(qū)約八公里,交通較為便利。研究區(qū)分為兩個地下河系統(tǒng)。子系統(tǒng)(Ι)位于研究區(qū)北西側(cè),面積9.86 km2,子系統(tǒng)(Ⅱ)位于研究區(qū)南東側(cè),面積25.14 km2。研究區(qū)總體地勢南高北低,以溶丘谷地地貌為主,屬典型中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,多年主導(dǎo)風(fēng)向6-8月為東南風(fēng),其余各月為東風(fēng),多年平均降水量1 200 mm左右,平均日照1 000～1 300 h,平均氣溫在12.6℃～18℃之間,平均風(fēng)速0.9～2.2 m/s,全年無霜期250～350 d,年相對濕度80%左右。研究區(qū)地表河流屬于長江流域烏江水系湘江流域,最終通過遵義市湘江河右岸匯入。

1.1.2 區(qū)域水文地質(zhì)總體特征

研究區(qū)地下水類型分為碳酸鹽巖巖溶水和松散巖類孔隙水兩大類型。其中碳酸鹽巖巖溶水又可進一步分為純碳酸鹽巖巖溶水、碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互層巖溶水兩個亞類。其中純碳酸鹽巖巖溶水是研究區(qū)地下水主要含水層。碳酸鹽巖與非碳酸鹽互層區(qū)巖層富水不均一,富水性貧乏至弱,為相對隔水層,呈環(huán)形帶狀。研究區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水分布范圍小、含水層薄、富水性弱,無實際供水意義。

研究區(qū)內(nèi)降水量豐富,大氣降水是地下水主要的補給源。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,受構(gòu)造控制局部地段形成了碳酸鹽巖含水層與相對隔水層相間分布的格局,在含水層與相對隔水層接觸帶排泄于地表補給地表水系,地表溪流沿碎屑巖區(qū)溪溝繼續(xù)前行,在流至碳酸鹽巖區(qū)時再次通過落水洞、伏流入口等轉(zhuǎn)為暗流補給地下水,形成巖溶地下水與地表水互補現(xiàn)象。受地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性的控制,地下水主要沿構(gòu)造線方向運移,多呈管狀、脈狀集中賦存、徑流,總體上地下水徑流條件較好,流向多遷就于構(gòu)造、地形,巖溶水徑流途中,當(dāng)遇到河谷或地勢低洼的溝谷時,則出露于地表。研究區(qū)地勢總體較平緩,相對高差小,地下水整體由南西向北東徑流。地下水水力坡度較緩,水動力特征顯著于水平方向地下水徑流。研究區(qū)雨量充沛,大氣降水除部分形成地表徑流和蒸發(fā)外,另一部分滲入補給地下水,以巖溶水形式賦存于碳酸鹽巖中,以泉或地下河的形式排泄于地表。

1.2 樣品采集與測試

1.2.1 監(jiān)測范圍及布點

為掌握研究區(qū)地下水污染現(xiàn)狀,根據(jù)研究區(qū)地下河系統(tǒng)水文地質(zhì)特征、使用功能以及敏感點分布狀況,以及研究區(qū)及周邊工礦企業(yè)分布特證,采用控制性布點和功能性布點結(jié)合的原則,在充分分析潛在污染源位置的基礎(chǔ)上,參照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ164-2020)》要求,在研究區(qū)及周邊選擇地下河出口、表層泉、河流斷面、巖溶泉、消水洞等布設(shè)豐水期、枯水期共同監(jiān)測點27個,采樣點分布如圖1所示,并委托第三方檢測公司對研究區(qū)地下水水質(zhì)進行采樣及監(jiān)測。從圖中可以看出,水質(zhì)采樣點覆蓋了整個工業(yè)園區(qū)及地下水系統(tǒng),監(jiān)測獲得水質(zhì)信息能夠代表研究區(qū)地下水中的水質(zhì)現(xiàn)狀。

圖1 研究區(qū)監(jiān)測點位分布圖

1.2.2 監(jiān)測項目與評價方法

本次調(diào)查根據(jù)研究區(qū)工礦企業(yè)分布特征及實際踏勘調(diào)查結(jié)果,結(jié)合《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017),選取突出影響水質(zhì)和形成條件的常規(guī)一般無機化學(xué)指標14項(pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鋁、耗氧量、氨氮、硫化物、鈉),影響人體健康和反映人類活動的常規(guī)無機毒理學(xué)指標11項(亞硝酸鹽、硝酸鹽、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、鎘、鉻、鉛)和非常規(guī)無機毒理學(xué)指標5項(鋇、鎳、鈷、鉬、銀)開展地下水質(zhì)量等級評價。樣品處理和化學(xué)分析方法參照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ164-2020)》執(zhí)行,研究區(qū)范圍內(nèi)地下水環(huán)境質(zhì)量等級采用單指標評價方法,執(zhí)行《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017)Ⅲ類限值標準,按指標值所在的限值范圍確定地下水質(zhì)量等級,指標限值相同時,從優(yōu)不從劣。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染現(xiàn)狀

通過對豐水期地下水采樣結(jié)果進行分析,具體見表1。由表1可知,豐水期1、2、3、8、9、11、20、21、22等9個點位地下水水質(zhì)良好,沒有超限值指標,其地下水質(zhì)量等級均為Ⅲ類,占比24.32%,其余點位均有部分指標超過《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類(GB/T14848-2017)標準限值,地下水質(zhì)量等級呈現(xiàn)為IV類或V類,其中IV類占比44.44%,V類占比22.2%;超限值指標有SO42-、Fe、Mn2+、Al、CODMn、NH4+、NO2-、NO3-、F-、Se等10項,其中14、15、16、17、24等5個點位超限值指標較多。從地下河子系統(tǒng)來看,子系統(tǒng)(Ⅰ)17個采樣點中,其下游5個采樣點地下水質(zhì)量等級為IV類和V類,中游9個采樣點為Ⅲ類和IV類,上游3個采樣點均為Ⅲ類;由此可見,子系統(tǒng)(Ⅰ)中下游水質(zhì)劣于上游,且地下水質(zhì)量等級以IV類為主,占比41.18%,其次為Ⅲ類,占比35.29%,最后為Ⅴ類,占比23.53%,特征污染指標以SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se為主。子系統(tǒng)(Ⅱ)10個采樣點中,其下游3個采樣點地下水質(zhì)量等級為IV類和V類,中游2個采樣點均為IV類,上游5個采樣點為IV類和Ⅲ類;由此可見,子系統(tǒng)(Ⅱ)同子系統(tǒng)(Ⅰ)一樣,其中下游劣于上游,且地下水質(zhì)量等級以IV類為主,占比50%,其次為Ⅲ類,占比30%,最后為Ⅴ類,占比20%,特征污染指標以NO3-為主。

表1 豐水期地下質(zhì)量等級分析結(jié)果表

通過對枯水期地下水采樣結(jié)果進行分析,具體見表2。由表2可知,枯水期2、3、10、18、20、22等6個點位地下水水質(zhì)良好,沒有超限值指標,其地下水質(zhì)量等級均為Ⅲ類,占比22.22%,其余點位均有部分指標超過《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類(GB/T14848-2017)標準限值,地下水質(zhì)量等級呈現(xiàn)為IV類或V類,其中IV類占比37.04%,V類占比40.74%;超限值指標有與豐水期指標相同,且同為14、15、16、17、24等5個點位超限值指標較多。從地下河子系統(tǒng)來看,子系統(tǒng)(Ⅰ)17個采樣點中,其下游5個采樣點地下水質(zhì)量等級為IV類和V類,中游9個采樣點為Ⅲ類、IV類和V類,上游3個采樣點為Ⅲ類和IV類;由此可見,枯水期子系統(tǒng)(Ⅰ)中下游水質(zhì)同樣劣于上游,且地下水質(zhì)量等級以IV類和Ⅴ類為主,各占比41.18%,其次為Ⅲ類,占比17.64%,特征污染指標以SO42-、Fe、Mn2+、Al、CODMn、NH4+、NO2-、NO3-、Se為主。子系統(tǒng)(Ⅱ)10個采樣點中,其下游3個采樣點地下水質(zhì)量等級為IV類和V類,中游2個采樣點均為V類,上游5個采樣點為IV類和Ⅲ類;由此可見,枯水期子系統(tǒng)(Ⅱ)同子系統(tǒng)(Ⅰ)一樣,其中下游同樣劣于上游,且地下水質(zhì)量等級以Ⅴ類為主,占比40%,其次為IV類和Ⅲ類,各占比30%,特征污染指標依然以NO3-為主。

表2 枯水期地下質(zhì)量等級分析結(jié)果表

總體來看,研究區(qū)地下水水質(zhì)豐水期優(yōu)于枯水期,豐、枯水期子系統(tǒng)(Ⅱ)水質(zhì)均要優(yōu)于子系統(tǒng)(Ⅰ),且兩個子系統(tǒng)均為中下游水質(zhì)劣于上游。豐水期子系統(tǒng)(Ⅰ)特征污染指標以SO42-、Mn2+、NH4+、NO3-、Se為主,枯水期時較豐水期增加Fe、Al、CODMn、豐、枯水期子系統(tǒng)(Ⅱ)特征污染指標均為NO3-,子系統(tǒng)(Ⅱ)污染程度要明顯低于子系統(tǒng)(Ⅰ)。

2.2 主要污染源

研究區(qū)及其周邊地區(qū)歷史上為工礦企業(yè)集中分布區(qū),現(xiàn)仍有電解錳、鋼鐵、混凝土、家具陶瓷、建筑材料等50余家生產(chǎn)企業(yè)。通過統(tǒng)計研究區(qū)可能對地下水系統(tǒng)造成影響的各類污染源,包含污染源(28處)和潛在污染源(24處)合計52處,見圖2;其中包括工業(yè)廢渣堆放場21處、工礦業(yè)廢水3處、生活污水8處、生活、建筑垃圾場2處、養(yǎng)殖場2處、企業(yè)生產(chǎn)點10處、加油站2處、醫(yī)療類生產(chǎn)點4處。

圖2 研究區(qū)面上調(diào)查(潛在)污染源空間分布圖

通過XRF手持式重金屬分析儀,對研究區(qū)殘留的電解錳渣、火力發(fā)電廠水沖渣、鋼錳冶煉爐渣、電石渣、混凝土廢渣、鈦廠爐渣等6種典型廢渣進行現(xiàn)場檢測,見表3。結(jié)果表明,電解錳礦渣具有較高的Mn、Al2O3、S等含量,火力發(fā)電廠水沖渣具有較高的MgO、Mn、Al2O3等含量、鋼錳冶煉爐渣具有較高MgO、Mn、Fe、S等含量,電石渣和鈦廠爐渣均具有較高Ca、MgO、Al2O3等含量,混凝廢渣具有較高的Ca、MgO、Al2O3等含量,同時電解錳渣還具一定的Ni、Se、Pb、As等含量。

表3 研究區(qū)典型廢渣現(xiàn)場檢測指標結(jié)果表

對電解錳渣、火力發(fā)電廠水沖渣、鋼錳冶煉爐渣、電石渣、鈦廠爐渣等5種廢渣淋濾液及生活污水匯集塘(污染源點號⑩)進行全分析和微量元素分析,按照《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017)對測試結(jié)果進行分析評價,將水質(zhì)評價結(jié)果IV、V類組分作為相應(yīng)的特征污染組分,具體見表4。由表4可知,本次采集測試的廢渣淋濾液和污水涉及Na+、Mn2+、NH4+、SO42-、NO2-、NO3-、F-、Cl-、Fe、Al、Ni、Pb、Se、As、CODMn等15項特征污染指標,其中NH4+、CODMn屬于共性指標,除電石渣外,其余幾種廢渣淋濾液均含有Mn2+、SO42-。且Z1電解錳渣滲濾液特征污染物與子系統(tǒng)(Ι)特征污染SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se較為吻合,反映出研究區(qū)內(nèi)Z1電解錳渣對地下河子系統(tǒng)(Ι)的影響較大。子系統(tǒng)(Ⅱ)特征污染指標以NO3-為主,應(yīng)與中下游分布的歷史遺留尾礦渣淋濾液滲漏補給地下水有關(guān)。

表4 研究區(qū)污染源淋濾液特征污染組分表

通過以上分析,上述污染源點位中,21處規(guī)模大小不一的工業(yè)廢渣堆放場為污染研究區(qū)地下水水質(zhì)的主要污染源;其中Z1～Z10為20世紀80至90年代建設(shè)遺留的,具有防滲標準低、設(shè)施不規(guī)范、隨意堆放等特征。

2.3 主要污染途徑

地下水樣品測試分析表明,豐、枯水期子系統(tǒng)(Ⅰ)超《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類(GB/T14848-2017)標準限值點位分別占子系統(tǒng)(Ⅰ)64.71%和76.47%,豐、枯水期子系統(tǒng)(Ⅱ)超《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類(GB/T14848-2017)標準限值點位分別占子系統(tǒng)(Ⅱ)70%和80%,受污染地下水點位主要分布于中下游,多位于地下水徑流-排泄區(qū)。子系統(tǒng)(Ⅰ)中下游污染源種類較多,主要包括工業(yè)廢渣堆場、生活廢水、工業(yè)企業(yè)等,子系統(tǒng)(Ⅱ)污染源種類主要以工業(yè)廢渣堆場為主。

研究區(qū)為裸露型開放式地下河系統(tǒng),含水巖組為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)灰?guī)r,巖溶極為發(fā)育且不均勻,地下河系統(tǒng)地表巖溶洼地、落水洞、地下河天窗密布。由于天窗往往與地下河管道相通,研究區(qū)工礦企業(yè)通過天窗排放的生產(chǎn)生活污水,快速灌入直接影響地下水水質(zhì),代表性的有污染源點位,其污染方式見圖3。由于巖溶區(qū)消水洞與地下河管道相通,研究區(qū)工礦企業(yè)直接或間接通過消水洞向地下排放的生產(chǎn)生活污水直接影響地下水水質(zhì),代表性的有污染源點位,該點位為一面積約2 000 m2污水匯集塘,為周邊園區(qū)和沿途生產(chǎn)生活污水的納污塘,水塘中部水深15～20 cm,邊部深約5～8 cm,水塘四周未見排污管,塘內(nèi)污水可通過塘中部的消水洞滲入(入滲量約1 L/s)地下對地下水造成污染,其污染方式見圖4。子系統(tǒng)(Ⅰ)特征污染指標SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se與Z1電解錳渣滲濾液特征污染物較為吻合,Z1電解錳渣的尾渣庫滲濾液回收豎井在降雨時滲濾液大量在豎井中蓄積,當(dāng)豎井中的滲濾液未被及時抽走或抽水泵下放的深度不夠,豎井中形成高水頭水壓對底部防滲層造成威脅;長期以往,豎井下部的防滲層可能因高水頭壓力而逐漸被破壞,滲濾液最終通過破壞部位滲透方式污染地下水,其污染方式見圖5。工礦企業(yè)在巖溶區(qū)庫、塘周邊修建生產(chǎn)區(qū),生產(chǎn)過程中形成的污水通過排水渠道進入庫、塘,污染后的池塘水通過緩慢入滲的方式進入地下,其污染方式見圖6。

圖3 天窗快速灌入型

圖5 豎井高壓滲透污染型

3 結(jié)語

總體而言,研究區(qū)地下水質(zhì)量等級以IV類或V類為主,同時地下水系統(tǒng)水質(zhì)存在季節(jié)變化特征;豐水期水質(zhì)要優(yōu)于枯水期;在豐、枯水期,子系統(tǒng)(Ⅱ)水質(zhì)均要優(yōu)于子系統(tǒng)(Ⅰ),子系統(tǒng)(Ⅰ)特征污染指標以SO42-、Mn2+、NH4+、NO3-、Se為主,子系統(tǒng)(Ⅱ)特征污染指標以NO3-為主,子系統(tǒng)(Ⅱ)污染程度要明顯低于子系統(tǒng)(Ⅰ)。研究區(qū)內(nèi)各類污染源污染地下水方式主要有天窗快速灌入型、消水洞快速灌入型、豎井高壓滲透污染型、地表緩慢入滲型,其中21處規(guī)模大小不一的工業(yè)廢渣堆放場是造成研究區(qū)地下水污染的主要原因。

隨著研究區(qū)園區(qū)建設(shè)發(fā)展,入駐企業(yè)的不斷更替及增加,工業(yè)廢水、生活污水、廢渣排放量不斷增大;歷史遺留工業(yè)廢渣堆放場防滲標準低、設(shè)施不規(guī)范、隨意堆放;Z1電解錳渣滲濾液豎井存在滲漏等;以上趨勢均會進一步加重研究區(qū)地下水系統(tǒng)污染程度。結(jié)合研究區(qū)地下水污染情況及污染特點,采取合理的處置措施?？赏ㄟ^提高園區(qū)企業(yè)、工人及居民環(huán)境意識,修繕生活污水管網(wǎng)、排水渠、污水匯集塘至Z1電解錳渣之間的排水設(shè)施,合理引排生活污水、養(yǎng)殖廢水、工業(yè)廢水,從源頭控制研究區(qū)各類環(huán)境污染點、工業(yè)堆放場、污水排放口、養(yǎng)殖場等;加強對研究區(qū)內(nèi)歷史尾礦渣的處理力度,避免其淋濾液入滲污染地下水;加大對Z1電解錳渣及其周邊地下水污染的治理力度,采取帷幕灌漿方式在Z1電解錳渣庫壩下游地下水污染徑流帶建立阻隔墻,及時完善Z1電解錳渣豎井滲濾液回收工作,加強Z1電解錳渣西南側(cè)山坡降雨坡面流的集中收集工作,修繕原有已經(jīng)損壞的排水渠;加強Z1電解錳渣東南側(cè)上游200 m處池塘排水導(dǎo)流工作,降低池塘水沿途入滲淋濾尾渣庫的可能性等合理措施及時防控污染源的進一步擴散。