填海造地化工園區地下水污染調查及原因分析

劉玉蘭，許敬紅，孔慶波，沈良之

(大連市生態環境事務服務中心，遼寧 大連 116021)

隨著經濟發展對土地的需求的顯著增加，特別在沿海地區，填海造地通常是滿足城市發展土地需求的首選解決方案[1-2]。由于取水方便及環境敏感性小等多種因素，很多城市在填海造地區建設化工園區, 這些化工園區成為該區地下水主要的點源污染[3]。而地下水污染具有極強的隱蔽性，不易察覺，因而受到污染的地下水很難被治理[4-5]。這些填海地區地層回填時間一般較短，填料組成物質雜亂、分布不均勻、結構松散，具有強度低、壓縮性高和均勻性差等特點，地層結構穩定性較差，地下水和海水水力聯系密切等特點[6-7]。尤其是因地層結構不穩定引起的不均勻沉降[8]，使地層中敷設的污水管網發生局部斷裂引起污水滲漏進入地下水，而這種暗管斷裂通常很難發現，給地下水的污染調查及原因分析帶來很大的不確定性。同時，回填區的生物沉積底泥也會給地下水環境帶來污染，有研究顯示，海水養殖區沉積物的主要污染物為有機氮[9]。由于填海區復雜的沉積環境及地層結構的不穩定性所帶來的地下水污染，給科學制定地下水污染防治措施帶來更大的挑戰。

本研究以北方某填海造陸化工園地下水為研究對象，通過跟蹤監測不同地貌區地下水污染指標，結合污染源分布特征及地下水賦存環境，對地下水污染原因進行分析。

1 研究區概況

1.1 化工園區概況

該園區背靠東北腹地、面向渤海灣，屬于臨海化工園區。園區始建于2005年，沿渤海某海灣岸線開始邊回填邊建設，總面積為7.8 km2，其中，回填區面積5.5 km2，原地貌區占2.3 km2。園區內現有企業超過30家，以精細化工、海洋化工為主。園區西南部有園區污水處理廠一座。區內雨污水管網為地下暗管。園區地下水自2017年9月建井進行持續跟蹤監測，并于2019年1-6月對園區市政和企業雨污排水管網(管網總長38 800 m)破損及淤堵的排查、修補和疏通工程，發現結構性缺陷34處，功能性缺陷142處，合計修補疏通管網5 624 m，其中回填區管網破損長度占總破損管網的90%。

1.2 研究區地形地貌

園區地形地貌主要包括人工堆積平地和侵蝕低山丘陵。研究區地形整體東北高、西南低，標高0～26.56 m，高差約26.56 m。研究區東北側為原地貌區，地勢較陡，坡度約4%，地貌類型為侵蝕低山丘陵；研究區西、南側沿海灣為回填區，地勢較平緩，坡度約0.4%～0.7%，地貌類型為人工堆積平地，回填深度1.0～7.5 m，平均深度約4 m。填海材料主要為外來物質，成分復雜，主要由粘性土及碎石混雜而成，碎石成分以灰巖為主?；靥顓^歷史上曾為鹽田及海水養殖區。

1.3 水文地質條件概況

園區內地下水類型主要為孔隙水、基巖裂隙水和少部分裂隙巖溶水。從空間分布上，上層地下水系統西部為回填區孔隙水，東部為陸相沉積孔隙水，深層地下水系統西部為巖溶水，東部為基巖裂隙水。地下水流向為依地勢自東部原地貌區流向西部和南部回填區，并最終排入海域。研究區地下水類型分布見圖1。

圖1 研究區地理位置及水文地質條件圖

2 數據來源與分析

2.1 數據來源

自2017年9月-2019年11月對16眼地下水井進行跟蹤監測，每月一次，取樣時間固定在該區域海水大潮期，取樣位置為地下水水位以下0.5 m。另外，為驗證潮水對地下水的影響，大潮和小潮均取樣一次(取樣期為2019年7月)；為更進一步查找污染源，自2019年8-11月對有機物進行分層取樣，取樣層位為水位以下0.5 m及含水層中下部。

評價標準采用地下水質量標準(GB/T14848-2017)Ⅳ[9]類標準進行評價。評價方法采用標準指數法[10]，標準指數大于1，表示該指標超標，標準指數越大超標越嚴重。

2.2 數據分析

本次地下水監測數據分析時間為2017年9月19日-2019年11月15日，合計28個周期。對于反映園區地下水固有地質及填海區海水自然屬性特征的，如硫酸鹽、氯化物、溶解性總固體、鐵、錳等指標，雖然均有超標但是數值穩定，因此不作為本次污染原因分析的指標。本研究只針對園區內可能受人為污染源影響的指標進行分析。通過指標篩查，確定園區內地下水主要污染物為耗氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。

2.2.1 地下水污染空間分布及趨勢

對比分析16個監測井，原地貌區地下水污染程度最輕，點位編號為5#、13#和15#。該區域總體水質較好，僅13#井氨氮超標，超標指標為氨氮。氨氮標準指數為1.17～10.8，2019年后持續不超標，趨勢向好。13#井水質變化趨勢見圖2。

圖2 13#井氨氮及耗氧量水質變化趨勢

回填區污染較重，該區有13個監測點。按照污染源特征及污染程度可進一步劃分為三個區，北部非工業源輕污染區、中部工業源污染區、南部氨氮重污染區。地下水指標污染趨勢見圖3～圖15。

圖3 1#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖4 2#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖5 3#井氨氮、耗氧量變化趨勢

北部非工業源輕污染區：監測井為1#、2#、3#，該區附近基本無工業企業分布。水質總體趨勢向好，主要超標指標為氨氮，2019年9月后監測顯示1#、2#已經不超標，僅3#點位略有超標。本區歷史最大超標倍數在3#點出現，2018年10月超標11.67倍，2019年3月后開始持續下降，目前超標倍數大幅下降為1.48。

回填區中部工業源污染區：7個監測點，編號為4#、6#、7#、8#、9#、10#、16#。本區域主要污染物為以8#點和9#點為中心的有機物污染，超標指標為1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷。因1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷密度大于水，屬于DNAPL(重質非水相液體)，因此分層監測結果顯示，下層污染程度高于上層。該區耗氧量和氨氮也超標，4#和16#一直穩定達標，6#、7#、10#氨氮有波動趨勢，自2019年7月趨勢向好。

圖6 4#井氨氮 耗氧量變化趨勢

圖7 6#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖8 7#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖9 8#井氨氮、耗氧量變化趨勢

回填區南部氨氮污染區：監測點分布3個，編號為11#、12#、14#。水質以氨氮污染為主，水質總體較差。氨氮前期污染嚴重，12#井2018年12月份超標504倍，自2019年開始持續下降，到目前超標189.3倍，但近6個月來趨勢已經較為穩定。

2.2.2 污染原因分析

原地貌區企業分布較為集中，但地下水污染程度較輕，回填區中部和南部污染較重。通過分析原因主要有三個：

圖10 9#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖11 10#井氨氮、耗氧量變化趨勢

圖12 11#井“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖13 12#井“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖14 14#“三氮”、耗氧量變化趨勢

圖15 16#井氨氮、耗氧量變化趨勢

1)地下水流場特征

原地貌區處于地下水的上游，地下水徑流速度較快，污染物不容易累積；而回填區處于地下水下游區，受海水頂托作用水流緩慢，污染物擴散慢導致污染物集中。

2)地層結構的穩定性

原地貌區污水管網所處的地層結構穩定，企業污水通過管網破損處進入地下水的量較少，污染程度較輕?；靥顓^地基不均勻沉降導致污水管網破損，污水通過管網破損處滲漏進入地下水，尤其是在園區污水處理廠附近，管網密集，污水滲漏量大，導致污染嚴重。自2019年該區采取管網的檢漏修補措施后，重污染區的水質惡化趨勢得到緩解，進一步驗證了污水管網滲漏為本區地下水的主要污染源。

3)地下水儲水環境

回填區歷史上曾為魚蝦養殖區，經過回填后地下儲水環境中仍存有氨氮污染源，該污染源在短期內仍然會對地下水造成影響，導致回填區氨氮污染嚴重。

3 結語

(1)本文以某填海造陸化工園區地下水為研究對象，通過開展污染調查、跟蹤監測，對監測數據進行污染趨勢分析，并對污染原因進行了分析。研究結果顯示，園區地下水不同地貌單元地下水污染程度不同，原地貌區地下水污染程度較輕，而回填區污染較重。分析污染原因，回填區除了受原生地質、沉積環境、海水影響外，園區內因回填區不均勻沉降導致污水管網斷裂引發的滲漏是造成地下水污染的主要原因。

(2)對于污染較重的中部和南部區，建議采取進一步的斷源措施，采取可視化明管排污。對于已經產生的存量污染，建議首先進行風險評估，然后采取風險管控或修復措施防止污染暈擴大。