榆林市地下水污染及防护治理研究

，，

(1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西 西安 710054；2.陕西省土体工程技术研究中心，陕西 西安 710054；3.西北大学地质学系/大陆动力学重点实验室，陕西 西安 710069)

地下水是生产生活的主要用水水源，地下水的污染对城市的生产生活带来了严重的威胁，因此对城市地下水污染进行研究十分必要。1995年赵勇胜，曹玉清对地下水的有机污染展开研究；郝华于2004年对我国城市地下水污染状况进行分析并提出相应对策；2009年王焰新锌根据对于地下水污染的研究提出了防治分析的方法；2006年陈勇,杨改河针对榆林市榆阳区水资源情况进行了详细的研究。本文在研究分析陕西省榆林市地下水环境的基础上，对其地下水污染进行评价并提出相应的防护治理。

1 区域水文地质概况

1.1 地下水含水层系统

通过对地下水系统的研究了解，根据含水介质特征和地下水的循环特征，结合地域分布以及地下水开发利用等因素，将榆林调查区划分为松散岩类孔隙、裂隙潜水含水系统和碎屑岩类裂隙水含水层系统。

在榆溪河及其支沟的河谷区及沙漠滩地区，主要存在的是松散岩类孔隙潜水含水层子系统。在全新统和上更新统萨拉乌苏组冲积、湖积、冲湖积层中，松散岩类孔隙潜水赋存。上、下叠置关系出现在冲积、湖积与冲湖积层中，各个沉积层之间不存在隔水层，整体是一个统一的含水岩组，共同构成区内的松散岩类孔隙潜水含水层子系统；在榆溪河西侧沙盖黄土区、二道河以南等区域分布着松散岩类裂隙潜水含水层子系统，组成松散岩类裂隙潜水含水层的岩性主要是中更新统风积黄土(第四系)，地下水大多赋存在这片区域黄土的裂隙之中；在调查区东南部地区则大多是碎屑岩类裂隙含水层系统，该类裂隙水主要赋存于第三系上统、侏罗系安定组、直罗组、延安组的碎屑岩裂隙之中，此处的岩性是砂岩、泥岩和砂泥岩互层。岩石裂隙发育的程度决定着该地区地下水的赋存。

1.2 地下水补径排特征

陕西神榆林市地区地下水的主要补给源是大气降水入渗补给，还有该区外的侧向地下水径流补给以及该地区的农业生产中的农田灌溉回归水补给；地形、地貌以及含水层的地质结构主要控制着地下水的径流，榆林市调查区内地下水的径流方向为沿北西——南东方向和北东——南西向榆溪河径流，局部受芹河、二道河则、头道河则、青云河和刘千河的影响，水流方向有一定改变。地下水流向基本上同各地表水系斜交，从上游指向下游；地下水的排泄方式有泉水和潜流、蒸发及开采三种。低洼地势下的河谷中赋存的地下水以潜流和泉水的形式向河流排泄；在地下水位埋深浅、风沙滩地地势低洼地带，地下水主要用蒸发的形式排泄，人工开采排泄同时也有一定量的。

1.3 地下水水化学特征

区域地下水中各种溶解性盐分的总量代表着该区域赋存地下水的矿化度，结合矿化度和地下水水化学类型能够反映出该区域的地下水总体质量特征。根据榆林市地下水污染调查采集水样的分析测试结果，使用舒卡列夫分类法对该区域的地下水样品进行分类。区内共有14种地下水水化学类型(见表1)，重碳酸型水占总取样点数的85.45%，在重碳酸型水中重碳酸钙型水为49.09%，重碳酸钙镁型水占23.64%；重碳酸——硫酸混合型水占7.27%；氯化物混合型水占1.82%；受人类活动的影响，区内出现了5.46%的硝酸型水。

榆林市地下水中的常规阴离子中HCO3-含量平均值为243.61 mg/L，其含量跨度范围在143.9～558.4 mg/L之间，；SO42-含量平均值为47.52 mg/L，其含量跨度范围在10.36～238.30 mg/L之间，；Cl-含量的范围在2.79～173.3 mg/L之间，它的平均值为24.87 mg/L。常规阳离子中Na+含量在8.95～145.3 mg/L之间，平均值为29.59 mg/L；Ca2+含量最低为26.1 mg/L，最高为163.9 mg/L，含量平均值为66.46 mg/L；Mg2+含量最低为5.62 mg/L，最高为77.97 mg/L，Mg2+含量平均值为20.86 mg/L。

根据该调查区内地下水水化学成分特征值的统计结果可以得出这样的结论：各项测试指标间的偏度相差较大，除pH值的偏度小于0外，其余所有变量的偏度值均大于0。初步推断可能是由局部地下水污染所致。

表1 榆林市地下水水化学类型

2 区域地下水污染评价体系

2.1 评价梯度

根据中西部地下水污染调查评价项目的要求，一般统一采用层级阶梯法进行评价地下水的污染程度。按无机毒理指标和微量有机指标评价确定地下水的污染，将其划分为五级。

2.2 背景值研究

我们一般称未受人为污染状况下地下水中化学、物理各要素的天然特征值为地下水环境背景值。地下水环境背景值也说明了各个地下水要素之间随自然环境变化而演化的特征。为了反映地下水形成过程中的天然状况，不断获取真实可靠的地下水化学资料、进行地下水环境背景值研究是十分必要的。

建立地下水环境背景值的工作是十分具有工程地质意义，地下水环境背景值是进行水质评价的基础，在水资源评价、开发和利用等方面也发挥着巨大的作用。对于评价地下水环境污染程度，研究污染来源和污染物运移变化规律等有重要意义。在地方病的研究工作中地下水环境的背景值研究也提供不少科学依据。

2.2.1 研究方法

平均值法、等值线法、趋势面分析法、数理统计分析法、剖面图法、比拟法等。(依据数理统计方法的统计特征，考虑到榆林地区地下水环境的特点，该地下水环境背景值的研究决定采用数理统计法。)

2.2.2 指标的选取

通过分析榆林市地下水水质分析成果和各指标对地下水质量的影响程度，选用TFe、NO2—N、pH、TH、TDS、Cl-、SO42-、NO3—N、F-、Mn等15项对榆林市水质有较大影响的指标进行初步的地下水环境背景值研究，以进一步分析评价该地区地下水受人类活动影响的程度。

2.2.3 地下水环境单元的确定

为了更好地研究和地下水化学成分的形成演化，我们必须将地下水环境的单元划分，并归类水文地球化学作用，在达到研究精度的要求的同时用最少的工作量。

榆林市地下水环境单元是依据地下水的形成条件(区域地质构造特征、地形地貌演变历史、底层岩性分布规律)、埋藏特征和介质特点等，并结合气象、水文条件及地理位置等(见图3)划分的，大致划分为：榆林市沙漠滩区水环境单元、榆林市河谷区水环境单元、榆林市黄土区水环境单元三个部分。

2.2.4 背景值计算

在相同的环境背景值单元内、相同的时间段内、不同空间分布的水质资料为基础的情况下，不考虑时间序列因子对于环境背景值影响的前提下，采取下面方法：

去掉异常数据、绘制直方图、分组计算频率及累积频率的基础上，检验地下水中各种组份含量的分布类型；以分组计算频率及累积频率、平均值、分组计算频率及累积频率、中位数作为集中值，以几何标准差、标准差作为衡量离散程度的指标；以变异系数、检出率、离散程度、背景值(95%的置信区间)等参数描述各种组分背景含量的统计特征。

具体步骤如下：剔除离群数据；检验分布类型；确定统计特征值

1)正态分布

2)对数正态分布

3)偏态分布(非正态，也非对数正态分布)

集中值：中位数Me用。

背景值区间：一定样本概率下的百分位数区间。

注：低于检测下限值的处理

在80%≤E<100%的检出率情况下，使用检出下限的0.7倍参加数理统计并计算出统计参数；

在50%≤E<80%的检出率情况下，用样本的中位数作统计特征值；

当检出率E≤50%时，其检测下限作为统计特征值(实质上是以众数作为统计特征值)。

2.2.5 计算结果及初步分析

榆林市地区地下水环境背景值计算结果，见表2。各组分在各个单元中的分布情况用条形图表示(见图1-图7)。

本次研究区面积为1 470 km2，环境条件的差异在各个分区比较明显，背景值特征在不同区域也不同，但也显示出了一定的分布规律：

1)本次的研究对象主要是榆林市浅层地下水。榆林地区的地下水化学元素以对数正态分布和偏态分布为主。

2)研究区地下水类型主要为孔隙水和裂隙水。从背景值统计表可见，该区总体上孔隙水分布区的地下水环境背景值要高于裂隙水分布区，基本符合地下水的形成演化规律。

图1 榆林市pH值背景值分布情况

图2 榆林市TH、TDS背景值分布情况

图3 榆林市离子背景值分布情况

图4 榆林市NO2-背景值分布情况

图5 榆林市F-、COD背景值分布情况

图6 榆林市Mn、TFe背景值分布情况

图7 榆林市As、Cr6+、Ba、Zn背景值分布情况

2.3 地下水污染评价

2.3.1 区域地下水污染评价

根据层级阶梯评价方法，对榆林市55组地下水样的污染程度进行评价。榆林市区域地下水污染级别划分为五级，占总取样数38.2%的正常水21组；占总取样数45.5%的变异水25组；占总取样数1.8%的疑似污染水1组；已污染水4组，占总取样数7.3%；重污染水4组，占总取样数7.3%(见图8)。疑似污染水的污染指标主要为F-，已污染水的污染指标主要为As、NO3-N，重污染水的污染指标主要为NO3-N，可见NO3-N指标是影响区域地下水污染的主要毒理指标；微量有机物有检出，但大多未超过Ⅱ类水标准，仅在沙河口奶牛场供水井中(YL261)的苯并(a)芘超过Ⅱ类水标准，但未超过Ⅲ类水标准。从图8榆林市区域地下水污染评价图看出：榆林市14.5%已污染水和重污染水主要分布于榆溪河中下游河谷区人类活动频繁的地带以及麻黄梁工业园区，区内大部分地区为正常水和变异水，两者所占比例之和为83.7%，显示榆林市区域地下水污染程度总体较轻，仅为局部点状污染，且都为无机污染。

2.3.2 重点区地下水污染评价

榆林市重点区地下水污染级别划分为四级，正常水2组，占总取样数7%；变异水18组，占总取样数67%；已污染水3组，占总取样数11%；重污染水4组，占总取样数15%(见图9)。已污染水的污染指标主要为NO3—N和C2Cl4，重污染水的污染指标主要为NO3—N、NO2—N和As。

2.3.3 污染评价对比

区域地下水污染程度明显低于重点区，区域地下水正常水占38.2%，对应的重点区地下水正常水占7%，区域地下水已污染水和重污染水共占14.6%，对应的重点区地下水已污染水和重污染水共占26%。影响区域地下水的污染指标也少于重点区，亚硝酸盐和四氯乙烯2项指标在重点区地下水中存在超标现象，而在区域地下水中均未超标，微量有机的检出率重点区明显高于区域地下水，且出现了一个超标点。可见重点区地下水微量有机组份的污染程度要高于区域地下水。

表2 榆林市地下水环境背景值统计表

注：P代表偏态分布，N代表正态分布，LN 代表对数正态分布。另外指标单位均为mg/L。

图8 榆林市区域地下水污染评价

图9 榆林市重点区地下水污染评价

3 污染防治区划及防治对策

3.1 地下水污染防治区划

为了保护地下水资源开始建立地下水污染防治区划，为制定和实施地下水污染防治规划提供依据。按2012年地下水污染调查评价规范(报批稿)要求的区划内容，将评价区划分为地下水污染治理区、防控区、一般保护区。

污染治理区：有明确污染源，地下水污染严重，需修复治理的区域。

防控区：重要地下水水源地及其保护区，地下水资源需求强，潜在污染源多或较多的区域。

一般保护区：地下水水质变化不明显或天然水质较差，地下水资源需求一般，有少量潜在污染源的区域。

地下水污染防治区划应为地下水污染防治规划的编制提供直接分区依据。

在综合分析榆林市地下水系统防污染性能、地下水污染的风险、地下水质量与污染现状、地下水资源可开采量及开发利用的基础上，参考土地利用分区、污染源分布及社会经济发展规划，将榆林市地下水污染防治区划分为两区(防控区、一般防护区)和一类污染修复治理点。

3.1.1 地下水污染防控区

榆林市地下水污染防控区包括正在开发中的和已勘探未开采的集中供水水源地，根据各水源地进一步划分为8个亚区，即：牛家梁河谷第四系大型水源地防控区(Ⅰ1)、金鸡滩萨拉乌苏组大型水源地防控区(Ⅰ2)、马合萨拉乌苏组大型水源地防控区(Ⅰ3)、芹河萨拉乌苏组大型水源地防控区(Ⅰ4)、沙河萨拉乌苏组大型水源地防控区(Ⅰ5)、头道河则萨拉乌苏组中型水源地防控区(Ⅰ6)、水掌沟侏罗系烧变岩小型水源地防控区(Ⅰ7)、色草湾泉侏罗系烧变岩小型水源地防控区(Ⅰ8)。

3.1.2 一般防护区

将榆林市地下水系统防污染性能好和较好、污染源分布极少、地下水基本未污染、供水量小且分散分布的地区划分为一般防护区，该区分布于沙河水源地以南、榆溪河两岸的地区。根据该区的防污性能、污染风险、水资源开发利用以及土地利用等条件进一步划分为2个亚区，即：榆溪河西南部沙盖黄土一般防护区(Ⅱ1)和榆溪河东南部黄土丘陵一般防护区(Ⅱ1)。

3.1.3 污染修复治理点

地下水已出现明显毒理指标污染及有机物检出的地点确定为修复治理点，调查区内的修复治理点主要修复指标为As、NO3-和F-。从榆林市地下水污染防治区划图可以看出：地下水污染修复点全部位于水源保护区内，并且主要集中分布于牛家梁镇及榆林老城区以南的河谷区，在这些地区沿地下水流方向的上游分布着较多的煤炭、电力、化工等重污染型企业，说明这些工矿企业已经对水源保护区内局部地下水造成了不同程度的影响。因此，应采取积极有效的措施，加强对重要污染源的控制和污染物的治理，阻断As、NO3-和F-的外部污染源，确保供水水源保护区内地下水质量安全。

3.2 地下水污染防治对策

地下水的污染防治类似于很多地质工程灾害的防治，都是以预防为主、防治结合的方针。面对现存的污染应该做到及时解决处理方案的设立，保护地下水资源，防止水环境的二次恶化。并且还要提前做到地下水环境的防护，避免或减少地下水污染事件的发生。

3.2.1 开展地下水资源知识宣传，树立节水观念

在环境污染大类中，地下水的污染是一种相对特殊的污染模式，它有着不剧烈的、缓慢发生、随着累积加重程度的特点。因此人们在平时的生产生活中应该注重对地下水条件、地下水环境的了解和认识。不断学习水资源节约环保的概念，在公众中定时宣传地下水环保意识。

3.2.2 建立完善的能源基地规划体系

目前我国正处于一个高速发展的时期，而可持续发展又是我们一向秉持的发展首要原则。我们需要落实发展好对于土地利用，在城市现代发展规划中做好对于地下水环境的研究分析，尽早建立完善体制下的能源基地，合理的布局，统筹规划。

3.2.3 建立地下水动态监测系统

为了做到对于地下水资源的管理和维护，必须建立地下水动态监测。一直以来，国家对于地区地下水的规划和发展政策都是依赖对于地下水系统长期稳定的监测数据。地下水动态监测系统的建立可以从全局更精确的掌握地下水水质情况，并且根据监测数据及时采取地下水治理防护措施。

3.2.4 强化城镇集中供水水源地的监管

榆林地区内的各个水源开采地担负着榆林市城镇居民安全供水的重任。因此我们应该强化城镇集中供水水源地的监管，政府和相关部门应该严格按照国家和地区的相关法律条例对其进行长期严格的监督管理。发现问题，及时纠正。

3.2.5 加快技术改造与创新

对于榆林地区内的工矿企业，应该积极鼓励其变换更替原有的生产技术，节约用水、绿色用水、减少污染水的排放。另一方面，加大对于污水的再利用。提倡农业生产过程中使用农家肥和有机肥，严禁使用高残留农药的化肥。总的来说，全方位改善生态环境，早日建成完善的生态能源基地。

4 结语

本文通过对陕西省榆林市地下水环境的调查研究分析，根据对该区域地下水含水层系统、地下水补径排特征、地下水水化学特征的研究建立地下水污染评价体系。采用数理统计法对于榆林市地下水环境背景值进行研究，从而提出评价方法。根据榆林市不同区域地下水污染情况建立该地区地下水污染防治区划，并提出了相应的地下水污染防治对策。