填海造地化工园区地下水污染调查及原因分析

刘玉兰，许敬红，孔庆波，沈良之

(大连市生态环境事务服务中心，辽宁 大连 116021)

随着经济发展对土地的需求的显著增加，特别在沿海地区，填海造地通常是满足城市发展土地需求的首选解决方案[1-2]。由于取水方便及环境敏感性小等多种因素，很多城市在填海造地区建设化工园区, 这些化工园区成为该区地下水主要的点源污染[3]。而地下水污染具有极强的隐蔽性，不易察觉，因而受到污染的地下水很难被治理[4-5]。这些填海地区地层回填时间一般较短，填料组成物质杂乱、分布不均匀、结构松散，具有强度低、压缩性高和均匀性差等特点，地层结构稳定性较差，地下水和海水水力联系密切等特点[6-7]。尤其是因地层结构不稳定引起的不均匀沉降[8]，使地层中敷设的污水管网发生局部断裂引起污水渗漏进入地下水，而这种暗管断裂通常很难发现，给地下水的污染调查及原因分析带来很大的不确定性。同时，回填区的生物沉积底泥也会给地下水环境带来污染，有研究显示，海水养殖区沉积物的主要污染物为有机氮[9]。由于填海区复杂的沉积环境及地层结构的不稳定性所带来的地下水污染，给科学制定地下水污染防治措施带来更大的挑战。

本研究以北方某填海造陆化工园地下水为研究对象，通过跟踪监测不同地貌区地下水污染指标，结合污染源分布特征及地下水赋存环境，对地下水污染原因进行分析。

1 研究区概况

1.1 化工园区概况

该园区背靠东北腹地、面向渤海湾，属于临海化工园区。园区始建于2005年，沿渤海某海湾岸线开始边回填边建设，总面积为7.8 km2，其中，回填区面积5.5 km2，原地貌区占2.3 km2。园区内现有企业超过30家，以精细化工、海洋化工为主。园区西南部有园区污水处理厂一座。区内雨污水管网为地下暗管。园区地下水自2017年9月建井进行持续跟踪监测，并于2019年1-6月对园区市政和企业雨污排水管网(管网总长38 800 m)破损及淤堵的排查、修补和疏通工程，发现结构性缺陷34处，功能性缺陷142处，合计修补疏通管网5 624 m，其中回填区管网破损长度占总破损管网的90%。

1.2 研究区地形地貌

园区地形地貌主要包括人工堆积平地和侵蚀低山丘陵。研究区地形整体东北高、西南低，标高0～26.56 m，高差约26.56 m。研究区东北侧为原地貌区，地势较陡，坡度约4%，地貌类型为侵蚀低山丘陵；研究区西、南侧沿海湾为回填区，地势较平缓，坡度约0.4%～0.7%，地貌类型为人工堆积平地，回填深度1.0～7.5 m，平均深度约4 m。填海材料主要为外来物质，成分复杂，主要由粘性土及碎石混杂而成，碎石成分以灰岩为主。回填区历史上曾为盐田及海水养殖区。

1.3 水文地质条件概况

园区内地下水类型主要为孔隙水、基岩裂隙水和少部分裂隙岩溶水。从空间分布上，上层地下水系统西部为回填区孔隙水，东部为陆相沉积孔隙水，深层地下水系统西部为岩溶水，东部为基岩裂隙水。地下水流向为依地势自东部原地貌区流向西部和南部回填区，并最终排入海域。研究区地下水类型分布见图1。

图1 研究区地理位置及水文地质条件图

2 数据来源与分析

2.1 数据来源

自2017年9月-2019年11月对16眼地下水井进行跟踪监测，每月一次，取样时间固定在该区域海水大潮期，取样位置为地下水水位以下0.5 m。另外，为验证潮水对地下水的影响，大潮和小潮均取样一次(取样期为2019年7月)；为更进一步查找污染源，自2019年8-11月对有机物进行分层取样，取样层位为水位以下0.5 m及含水层中下部。

评价标准采用地下水质量标准(GB/T14848-2017)Ⅳ[9]类标准进行评价。评价方法采用标准指数法[10]，标准指数大于1，表示该指标超标，标准指数越大超标越严重。

2.2 数据分析

本次地下水监测数据分析时间为2017年9月19日-2019年11月15日，合计28个周期。对于反映园区地下水固有地质及填海区海水自然属性特征的，如硫酸盐、氯化物、溶解性总固体、铁、锰等指标，虽然均有超标但是数值稳定，因此不作为本次污染原因分析的指标。本研究只针对园区内可能受人为污染源影响的指标进行分析。通过指标筛查，确定园区内地下水主要污染物为耗氧量、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。

2.2.1 地下水污染空间分布及趋势

对比分析16个监测井，原地貌区地下水污染程度最轻，点位编号为5#、13#和15#。该区域总体水质较好，仅13#井氨氮超标，超标指标为氨氮。氨氮标准指数为1.17～10.8，2019年后持续不超标，趋势向好。13#井水质变化趋势见图2。

图2 13#井氨氮及耗氧量水质变化趋势

回填区污染较重，该区有13个监测点。按照污染源特征及污染程度可进一步划分为三个区，北部非工业源轻污染区、中部工业源污染区、南部氨氮重污染区。地下水指标污染趋势见图3～图15。

图3 1#井氨氮、耗氧量变化趋势

图4 2#井氨氮、耗氧量变化趋势

图5 3#井氨氮、耗氧量变化趋势

北部非工业源轻污染区：监测井为1#、2#、3#，该区附近基本无工业企业分布。水质总体趋势向好，主要超标指标为氨氮，2019年9月后监测显示1#、2#已经不超标，仅3#点位略有超标。本区历史最大超标倍数在3#点出现，2018年10月超标11.67倍，2019年3月后开始持续下降，目前超标倍数大幅下降为1.48。

回填区中部工业源污染区：7个监测点，编号为4#、6#、7#、8#、9#、10#、16#。本区域主要污染物为以8#点和9#点为中心的有机物污染，超标指标为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，属于DNAPL(重质非水相液体)，因此分层监测结果显示，下层污染程度高于上层。该区耗氧量和氨氮也超标，4#和16#一直稳定达标，6#、7#、10#氨氮有波动趋势，自2019年7月趋势向好。

图6 4#井氨氮 耗氧量变化趋势

图7 6#井氨氮、耗氧量变化趋势

图8 7#井氨氮、耗氧量变化趋势

图9 8#井氨氮、耗氧量变化趋势

回填区南部氨氮污染区：监测点分布3个，编号为11#、12#、14#。水质以氨氮污染为主，水质总体较差。氨氮前期污染严重，12#井2018年12月份超标504倍，自2019年开始持续下降，到目前超标189.3倍，但近6个月来趋势已经较为稳定。

2.2.2 污染原因分析

原地貌区企业分布较为集中，但地下水污染程度较轻，回填区中部和南部污染较重。通过分析原因主要有三个：

图10 9#井氨氮、耗氧量变化趋势

图11 10#井氨氮、耗氧量变化趋势

图12 11#井“三氮”、耗氧量变化趋势

图13 12#井“三氮”、耗氧量变化趋势

图14 14#“三氮”、耗氧量变化趋势

图15 16#井氨氮、耗氧量变化趋势

1)地下水流场特征

原地貌区处于地下水的上游，地下水径流速度较快，污染物不容易累积；而回填区处于地下水下游区，受海水顶托作用水流缓慢，污染物扩散慢导致污染物集中。

2)地层结构的稳定性

原地貌区污水管网所处的地层结构稳定，企业污水通过管网破损处进入地下水的量较少，污染程度较轻。回填区地基不均匀沉降导致污水管网破损，污水通过管网破损处渗漏进入地下水，尤其是在园区污水处理厂附近，管网密集，污水渗漏量大，导致污染严重。自2019年该区采取管网的检漏修补措施后，重污染区的水质恶化趋势得到缓解，进一步验证了污水管网渗漏为本区地下水的主要污染源。

3)地下水储水环境

回填区历史上曾为鱼虾养殖区，经过回填后地下储水环境中仍存有氨氮污染源，该污染源在短期内仍然会对地下水造成影响，导致回填区氨氮污染严重。

3 结语

(1)本文以某填海造陆化工园区地下水为研究对象，通过开展污染调查、跟踪监测，对监测数据进行污染趋势分析，并对污染原因进行了分析。研究结果显示，园区地下水不同地貌单元地下水污染程度不同，原地貌区地下水污染程度较轻，而回填区污染较重。分析污染原因，回填区除了受原生地质、沉积环境、海水影响外，园区内因回填区不均匀沉降导致污水管网断裂引发的渗漏是造成地下水污染的主要原因。

(2)对于污染较重的中部和南部区，建议采取进一步的断源措施，采取可视化明管排污。对于已经产生的存量污染，建议首先进行风险评估，然后采取风险管控或修复措施防止污染晕扩大。