山东平原地区是山东省主要的粮棉生产基地和经济作物区, 人口分布较密集, 地下水资源十分宝贵。改革开放以来, 山东平原地区经济快速发展, 工业化和城镇化规模不断扩大, 水污染问题也日趋严重。同时, 东北部的黄河三角洲还是我国重要的采油区, 随着油气资源的大规模开发, 带动周边石油化工企业的发展, 工业废弃物的淋滤和入渗, 使得大量有机污染物通过不同途径进入地下^[1], 不仅影响了地下水质量^[2], 也威胁着平原地区地下水的供水安全^[3]。本次通过地下水污染调查与地下水样品采集测试发现, 山东平原地区有机物检出种类多达29种, 污染面积占平原区面积的25.24%。

山东平原地区地处黄河下游, 位于山东省的西部及北部, 西南隔黄河与河南相望, 西北与河南省和河北省接壤, 南与江苏及安徽省相连, 东临渤海。区内辖聊城、德州、滨州、东营、济宁、菏泽等市全部, 济宁、济南、淄博、潍坊、泰安、枣庄、临沂等市部分地区, 面积约7.9万km²。

研究区地势平坦开阔, 以黄河冲积平原为主体, 西南微山湖周边为冲积-湖积平原, 东北部为黄河三角洲和滨海平原, 东部还包括潍北平原, 山前地带为冲积-洪积平原。该区属于暖温带大陆型季风气候, 多年平均降水量550~830 mm。区内最大的河流为过境入海的黄河, 还有独流入海的马颊河、徒骇河、小清河、弥河、潍河, 独流入南四湖的红卫河、万福河、汶泗河, 注入小清河的淄河、孝妇河、巴漏河等, 主要湖泊有南四湖、东平湖、大明湖、白云湖等。

从大地构造分区来看, 研究区的鲁北平原属华北坳陷区, 鲁西南平原属鲁西隆起的鲁西南潜隆区。自中生代末期以来, 山东平原地区接受了巨厚的新近纪— 第四纪松散沉积物, 地下水系统主要由新近系上部明化镇组和第四系组成^[4], 可划分为浅层、中层、深层3个孔隙含水岩组。本文所指的浅层地下水即赋存于黄河平原的黄河组及平原组上部、山前平原的临沂组、大站组及潍北平原的潍北组内的孔隙水, 地层厚度一般为40 m左右, 属于潜水, 水位埋深3~20 m, 是农业和农村生活的主要开采层, 地下水更新能力较强^[5], 因防污性能较差^{[6, 7]}, 也是最容易受到污染的地下水。

以往对地下水污染的研究多注重于无机和重金属污染, 对地下水有机污染的调查与研究, 尚属首次。本次以华北平原及淮河流域地下水污染调查评价项目为依托, 通过高密度样品采集, 获得大量的测试数据, 研究山东平原地区地下水有机污染现状, 与污染途径, 为地下水污染防治提供依据。

本项研究于2006— 2010年期间, 在污染源调查和地下水污染调查的基础上, 于山东平原地区共采集了浅层孔隙地下水样品1 759组。地下水样品直接从井口采集, 采集前进行清洗井孔, 排出全孔储存水。地下水提水泵和出水套管为PTFE和不锈钢材料, 提水泵类型为正压泵。现场采用便携式、笔式测试仪测试气温、水温、pH值、电导率、溶解氧、氧化还原电位和浑浊度。采样时进水速率控制在0.2~0.5 L/min, 不产生气泡和气体流失现象, 专用的VOA样瓶和SVOA样瓶密封, 4 ℃专用冷藏箱内保存和运输。所有样品均进行有机污染组分测试, 测试项目达37项。样品有机物测试由中国地质科学院地下水科学与工程重点开放实验室和国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成, 样品测试过程中卤代烃类、单环芳烃、氯代苯类、有机氯农药类采用色谱法, 多环芳烃类采用HPLC法^[8]。采样过程中按5%采集平行样品, 5%采集外送样品, 全程设置加标样和空白样跟踪监控采样及测试质量。

从图3可以看出, 山东平原地区浅层地下水已形成数个明显的有机污染区。

鲁北平原的黄河以北以商河县贾庄镇为中心的东西直径32 km、南北直径28 km的椭圆形有机污染区, 面积近900 km², 并形成明显的污染晕^[10], 污染区地下水有机污染物总量大于1 μ g/L, 最高大于603.24 μ g/L。该区是临盘油田的采油及储油中心, 包气带岩性为粉质粘土和粉土, 浅层孔隙水位埋深3~5 m, 采油历史悠久, 部分属地化的油井储油及输油设备老化, 原油随处洒落, 附近小型炼油厂较多, 污废水随意排放, 是造成地下水有机污染的主要原因。

黄河三角洲地区以利津、河口区、垦利为中心形成一条东西长100 km、南北宽125 km的近圆形有机污染区, 面积近万km²。污染区地下水有机污染物总量大于1 μ g/L, 最高大于32.54 μ g/L, 均属轻度污染。三角洲地区是胜利油田陆上采油区, 地下水以垂直运动为主, 地下水埋深一般为1~3 m, 包气带岩性多为粉土, 土质疏松, 环境脆弱^[11]。石油原油洒落及石油化工等工矿企业污废水的排放, 无任何屏障直接进入地下水, 对地下水造成不同程度的污染。

鲁北平原黄河以南, 以临淄区北部化工区为中心, 形成大面积有机污染, 污染总面积达726 km²。孔隙水中共检出多种有机污染物, 其中检出11~20种的占43%。以卤代烃类和农药类检出率最高, 检出最多的有机物为总六六六, 检出率达81%。另外, 1, 2-二氯乙烷、三氯甲烷、δ -BHC(林丹)、七氯等指标也有较多水样检出, 检出率均超过50%。有3组样品有机污染物超标, 其1, 1, 2-三氯乙烷超标倍数分别为27.4倍、1.6倍和1.16倍, 有机物总量最高达242.5 μ g/L。该处地处淄河冲积扇, 包气带岩性以砂质粘土、粉土和粉砂互层为主, 中小型化工企业众多, 分布密度达25处/100 km²。附近小化工厂向淄河河谷偷排污水的现象非常普遍, 还有少数化工厂将污水通过渗井注入地下, 也是造成地下水污染的重要原因。

总体来讲, 山东平原区浅层地下水有机污染程度和种类主要与石油开采、石油化工及其他化工污染源有关。典型污染区主要分布在研究区东部的东营、滨州、淄博一带, 这与该地区的石油开采、存储、炼油及石油化工污染源的分布相关。不仅污染源密集, 而且地下水系统的防污性能较差, 因此认为, 山东平原地区浅层地下水有机污染分布及程度均受污染源的分布及种类控制。

山东平原地区浅层地下水有机物污染相当普遍, 检出的有机污染物种共有29种, 主要为单环芳香烃类、卤代烃类、氯代苯类, 总检出率为35.5%。单项有机物检出最高的为邻二氯苯, 检出率16.1%。检出的有机污染物含量一般较低, 大部分未超过饮用水标准的最低限量, 超标率为3.1%。超标的有机物种类为甲苯、苯、1, 2-二氯乙烷、1, 2-二氯丙烷、1, 1, 2-三氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。就污染程度而言, 研究区有机污染程度相对较低, 一般为轻污染, 仅局部地段出现中度污染和重度污染。

有机污染区主要分布在研究区的东北部地区, 这与炼油、石油化工等企业的分布有较好的相关性。尤其是在临盘采油区和临淄化工区, 形成了相对集中的较重污染区, 检测出了多个严重污染点和有机物超标点。这与污染源密度大、污染历史久、污废水未处理或粗处理就近排放、浅层地下水防污性能差等因素有关, 对土壤及浅层地下水的污染相当严重。

致谢: 野外调查和取样过程中得到中国地质科学院水文地质, 环境地质研究所张兆吉博士、费宇红博士和山东省地质调查院李壮研究员的大力支持与帮助; 论文编写过程中, 山东省地质调查院庞绪贵研究员、徐建国研究员给予悉心指导; 图件的编制过程中, 山东省地勘局第一地质勘察院的王威博士给予了帮助。在此一并致以衷心的感谢!