华北平原地下水质量评价及微量有机污染物淋溶迁移性研究

论文摘要

华北平原是我国北方严重缺水的地区。地下水是本区的主要供水水源,随着人类活动的增加,各种污染造成地下水中有害物质逐年增加,地下水水质逐渐下降,严重危及了饮用水安全。国内外对于无机污染物的迁移转化规律已开展了大量研究工作,并且取得了大量成果。自上世纪70年代后期,地下水有机污染已引起人们的高度重视。到目前为止,华北平原尚未系统开展针对供水安全的地下水污染调查评价工作,对地下水污染（特别是有机污染）总体状况还缺乏了解,对地下水污染的潜在危害认识不足。如何用适当的方法对主要调查点（如地下水水源地）的地下水水质及其饮用适宜性做出评价,如何从有机污染物本身性质来预测它们向地下水的淋溶迁移性,对于系统地评价区域地下水水质和有机污染状况,对有效保护地下水资源及污染防治、保障饮水安全具有重大意义。本次研究以“华北平原地下水有机污染调查”项目为依托,在充分收集和分析以往在该区的相关研究成果的基础上,结合本课题组对重点地区进行的实地野外地下水污染调查和采样分析结果,以及计划项目中其它工作项目的野外调查和水样分析资料,通过数理统计和GIS图件分析、模型模拟计算等方法,对研究区的地下水水化学特征进行了综合分析,对区内主要调查点地下水质量、饮用适宜性、有机污染特征进行了评价和分析。本次研究主要进行了以下三方面的研究:1、研究简单可行的评价方法或对原有的方法进行改进,对研究区内主要调查点地下水的质量和饮用适宜性进行评价。2、对地下水的有机污染进行评价,分析地下水中的主要有机污染物的种类、分布特征及其可能的污染来源。在资料充分的条件下,结合有机污染检测结果和水文地球化学资料,分析有机污染与典型无机指标间的关系,并进行规律性分析。3、根据有机污染物的物理化学性质,用适宜的参数和模型,研究调查的有机污染物在水土系统中的淋溶迁移性,以预测有机物对地下水的污染风险（污染物向地下水系统的迁移性能）,为今后的污染防治提供科学的依据。通过上述研究,得到以下成果:1.依据水样测试结果评价了主要调查点地下水的水质,修订了内梅罗指数评价标准。分别采用单因子评价法和国标中的综合评价法（内梅罗指数法）对研究区的地下水水质进行了评价。为了使两种评价结果有机地联系起来,以使内梅罗指数法的评价结果物理意义更加明确,对内梅罗指数评价标准进行了修订。修订后,评价结果与单因子评价结果完全一致,同时有利于同一类别的地下水进行质量对比。依据该评价结果,华北平原决定地下水质量的大多为无机指标,如总硬度、总溶解性固体、氟、硝酸盐等。在采集的水样中,只有4.4%的样品的水质类别是由有机指标（苯并[a]芘、挥发性酚类、四氯化碳）决定的。2.尝试拟定了适合我国具体情况的饮用水适宜性评价标准,并对研究区水样的饮用适宜性作出了评价。结合我国的生活饮用水标准及美国环保局的饮用水标准与健康咨询资料,对水质指标的致癌性分级进行了整理。在此基础上,尝试拟定了生活饮用水适宜性评价标准,并依据水样的测试资料对采样点地下水及部分地表水的饮用适宜性进行了评价。评价结果为:适宜饮用的占42.4%,基本适宜饮用的占18.4%,一般不宜饮用的占4.9%,不宜饮用的占34.2%,其中因为氟化物超标导致不宜饮用的多达19.2%。在此评价基础上,根据当地的具体地质、水文地质条件进行了分析,例如,对于一些地区地下水中的氟离子、铁等的超标,提出了加强水质监测并进行相应的水处理建议。因含砷、铅、苯并（a）芘、四氯化碳四种致癌指标导致评价结果为不宜饮用的水样点占9.0%,应进一步采样监测有关指标随时间的变化趋势、查明水质的成因并采取一定的措施。3.分析了华北平原主要调查点地下水中有机物的检出情况。依据所采样品的测试数据,在华北平原所采集的245组水样（含地表水3组）中,有93组样品检出了有机污染物。在检测的38种有机指标中,除氯乙烯、1,1-二氯乙烯、二氯甲烷、1,2-二氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷、六氯苯六种有机物外,其他项目均有不同程度地检出,占检测有机物总数的84.2%,单点最多检出11种。检出率较高（大于4.5%）的有氯仿、甲苯、四氯乙烯、苯并[a]芘、氯苯、苯和1,2-二氯苯。从超标情况来看,依据目前的地下水质量标准报批稿（中国地质调查局,2007）,有四氯化碳和苯并[a]芘、挥发性酚类三项超标,超标率分别为1.22%、2.45%和1.90%。本次研究中,深层地下水样中也检出了微量有机污染物,这可能与取样井的混合开采、止水不佳有关。由于有机样品在时间和空间上差异较大,且易在取样等环节受到污染,建议在今后的工作中,对已发现的异常点进行重复取样测试,通过数据和有关资料的积累,以得到较为可靠的结论。从区域上来看,在人类活动相对强烈的城镇地区的地下水中的有物检出率相对较高,特别是在渗透性好的山前地带,污染物较易进入到地下水中。通过分析发现,地下水有机物的高检出率与地下水硬度的升高有一定相关性。4.利用地下水污染指数法研究了91种有机污染物的淋溶迁移性,探讨了检出的主要有机物与其淋溶迁移性的关系。本文针对我国地下水污染调查规范中所列的91中有机污染物（包括“中国水中优先控制污染物”名单中的58种有机毒物）,利用EPI Suite软件进行了有关参数的计算,利用地下水污染指数法研究了91种有机污染物的淋溶迁移性。结果表明,其中多数具有高淋溶和迁移性,当这些污染物进入到环境中时,易对含水层造成较大范围的污染。对于所研究的污染物,它们的地下水污染指数（GUS）与其有机碳分配系数(Koc)有着很好的相关性,在土壤中的关系式为:GUS=-1.924*logKoc+7.437,在含水层中的关系式为GUS=-2.578*logKoc+10.050。这为评价地下水中主要有机污染物的污染指数（淋溶迁移性）提供了一个简易方法。GUS与有机化合物的其它性质(如辛醇—水分配系数Kow、溶解度S等)的相关性不明显。对水样中有机物检出情况的统计结果与基于有机污染物本身性质的淋溶迁移性计算表明,华北平原地下水中的有机污染检出率与其淋溶迁移性有较好的相关性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及研究现状
• 1.2 研究内容与技术路线
• 1.3 论文创新点
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然地理与经济
• 2.2 地质与水文地质条件
• 2.3 人类活动对地下水环境的影响
• 2.4 小结
• 第三章 地下水有机污染调查与采样分析
• 3.1 地下水有机污染调查
• 3.2 样品采集与测试
• 3.3 评价用检出限的确定
• 3.4 小结
• 第四章 地下水水质评价与饮用适宜性探讨
• 4.1 地下水水质评价方法
• 4.2 对内梅罗指数分级标准的修订
• 4.3 地下水质量评价结果与分析
• 4.4 地下水饮用适宜性评价
• 4.5 小结
• 第五章 华北平原地下水有机污染分析
• 5.1 有机污染评价方法概述
• 5.2 主要有机组分的污染评价结果及初步分析
• 5.3 华北平原地下水有机污染的水文地球化学标志物探讨
• 5.4 小结
• 第六章 微量有机污染物的淋溶迁移性研究
• 6.1 地下水中的主要有机污染物及定量构效关系估算
• 6.2 有机污染物在土壤中的淋溶迁移性评估
• 6.3 有机物的淋溶迁移性与其检出率关系的探讨
• 6.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历