成都市红层地下水污染特征及成因分析——以殷家沟小流域为例

华兴国，郑 颖，高 程，梁 欢，张雨晴

(四川省生态环境科学研究院，四川 成都 610000)

地下水作为重要的城乡供水水源，在维护经济社会健康发展等方面发挥着不可替代的作用，是支撑经济社会可持续发展的重要战略资源。根据成都市水务局的《2019 年成都市水资源公报》，2019年全市供水量为53.58亿 m3，其中地下水供水量1.65亿 m3，地下水是成都市供水的重要组成。成都市红层区面积4 075.42 km2，占全市面积近1/3，覆盖11 个区(市)县的 94 个乡(镇)，由于地质以及水文、气象等因素的影响，水土涵养条件差，水资源短缺，因而多数地方属于干旱缺水区或严重干旱缺水区。在这片地域广大、人口众多的土地上，十年九旱，旱灾频繁。它严重制约着红层干旱缺水区经济社会的可持续发展和生态环境的改善，红层地下水是成都市地下水的重要组成[1]。本文通过对成都市红层区地下水污染特征进行研究，综合评价地下水水质和污染程度，分析了主要污染因子形成机理，以期为成都市红层区地下水安全利用及污染防治提供参考依据。

1.1 地理环境

殷家沟小流域位于青白江区清泉镇五桂村三组，属龙泉山区深丘低山与山前浅丘地貌的过渡带，海拔 480～560 m，相对高差达80 m左右，属中丘地貌类型。殷家沟谷宽20～60 m，沟谷上游谷窄坡陡，下游山前地带沟谷相对较宽。

1.2 地层岩性

殷家沟小流域出露地层为侏罗系蓬莱镇组(J3p)，岩性特征为砂泥岩不等厚互层，产状比较平缓，地层倾角变化于4°～16°之间，风化裂隙发育且杂乱，连通性一般，少数张开，风化程度中等，风化带发育深度5～18 m，厚度15～25 m，上覆黏土层厚度4～10 m不等，流域内砂、泥岩风化带发育深度在15～25 m 左右。

1.3 水文地质条件

殷家沟典型小流域属于东南部龙泉山前红层浅切丘陵砂泥岩互层的风化带网状裂隙水含水单元，该流域内降雨量比较充沛，降雨是地下水最主要的补给源，地表水(殷家沟、殷家沟水库)亦会在一定区域补给地下水。补给区植被良好，但接近龙泉山区的上部沟谷坡高谷深，沟谷狭窄，地下水在丘坡处接受降雨入渗补给后，沿砂泥岩互层的风化裂隙、层面裂隙由高处向低处运移，径流路径一般较短，沟谷是地下水的汇集和排泄区。流域内地下水类型主要为红层网状风化带裂隙水，地下水主要赋存于砂岩、泥岩风化裂隙之中。流域内地下水赋存具不均一性，主要表现为水井水量、水质均存在较大差异。

研究区水位埋深普遍较浅，总体平均水位为2.63 m，最大埋深约为4.5 m，最小埋深约为0.83 m，整体呈“稳定～上升～缓降”的趋势。在枯水期的4-5月，降水量小，蒸发量大，水位相对较低，其平均水位为4.44 m；
在丰水期的6-8月初，降水量大，水位迅速回升，且受大气降雨影响明显，雨后水位回升速率较一般情况大，其平均水位为2.91 m；
在丰水期过后8月初-11月初，含水层富水趋于饱和，水位变化整体趋于平缓，但在强降雨后水位仍会明显上升，而后再缓慢下降，其水位平均值约为1.32 m。通过对比降雨曲线，发现在4-7月间，随着降雨量的增加，地下水位也随之增高。由此可知大气降水是对地下水水位变化产生影响的重要因素。由8月开始，降雨量开始逐月较少，而在此期间地下水水位保持相对平稳的状态，水位波动不大，变化幅度较小[2]。

2.1 样品采集

在殷家沟小流域设置1口长观监测井，监测因子为pH、总硬度、溶解性总固体、氰化物、硫酸盐、硝酸盐、锰和氟化物，监测频次为1年5次。

2.2 分析方法

水质分析的主要检测设备为DZB-718型便携多参数分析仪、ICS-600型离子色谱仪、全自动流动注射仪、25.0 ml酸式滴定管、原子吸收分光光度计，检测方法及依据参考《水和废水监测分析方法》(第四版) (3.1.6.2)、GB/T 5750.4-2006(7.1 )、GB/T 5750.4 -2006(8.1 )、HJ 84-2016、GB/T 5750.5-2006(4.1 )、HJ 700-2014。

2.3 评价方法与分级标准

评价标准执行《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)，评价方法采用标准指数法[3]，标准指数Pi为：

(1)

式中：Ci，j为i项污染物在j点的实测浓度值，mg/L；
Cs，j为i项污染物的浓度标准值，mg/L。

对pH值，当pH≤7.0时，标准指数Pi为：

(2)

式中：pHj为在j点的pH实测值；
pHsd为水质标准中pH值的下限值。

对pH值，当pH>7.0时，标准指数Pi为：

(3)

式中：pHj为在j点的pH实测值；
pHsu为水质标准中pH值的上限值。

Pi≥1，表明地下水超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)III类，越大表明超标越严重，反之表示地下水未超标，越小表示质量越好。

殷家沟小流域水质监测结果如表1所示，采用标准指数法对水质监测结果进行评价，评价结果见表2。

表1 殷家沟小流域地下水水质监测结果表 mg/L

表2 殷家沟小流域地下水水质评价结果表

从表1可知，本次监测的8个指标pH、总硬度、溶解性总固体、氰化物、硫酸盐、硝酸盐、锰和氟化物中检出率为100%的指标为总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、硝酸盐和氟化物，锰的检出率为20%，氰化物未检出。殷家沟小流域地下水在1年中的pH值为6.6～8.2、总硬度为317.8～442.9 mg/L、溶解性总固体为592.6～765.2 mg/L、氰化物为0.002 mg/L(未检出)、硫酸盐为70.0～152.4 mg/L、硝酸盐为15.28～21.2 mg/L、锰为0.01L～0.04 mg/L、氟化物为0.27～1.04 mg/L。

殷家沟小流域地下水测试的8个指标中超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)III类标准的因子为氟化物和硝酸盐，其中氟化物超标倍数为1.04 倍，硝酸盐超标倍数为1.06 倍。氟化物和硝酸盐超标频率均为

20%，氟化物超标的月份为5月份，硝酸盐超标的月份为6月份，超标时期均位于丰水期。

殷家沟小流域污染物进入地下水环境的主要途径为间歇入渗和连续入渗两种途径。间歇入渗：土壤中残留的化肥农药或居民垃圾集中堆放处的垃圾通过大气降雨或灌溉的淋滤，使得有害物质周期性的(灌溉旱田、降雨时)从异常因子源通过包气带土层渗入含水层。这种渗入一般是呈非饱水状态的淋雨状渗流形式，或者呈短时间的饱水状态连续渗流形式。此类异常，无论在其范围或浓度上，均可能有明显的季节性变化。连续入渗：异常因子随各种液体废弃物不断地经包气带渗入含水层，这种情况下或者包气带完全饱水，呈连续入渗的形式，或者是包气带上部的表土层完全饱水呈连续渗流形式，而其下部(下包气带)呈非饱水的淋雨状的渗流形式渗入含水层。

殷家沟小流域周边无工业企业分布，小流域的地下水水质主要受到家畜养殖，农业种植和农业及居民生活废水处置不当的影响。家畜养殖对地下水水质的影响主要表现为养殖产生的废物以堆放或填埋的方式进行处理，产生的废水未经处理，直接进行排放从而使异常因子质进入含水层。家畜养殖对地下水环境影响的特点表现为有害物质在地下水中的含量在短期内的快速上升[4]。农业种植对地下水水质的影响主要表现为丰水期，降雨充沛，降雨会携带未被农作物吸收的剩余化肥及喷洒的农药等异常因子以入渗的方式进入地表岩层，通过岩石裂隙补给地下水含水层。农业种植对地下水环境影响的特点表现为有害物质在地下水中的含量具有周期性，即丰水期及灌溉期的有害物质含量呈现上升趋势而枯水期的有害物质含量呈现降低趋势并趋于平稳[5]。农户通常选择挖一粪便存储池对生活废水进行处置，由于较为欠缺防渗措施导致生活废水通过污水池渗入含水层。居民生活废水处置不当对地下水环境影响的特点表现为有害物质在地下水中的含量缓慢且持续的上升，即生活废水通过污水池持续的渗入含水层[6]。

(1)殷家沟小流域地下水的硝酸盐和氟化物超标，超标主要原因为家畜养殖、农业种植及生活废水处置不当，造成污染物质随着降雨进入地下水中。

(2)殷家沟小流域地下水的超标具有显著的季节性特征，地下水中的污染物质往往呈现，丰水期高，平水、枯水期低的特征，硝酸盐和氟化物均仅在丰水期出现超标，其余时期均满足《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)III类标准。

(3)针对殷家沟小流域地下水污染的季节性特点，可针对性的采取污染防治措施，在雨季加强家畜养殖和农业面源溢流废水收集，防止丰水期地下水水质进一步恶化。

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