乌鲁木齐市地下水污染分析及对生态环境的影响

【摘要】  地下水污染是乌鲁木齐市乃至全国面临的一个严重的水源环境问题。本文通过对乌鲁木齐市地下水污染现状、污染源及污染途径分析, 认为城市污水、固体废弃物、农药与化肥、大气污染、超量开采等是造成地下水污染的主要因素。本文针对乌鲁木齐市具体情况提出了相应的水环境污染防治措施以及地下水污染对生态环境的影响。

【关键词】  乌鲁木齐市; 地下水; 污染; 措施

乌鲁木齐市地处欧亚大陆腹地，属于干旱半干旱地区，年降水量不足300mm，而蒸发量却高达2600mm，淡水资源十分匮乏，水资源和水环境保护形势也相当严峻，几乎完全依靠冰川融水、降水补给不足，水位季节变化大，散失于绿洲或平原水库中。全市水资源量10．51亿立方米，人均水资源占有量不足500立方米，只有全国人均水资源占有量2200立方米的1/4。乌鲁木齐市地表水资源主要来源于天山山脉的大气降水。乌鲁木齐地下水的类型主要接受大气降水及冰雪融水补给；主要有基岩裂隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水。乌鲁木齐地下水可利用量在2．9亿～3亿立方米。从2000年的统计数据看，地下水开发了2．59亿立方米都已经超量开采了，水量有限,人口集中,经济发展较快,用水量与日俱增,缺水日见突出及水质恶化已成为制约乌鲁木齐市国民经济发展和生态环境首要问题。

    1  地下水污染原因

    地下水污染原因主要由工业、生活、农药与化肥、大气污染四方面引起。进入地下水的污染物有来自人类活动的，有来自自然过程的。生活污水和生活垃圾会造成地下水的总矿化度、总硬度、硝酸盐和氯化物含量的升高，有时也会造成病原体污染。工业废水和工业废物可使地下水中有机和无机化合物的浓度增加。农业施用的化肥和粪肥，会造成大范围的地下水硝酸盐含量增高。农药对地下水的污染较轻，且仅限于浅层。农业耕作活动可促进土壤有机物的氧化，如有机氮氧化为无机氮（主要是硝态氮），随渗水进入地下水。天然的咸水会使地下天然淡水受咸水污染等。  在造成地下水污染的诸多因素中, 人类活动占据了极大的比重。2000年重点工业污染源废水污染物排放量见表1［1］。表1  2000年重点工业污染源废水污染物排放量一览表 本文分析了以下几种人类活动造成的地下水污染。　

    1.1  城市污水  城市污水是指通过各种排污管道收集的所有排水，包括生活污水、工业污水、医院污水、合流制污水以及城市融雪和雨水，总之是一种混合污水。

    1.1.1  工业废水  随着乌鲁木齐市工业快速发展，工业废水的排放量很大。工业废水的特点是量大，成分复杂，难处理，不易降解和净化，对地下水水质构成严重威胁。总的说来具有以下特点：（1）悬浮物含量高，可达100～30000mg/L；（2）生化需氧量（BOD）高，可达200～5000mg/L；（3）酸、碱度变化大，pH低至2，高至13；（4）温度高，可高达40℃，造成热污染；（5）易燃，因常含低沸点的挥发性液体，如汽油等易燃污染物易着火成水面火灾；（6）多种多样有毒有害成分如油、农药等。以2000年为例, 工业污染源废水产生量为8126173万吨 , 废水排放总量为3847129万吨 。统计结果表明, 这些工业废水用于污灌的废水量为1185177万吨 , 占重点源废水排放量的30.9%; 排入湖库的废水为763178万吨 , 占总量的19.8%; 排入市政管道的废水为351196万吨 ,占总量的9.1 %; 排入河流的废水为1487118万吨 , 占总量的38.7%。乌鲁木齐市重点源排放的废水最终大部分用于污灌或绿化, 大量污染物随之排放到地表水体中和土壤中, 经淋滤下渗进入地下含水层, 对地下水形成威胁。

    1.1.2  生活污水  生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的总称，其中包括厨房、浴室等排出的污水和厕所排出的含粪便污水等。除家庭生活污水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的污水。 未经处理的生活污水排入天然水体会造成水体污染。随着人口的快速增长和城市化进程的加快，城市生活污水的排放量剧增，所以生活污水对水体的影响亦随之增加。城市化建设的加快和外来人口的增多，乌鲁木齐市产生的生活污水的量越来越多，城市污水处理厂的建设还不能与城市的高速发展同步，人们对水环境的保护意识还不够强，而处理措施跟不上，乌鲁木齐市年生活污水排放量约1115 亿立方米, 其中仅有少部分经过城市污水处理厂处理后排放, 大量生活污水未经任何处理, 乌鲁木齐市每天有10万立方米生活污水带着大量重金属和病原菌等有害物质，顺着城市排水管网流到北郊包括百园路新村、养禽场、宣仁墩村、小地窝堡等地村民们的菜地里，或漫流而渗入地下。还有乌鲁木齐河两岸南山一带，旅游业发展迅猛，年接待数十万游客，景区近年来新建旅游设施中均无达标的生活污水处理设施，多采取渗排方式，间接污染水体。在其进入地下水的过程中,与周围介质之间发生一系列物理化学作用和微生物群落参与下的生物化学作用, 而且钠离子进入土层后, 将吸收态Ca、Mg 离子代换出来转入水中, 从而使地下水的硬度升高。

    1.1.3  医院污水  一般综合医院、传染病医院、结核病院等排出的污水含有大量的病原体，如伤寒杆菌、痢疾杆菌、结核杆菌、致病原虫、肠道病毒、腺病毒、肝炎病毒、血吸虫卵、钩虫、蛔虫卵等。这些病原体在外环境中往往可生存较长时间。因此，医院污水污染水或土壤后，能在较长时间内通过饮水或食物途径传播疾病。此外，水体中贝类具有浓缩病菌和病毒的能力，故水体污染后，生食水中贝类有很大的危险（如上海甲肝爆发流行）。 同时在降雨作用下，淋洗渗透到地下水层，引起地下水的污染。

    1．2  固体废弃物  固体废弃物一般划分为工业固体废弃物和城市垃圾，工业固体废弃物主要含有害物质和土壤易溶盐, 城市垃圾主要含有害物质和病原体。他们对地下水的污染, 主要是通过降雨淋滤渗漏。在乌鲁木齐河上游大西沟中段的后峡，依河而建的一些石灰厂、电石厂、电厂、水泥厂、采石厂等企业，大量废弃的污染物和废弃渣直接堆积在河道，经过雨水侵蚀，渗入地下或者河道，造成水源及下游水体污染。在大气降水的淋溶作用下, 上述污染物随下渗水进入地下, 使地下水受到污染。乌鲁木齐市位于山前冲洪积扇上部, 地下水防护条件差, 对地下水的污染更为明显。

    1.2.1   工业固体废废物  乌鲁木齐市2000 年工业固体废物产生总量187194 万吨, 利用及堆存情况见表2 。它们随水下渗进入地下含水层, 使地下水COD、BOD、总硬度、SO42- 和Cl-升高。 表2  2000 年工业固体废物排放利用情况统计表

    1.2.2  城市垃圾  城市垃圾主要包括居民生活、市政建设、医疗和娱乐等活动产生的垃圾。目前乌鲁木齐市生活垃圾全部采用简易填埋的方式进行填埋处理。现在的建筑垃圾也运往生活垃圾填埋场做覆盖土和生活垃圾混合填埋。其有害物质和病原体除少数由产生单位焚烧处理外, 大部分未经处理, 与生活垃圾一并进入填埋场。通过降雨淋滤渗漏进入地下含水层，破坏地下水质。乌鲁木齐市2000 年产生生活垃圾84115 万吨 , 见表3 。 表3  2000年乌鲁木齐市城市

    1．3  农药与化肥  为了加快农作物生长和杀灭害虫，要定期施加肥料和喷洒杀虫剂、杀真菌剂，由于施加的肥料不能被植物完全吸收，喷洒的杀虫剂和杀真菌剂自身具有不可完全降解性和毒性以及含有汞、砷等有毒金属元素，因此对水体环境存在潜在的危害，如果不加以控制可能会造成水体富营养化或是水体毒化。其结果一是造成环境中矿物质含量增加, 使水化学条件发生改变, 矿物质在土壤中形成盐分的积累, 在自然降水等补给地下水的过程中, 土壤盐分通过淋滤作用进入含水层, 导致地下水硬度升高; 二是化肥残留在土壤中或经降水溶解, 使地下水受到营养物质的污染, 导致地下水富营养化。乌鲁木齐市1999年农药施用量约58131kg,化肥施用量(折纯) 7159吨 。农田施用的农药和化肥除作物吸收外,部分漂浮在空气或残留在土壤中, 随着降水和灌溉水在地表流失, 或随地层进入地下水层, 污染地下水。

    1．4  大气污染物质的沉降  乌鲁木齐市城市能源消费以直接燃用原煤为主。由于工业布局不合理，且受三面环山的影响，烟尘、工业粉尘及汽车尾气在城市上空大量聚集难以扩散，造成了严重的大气污染，成为典型的煤烟型污染。烟尘是乌鲁木齐市大气环境的最低限制因子，总量已超过环境承载力。空气污染严重是乌鲁木齐城市环境突出的特点：1998年全球空气污染最严重的十大城市中，乌鲁木齐市名列第四。2000年、2002年，在全国47个环保城市中排名倒数第一。城市空气中悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物年平均值全部超标。 大气中的硫氧化物、氮氧化物和碳氧化物等污染物质通过沉降到达地面, 溶于各类地表水, 降低了水的碱性, 增强了溶解钙镁盐的能力, 是地下水硬度升高的原因之一。

    1.5  超量开采地下水  无计划盲目开采地下水，监管力度不够。盲目开采地下水的后果是：（1）破坏地基的稳定性，引发地面沉降，发生地质灾害。（2）地下水由地表水渗透补给，加速地表污染源向地下纵深扩散。由于对地下水的超量开采, 形成了区域性的水位降落漏斗, 改变了地下水的水文地质条件, 从而诱导区域严重污染的地下水补给至开采区, 使开采区地下水硬度、硝酸盐氮、硫酸根、氯离子升高, 地下水水质恶化。导致土壤、农作物和地下水污染，给农业生态环境和农产品带来了一定程度的污染。

    2  乌鲁木齐市地下水污染方式及途径

    地下水的污染是指由于人类活动，使地下水的物理、化学和生物性质发生改变，水体的污染物超过了其自净能力，从而引起水体的水质、生物质质量恶化，因而限制或妨碍它在各方面的正常应用。污染途径是指污染物从污染源进入到地下水中所经过的路径。

    2.1  地下水污染方式  地下水污染有两种方式：直接污染和间接污染。

    2.1.1  直接污染  乌鲁木齐地区有污水排放的工矿企业836家，年总排放量7491．788万立方米，其中有91家的工业废水属超标排放，年排放量为5754．4万立方米，废水中含有18种有害物质组分，年总排放量有4．32万吨。这些废水一种是直接排入地表水中，另一种是通过渗坑和地下管道输送到农田用于灌溉排放，从而渗入地下直接污染地下水［2］。

    直接向地表水体排放的污水总量为3398．9万立方米／年，占乌鲁木齐地区全年废水排放量的69％，含有害物质总量为2．57万吨／年，占全地区有害物质排放量的59％。被直接排入的地表水体有乌鲁木齐河、水磨河、头屯河、青年水库等。尤以水磨河最为突出，水磨沟区有工矿企业96家，排放废水2605．81万立方米／年，含有害物质总量6528．5吨／年，这些废水输至卡子湾铁路桥处外排全部渗入地下进入地下水。沙依巴克区、新市区部分地段的81家工矿企业，排放废水822．0895万立方米／年，含有害物质6789．1吨／年，输至四宫苗圃灌溉树苗。乌鲁木齐地区利用渗坑排放废水总量有1126．765万立方米／年，含有害物质4191.35吨／年。利用灌溉和渗坑处理废水，除部分蒸发和进入饱气带水外，余下的进入地下水，污染地下水。

    2.1.2  间接污染  间接污染是固体废物的不合理堆放，被水淋滤后有害物质被带入地下水，使地下水遭受污染。乌鲁木齐地区年产生生活垃圾55万吨，指定堆放到定点垃圾场的有28万吨。年产生工业废渣约120．71万吨。垃圾场大多地处沟谷低洼之处，易集水溶滤垃圾，产生间接污染。全市有4000多个粪坑式厕所，粪便水入渗地下及东山公墓等坟墓被雨雪水的淋滤水入渗地下，都对地下水产生污染。

    2．2  污染途径  地下水污染途径是多种多样的，大致可归为四类：(1)间歇入渗型。大气降水或其他灌溉水使污染物随水通过非饱水带，周期地渗入含水层，主要是污染潜水。淋滤固体废物堆引起的污染，即属此类。(2)连续入渗型。污染物随水不断地渗入含水层，主要也是污染潜水。废水聚集地段（如废水渠、废水池、废水渗井等）和受污染的地表水体连续渗漏造成地下水污染，即属此类。(3)越流型。污染物是通过越流的方式从已受污染的含水层（或天然咸水层）转移到未受污染的含水层（或天然淡水层）。污染物或者是通过整个层间，或者是通过地层尖灭的天窗，或者是通过破损的井管，污染潜水和承压水。地下水的开采改变了越流方向，使已受污染的潜水进入未受污染的承压水，即属此类。(4)径流型。污染物通过地下径流进入含水层，污染潜水或承压水。污染物通过地下岩溶孔道进入含水层，即属此类。 

    根据乌鲁木齐市地下水污染源种类及其分布情况和区域水文地质条件,乌鲁木齐地区地下水的污染具体途径主要有: 污水灌溉、废弃物堆的淋滤液下渗;地表水入渗; 渗井、渗坑排污、 地下水的超量开采、工业、生活、医疗污水和废弃物堆的渗漏。

    3  地下水源的防护及污染控制措施

    地下水从开始污染到污染严重，乃至达到不能饮用的地步，有一个从量变到质变的过程，特别是一旦发现地下水中某些元素超标，再进行治理就比较困难，因此地下水资源的保护应始终贯彻预防为主的环境保护原则, 作好污染源防治工作。 乌鲁木齐地下水源的防护措施主要有：(1)结合社会主义新农村建设,对地处水源保护区内的农村开展环境综合整治工作,加强生活污水排放、畜禽养殖和农业生产的管理,防止污染地下水。针对水源保护区存在的小型加工业应加大治理力度,坚决取缔或统一管理,避免污水直排造成对水源地的影响。建立节水型经济结构，提高城市用水效率，首先应发展节水型的绿色农业和生态农业，积极开展以滴灌、喷灌为主的节水示范工程［3］。(2)工业上改进生产工艺, 采用无污染、少污染的新工艺, 减少污染物的排放量, 对重点水源保护区内的现有工业, 严格限制发展规模, 并加强治理, 不得超标排放。(3)兴建城市污水处理厂, 严禁采用渗井渗坑排放污水。在水源保护区内不得兴建永久性的固体废弃物消纳场, 临时堆放场地要采取防渗措施,不得污染地表水环境,防止污染物渗入地下水, 防止地下管道渗漏。加大加快城市垃圾无害化填埋场建设和医疗垃圾焚烧系统建成投产，严禁垃圾乱堆乱放，加大危险废物处置率。(4)提高城市清洁能源使用率，乌鲁木齐市及周围分布着十分丰富的石油、天然气和风能、太阳能资源。积极开发引进和推广使用这些清洁能源，是改进城市能源结构，减轻大气污染的最佳选择，可以有效地控制燃煤污染。(5)农业上利用生态规律替代或减少污染环境的化学农药, 利用生物固氮减少化肥的用量和危害。(6) 控制地下水开采量, 力争使补给量与开采量相平衡, 使地下水位稳定下来。（7）严格控制、坚决制止城市及周围新建、扩建水泥生产线。（8）对地下水水源保护区实行有效管理。贯彻“三同步，三同时”的原则，规划中对新建、改建、扩建项目，必须制订有效的措施，杜绝新增污染源，并纳入水污染防治规划的管理计划中。并且加强宣传教育,提高全市人民水资源保护意识,唤起人们对水资源的忧患意识。

    4  地下水污染对生态环境的影响

    现在很多城市开采地下水作为水源，污染的地下水就会使生活饮用水不合格，使人体健康受到损害，并且使灌溉的农作物直接或间接受到危害。通过食物链富集危害人体，在淡水养殖业中，水体污染会造成水产品的绝收、减产、降质，也可以造成渔产品中污染物的富集和湖、塘的富营养化问题［4］。由于地下水具有的埋藏性和系统的复杂性，污染问题不如大气和地表水污染等表现直观与突出，不易受到关注。因而长期受到忽视，使得污染问题更加突出，对生态的破坏和人体健康的危害更长久、更深远。地下水污染所造成的生态环境破坏，将长期制约经济发展，影响可持续发展进程。直接或间接的经济损失和生态灾难，突发或长期的疾病传播，也将是人类难以承受的。

    因此，要加大对农田灌溉水、城市污水的监测力度，使其达到国家要求才能直排和灌溉，保障地下水和蔬菜的安全，对人体健康起到保护作用及能源的可持续发展。

【参考文献】
  1 乌鲁木齐市环境监测站.乌鲁木齐市环境质量报告书(1996 - 2000).乌鲁木齐市， 2001，5-16.

2 新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴. 北京:中国统计出版社,2006，3-8.

3 孟伟,郑丙辉.全国饮用水水源地环境保护规划.北京:中国环境科学研究,2006，7-8.

4 吕春玲,李烨,孔凡林.乌鲁木齐市地下水污染分析及防治对策.环境科学动态，2002，(4):34-36.

(编辑：石 岚)

作者单位：830011 新疆乌鲁木齐，乌鲁木齐铁路局疾病预防控制所