滄州市淺層地下水資源評價及開發(fā)利用淺析

卞海彬,哈建強(qiáng)

(河北省滄州水文水資源勘測局,河北滄州 061000)

滄州市地處河北省東南部,東臨渤海,南界山東,北與廊坊、天津為鄰,西、西南與保定、衡水相接。南北長約 165 km,東西寬約 187 km,全市總面積14056 km2,海岸線總長 95.3 km。滄州市全境均為平原區(qū),是河北平原的一部分,南運(yùn)河以西屬低平原區(qū),以東屬濱海平原區(qū)。地形自西南向東北傾斜,地面坡降平緩,一般為 1/8 000～1/1 5000。宏觀全境,地勢低平;微觀各地,崗坡洼地,形態(tài)各異。西部地面高程一般在 14.0 m左右(黃海),最高達(dá) 16.7 m;東部多在 2.0m左右;境內(nèi)河流溝渠縱橫交錯,呈網(wǎng)格狀分布。地貌基本分為崗、坡、洼、淀四大類。滄州市土壤共分為褐土、潮土、沼澤土、鹽土、濱海鹽土、堿土和風(fēng)沙土 7個土類,隸屬于半淋溶土、半水成土、水成土、鹽堿土和初育土 5個土綱。其中潮土比例最大,約占全市面積的 94.9%,其他土類只有點(diǎn)片分布。

1 淺層水區(qū)域的水文地質(zhì)情況

滄州市基底構(gòu)造比較復(fù)雜,分屬于冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷和埕寧隆起四個基底構(gòu)造單元,各單元間均為北北東向斷裂分隔,單元內(nèi)有次一級的凸起和凹陷。

滄州市地下水主要賦存于第四系松散巖層中,為多層結(jié)構(gòu)的含水巖系,沉積厚度 350～550 m,最厚可達(dá) 580m。水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜,水平方向賦水性自西向東由好變差;垂直方向上也有一定的變化特征,由于成因類型及物質(zhì)來源不同,含水砂層分布形態(tài)、顆粒大小、厚度、富水性、水動力特征等均有差別,因此,以成因類型及物質(zhì)來源作為水文地質(zhì)分區(qū)的依據(jù)。

1.1 淺層地下水水文地質(zhì)分區(qū)

(1)沖洪積平原水文地質(zhì)區(qū):分布于本市西部,包括獻(xiàn)縣西北部、肅寧、任丘及河間西部,為沖洪積相,巖性以灰黃色粘砂、砂粘為主。含水層以細(xì)砂為主,少數(shù)中細(xì)砂,厚度 5～12m,單位涌水量 2.5～5.0 m3/h?m。水質(zhì)較好,礦化度0.5～1.0 g/L,局部大于 2.0g/L,水化學(xué)類型為 Cl?HCO3-Na? Mg或 Cl? HCO3-Ca? Mg? Na型。

(2)海陸交互沉積平原水文地質(zhì)區(qū):分布于本市中部,即青縣西部、滄縣西北及東南部、孟村大部、鹽山南部、吳橋、東光、南皮、泊頭、獻(xiàn)縣大部、河間東部。以河流沖積相為主,巖性以灰褐、灰黃色砂粘為主,粘砂次之。含水層以細(xì)砂為主,少數(shù)為粉砂,厚度 4.3～25.1 m,條帶狀分布,單位涌水量2.5～5.0m3/h? m。水質(zhì)較好,礦化度 1～1.5 g/L,局部大于1.5 g/L,水化學(xué)類型為 Cl? HCO3-Na? Mg或 HCO3? Cl-Na? Mg型 。

(3)濱海平原水文地質(zhì)區(qū):分布于本市東部,包括青縣東部、滄縣東北部,鹽山北部、黃驊、海興,為濱海沉積相,巖性以黑灰色粘土為主,含水砂層為粉砂,厚度 7～1.5m,呈帶狀或環(huán)狀分布,單位涌水量小于 2.5m3/h?m。水質(zhì)較差,礦化度大部分地區(qū)大于 3g/L,水質(zhì)類型為 Cl-Na型或 Cl-Na?Mg型。

1.2 淺層地下水水質(zhì)

淺層地下水現(xiàn)狀質(zhì)量,主要是對全市境內(nèi)布設(shè)的監(jiān)測水井現(xiàn)狀水質(zhì)分別進(jìn)行地下水水化學(xué)類型分類分析、地下水質(zhì)量綜合功能分析、生活飲用水功能分析、農(nóng)田灌溉功能分析等。

1.3 水化學(xué)類型

通過對全市布設(shè)的 32眼監(jiān)測井監(jiān)測成果分析,氯化物類水有 8眼井、占監(jiān)測井總數(shù) 25.0%,均為氯化物類鈉組;重碳酸鹽類水為主共計 15眼井、占監(jiān)測井總數(shù)的 46.9%,均為重碳酸鹽類鈉組;硫酸鹽類水有 9眼井、占監(jiān)測井總數(shù) 28.1%,均為硫酸鹽類鈉組。

滄州市淺層地下水水化學(xué)類型的分布比較單一:在各類水中均為鈉型水,在氯化物、重碳酸鹽類水中,溶解性總固體大多小于2 g/L。在硫酸鹽類鈉組水中,溶解性總固體多大于 3g/L。

1.3.1 單項污染物質(zhì)分析

1)主要污染物檢出率及超標(biāo)率

對滄州市淺層地下水污染、超標(biāo)井率較高的項目依次是溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)。超標(biāo)井是指超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-93)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的井,Ⅲ類水是以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)制定的,主要適用于集中式生活用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水。各污染項目檢出率、超標(biāo)率統(tǒng)計見表 1。

2)主要污染物分布及成因分析

滄州市淺層地下水中超標(biāo)最嚴(yán)重的是溶解性總固體,其后依次是:總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)。

溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽含量偏高主要與本市地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。滄州市地處沖洪積平原區(qū),地勢平緩,淺層水開采層為第一含水組,地下水埋深較淺,排泄方式以人工開采為主,其次是潛水蒸發(fā),側(cè)向徑流微弱,土壤中礦物成分經(jīng)過不斷風(fēng)化淋溶,造成了地下水化學(xué)成份的逐漸增多,多年的反復(fù)輪回造成了鹽分的積累。氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等物質(zhì)主要源于工業(yè)廢水、生活污水排放及農(nóng)村大面積使用大劑量化肥農(nóng)藥和污水灌溉等。而氟化物則是由于部分區(qū)域地下沉積物中有含氟量較高的母質(zhì)礦物,而氟易溶于水,因此造成地下水氟含量偏高。

1.3.2 淺層地下水現(xiàn)狀質(zhì)量綜合分析

1)水質(zhì)綜合分析

根據(jù)滄州市 32眼淺層地下水水質(zhì)監(jiān)測井的實(shí)測資料,通過分析,結(jié)果表明,IV類水占 3.1%;V類水占 96.9%;沒有I～Ⅲ類水。超標(biāo)物質(zhì)中硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度、氯化物、高錳酸鹽指數(shù)、氟化物共 6項,在滄州境內(nèi) 50%以上的面積淺層地下水均超標(biāo),而氨氮的超標(biāo)面積則小于 50%。

2)內(nèi)梅羅指數(shù)綜合分析

(1)單項指數(shù)分析

將地下水單項水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果與地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值逐項進(jìn)行比較,確定其所屬水質(zhì)類別,再根據(jù)類別與內(nèi)梅羅指數(shù)Fi的換算關(guān)系(見表 2),確定各單項指標(biāo)的 Fi值。

表2 水質(zhì)類別與 Fi值關(guān)系表

式中:Fmax為各單項組分評價分值F中的最大值。(4)根據(jù)計算的 F值,按表 3劃分地下水質(zhì)量級別。

式中:n為參加評價的單項數(shù)目。

(3)采用內(nèi)梅羅公式計算綜合評分值

(2)計算各單項組分評分值 Fi的平均值

表3 水質(zhì)綜合評價分級表

采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對全市淺層地下水現(xiàn)狀質(zhì)量進(jìn)行分析,并將該法綜合分析結(jié)果與地下水水質(zhì)綜合分析結(jié)果進(jìn)行分析比較。內(nèi)梅羅指數(shù)綜合分析級別統(tǒng)計見表 4,內(nèi)梅羅指數(shù)法不同級別淺層地下水百分比統(tǒng)計見圖 1。

分析結(jié)果:32眼淺層地下水監(jiān)測井中有 4眼水質(zhì)為較差級別,占總井?dāng)?shù)的 12.5%,其主要污染物有總硬度、溶解性總固體、氟化物。其余 28眼井水質(zhì)為差級別,占總井?dāng)?shù)的87.5%,其主要污染物是總硬度、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、氟化物。詳見表 5。

表4 內(nèi)梅羅指數(shù)法綜合分析級別統(tǒng)計表

表5 滄州市淺層地下水監(jiān)測井水質(zhì)級別統(tǒng)計表

圖1 內(nèi)梅羅指數(shù)法各類水百分比統(tǒng)計圖

通過以上分析可見,內(nèi)梅羅指數(shù)綜合分析結(jié)果與地下水水質(zhì)綜合分析結(jié)果基本一致。

2 農(nóng)田灌溉及生活用水功能分析

2.1 生活飲用水功能分析

按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5750-2006)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,滄州境內(nèi) 32眼淺層地下水監(jiān)測井的水質(zhì)均不符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn),影響飲用功能的主要項目是礦化度、總硬度、氯化物、硫酸鹽。

2.2 農(nóng)田灌溉功能分析

按《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-92)(旱作)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,32眼淺層地下水監(jiān)測井的水質(zhì)均不具備農(nóng)田灌溉功能,影響灌溉功能的主要物質(zhì)是溶解性總固體、氯化物。

從整體情況來看,滄州市境內(nèi)淺層地下水基本上都屬于較差級別,不宜飲用和灌溉,雖然西部地區(qū)存有淺層淡水,中部地區(qū)淡水較少且呈零星分布,但是水中個別物質(zhì)含量超標(biāo),按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行分析,也是較差級別的水質(zhì)。

3 合理開發(fā)淺層地下水措施

淺層地下水是由降雨入滲、灌溉入滲、河道側(cè)滲等多種補(bǔ)給而形成的一種具有可恢復(fù)性的資源。其補(bǔ)給量的大小與它自身狀態(tài)有直接關(guān)系,因此,合理的開采可達(dá)到其相應(yīng)的均衡狀態(tài)。所謂合理開采,就是要在地下水長期使用中不破壞自然環(huán)境的良性循環(huán),在遇到豐枯交替的水文周期內(nèi)能達(dá)到采補(bǔ)平衡。在此前提下,通過人為措施增大可采量,即合理開發(fā)淺層地下水包含兩個涵義:一是要使地下水在開采中達(dá)到采補(bǔ)平衡,二是采取人為措施增大可采量。地下水位有一個最佳埋深 ,若地下水位埋淺了,不僅會因無效蒸發(fā)增大而使采量減少,還易發(fā)生土壤鹽漬化和漬澇災(zāi)害 ,影響作物正常生長。埋深了,地下水會長期得不到恢復(fù),破壞水資源平衡。因此,合理調(diào)控地下水埋深是合理開發(fā)地下水的一個技術(shù)關(guān)鍵。合理開發(fā)淺層地下水的技術(shù)措施:一是合理調(diào)控地下水埋深;二是增加入滲水源。

4 結(jié)語

4.1 合理利用水資源

滄州市為改善大氣環(huán)境質(zhì)量采取了多種手段,其中地面揚(yáng)塵是造成大氣質(zhì)量下降的主要因素之一。控制地面揚(yáng)塵的最有效手段是廣植草皮、綠地,路面灑水也是很好的方法。無論是綠化還是灑水都需要大量的清水,供水緊張則限制了綠地面積的擴(kuò)大和灑水頻度。另外,灌水不足也是滄州草坪生長不旺盛、綠色期短的主要原因。綠化、灑水本來不需要優(yōu)質(zhì)水作水源,而淺層地下水經(jīng)簡單處理后可以補(bǔ)充用作上述用水。

4.2 提高地下水資源保護(hù)能力

污染物隨著地表水入滲進(jìn)入土壤包氣帶后,會產(chǎn)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物作用,從而降低污染物對地下水的影響。簡言之,土壤包氣帶與其他環(huán)境因素一樣有自凈能力。這種能力大小,由包氣帶的巖性及顆粒大小等因素決定,一般用包氣帶環(huán)境容量衡量。土壤厚度大,就延長了污染物在包氣帶中運(yùn)移的途徑和時間,使得污染物與包氣帶介質(zhì)間的作用更充分 ,結(jié)果是提高了包氣帶的自凈能力,增大了它的環(huán)境容量,也增大了污染物穿過包氣帶進(jìn)入地下水中的途徑,提高了水資源保護(hù)能力。

4.3 提高大氣降水的可利用率

滄州市的降雨量約為 551 mm/a,但是僅有一小部分滲入地下,絕大部分成為徑流排入河道,流出境外。如果充分利用淺層地下水就可以騰出地下水的庫容,在雨季能夠接納、蓄存更多的雨水,當(dāng)然還要配合完善的雨水收集系統(tǒng)。這樣做還可以使受到污染的地下水得到置換、凈化。淺層地下水位降低導(dǎo)致部分含水層疏干,富余出更大的空間可接納地表水入滲,減少地下水蒸發(fā),又可以減輕和防止?jié)n澇災(zāi)害。實(shí)質(zhì)上,這是另一種形式的開源。

[1]杜時貴.水文學(xué)與供水水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1995,35-36.

[2]劉兆昌 ,張?zhí)m生 ,聶永生 ,等.地下水系統(tǒng)的污染與控制[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1991,28.