邯鄲市地下水水化學(xué)類型分布及污染物成因分析

王海峰，王慧勇，李春燕，穆 征

邯鄲市地下水水化學(xué)類型分布及污染物成因分析

王海峰1，王慧勇1，李春燕2，穆 征1

（1.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北 邯鄲 056001）

利用邯鄲市地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用O.A.阿列金分類法對(duì)地下水進(jìn)行了水化學(xué)類型分類，確定該地區(qū)地下水水化學(xué)類型以HCO3-Na型為主。在此基礎(chǔ)上對(duì)邯鄲市地下水的污染物及超標(biāo)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析污染成因。結(jié)果表明：邯鄲市地下水超標(biāo)物質(zhì)主要為溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物等，其污染原因主要是原生污染。

地下水；水化學(xué)類型；O.A.阿列金分類；污染物

在水資源總量不足的邯鄲地區(qū)，地下水資源是當(dāng)?shù)厝藗兩a(chǎn)和生活的重要水源。近年來，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，地下水超采愈加嚴(yán)重，污染面積不斷擴(kuò)大，污染組分更加復(fù)雜，水質(zhì)惡化日益加劇。這不僅嚴(yán)重影響了城鄉(xiāng)的供水質(zhì)量，危及人體健康，也給當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的可持續(xù)開發(fā)利用帶來了威脅。因此，科學(xué)合理的開發(fā)利用和保護(hù)地下水資源刻不容緩。本文通過研究地下水化學(xué)類型，分析主要污染物及其形成原因，為該市地下水資源的合理開發(fā)利用、科學(xué)管理、保護(hù)及改善地下水環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 概述

邯鄲市位于河北省南端，太行山東麓，冀魯豫三省交界處，東經(jīng)113°28’～115°48’，北緯36°03’～37°01’之間，總面積7 689 km2。地處半濕潤、半干旱地區(qū)，屬暖濕帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量558.8 mm，年蒸發(fā)量為1 563 mm[1]。地下水資源主要包括第四系地層中第一含水組的潛水和第二含水組的微承壓水。邯鄲市共設(shè)地下水水質(zhì)監(jiān)測井53眼，分布于16個(gè)縣（市）區(qū)。參與評(píng)價(jià)的有39眼監(jiān)測井，2015年5月、9月各監(jiān)測1次，監(jiān)測項(xiàng)目共31項(xiàng)，其中參與評(píng)價(jià)的項(xiàng)目19項(xiàng)。

2 地下水水化學(xué)類型分類

2.1 阿列金分類法

本文采用阿列金分類法確定地下水水化學(xué)類型，以評(píng)價(jià)地下水天然狀態(tài)下水化學(xué)組成背景[2]。該方法以HCO3

-+CO32-、SO4

2-、Cl-占多數(shù)的陰離子將地下水劃分為三類，分別表示[C]、[S]、[Cl]；而以Ca2+、Mg2+、Na++K+占多數(shù)的陽離子將地下水劃分為三組，即鈣組（Ca）、鎂組（Mg）、鈉組（Na）[3]；每一組中根據(jù)陽離子和陰離子的相對(duì)含量分為四型，用羅馬數(shù)字表示。

具體的分類方法是：

（1）分類，將天然水按占多數(shù)（指當(dāng)量）的陰離子分成三類：重碳酸鹽及碳酸鹽（HCO3-+CO32-）水、硫酸鹽（SO42-）水、氯化物（Cl-）水。分別用其化學(xué)元素符號(hào)（C、S、Cl）表示其“類號(hào)”。

（2）分組，每一類再按占多數(shù)的陽離子分為三組：鈣組、鎂組、鈉組。并以其化學(xué)符號(hào)Ca、Mg、Na表示其“組”。

（3）分型，每一類按照離子間的比例分為四型：

Ⅰ型：（HCO3-）＞（Ca2++Mg2+）II型：（HCO3-）＜（Ca2++Mg2+）＜（HCO3

-）+（SO42-）

IV型：（HCO3-）=0

IV型僅出現(xiàn)于硫酸鹽水與氯化物水兩類的鈣組和鎂組中，而這些組中沒有Ⅰ型水，故每一組只有三型。“型號(hào)”用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。水化學(xué)類型分類見表1。

Ⅰ型水是弱礦化水，主要形成于含大量Na+與K+的火成巖地區(qū)，水中含有相當(dāng)數(shù)量的NaHCO3成分（即主要含有Na+與HCO3-），在某些情況下也可能由Ca2+交換土壤和沉積物中的Na+而形成，此水型多是低礦化度的。

Ⅱ型水為混合起源的水，其形成既與水和火成巖的作用有關(guān)，又與水和沉積巖的作用有關(guān)。多數(shù)低礦化和中礦化的河水、湖水和地下水屬此類型。

Ⅲ型水也是混合起源的水，但一般具有很高的礦化度。在此條件下，由于離子交換作用使水的成分明顯變化，通常是水中的Na+交換出土壤和沉積巖中的Ca2+和Mg2+。海水、受海水影響地區(qū)的水和許多具高礦化度的地下水屬此類型。

Ⅳ型水的特點(diǎn)是不含HCO3-。酸型沼澤水、硫化礦床水和火山水屬此型。在碳酸鹽類水中不可能有Ⅳ型水，在硫酸鹽與氯化物類的鈣組和鎂組中也不可能有Ⅰ型水，而硫酸鹽與氯化物類的鈉組一般沒有Ⅳ型水。

2.2 水化學(xué)類型

根據(jù)阿列金分類法和河北省邯鄲水環(huán)境監(jiān)測中心2015年地下水水質(zhì)監(jiān)測資料，經(jīng)計(jì)算分析邯鄲市各地下水水質(zhì)監(jiān)測井水化學(xué)類型見表2。

39眼評(píng)價(jià)井中碳酸鹽類水28眼，氯化物類水7眼，硫酸鹽類水4眼，鈣組水5眼，鎂組水5眼，鈉組水29眼；Ⅰ型水26眼，II型水11眼，III型水2眼。碳酸鹽類水包括鈉組水19眼，鈣組水5眼，鎂組水4眼。邯鄲市地下水監(jiān)測井水以碳酸鹽類水為主，占全部評(píng)價(jià)井的71.8%，其中又以鈉組水為主，占碳酸鹽類井?dāng)?shù)的74.4%。氯化物水占全部評(píng)價(jià)井的17.9%，硫酸鹽水比例較低，占10.3%。

3 主要污染物的檢出、超標(biāo)情況

根據(jù)邯鄲市地下水的監(jiān)測情況，計(jì)算的主要污染物有pH值、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、揮發(fā)酚、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷化物、六價(jià)鉻、鎘、鉛、銅共19項(xiàng)[4]。

檢出率、超標(biāo)率計(jì)算方法：

式中：J為某項(xiàng)污染物檢出率，%；n檢出為監(jiān)測結(jié)果中該項(xiàng)污染物有含量的監(jiān)測井?dāng)?shù)；B為某項(xiàng)污染物超標(biāo)率，%；n超標(biāo)為某項(xiàng)污染物超標(biāo)井?dāng)?shù)；n為監(jiān)測井總數(shù)。

根據(jù)上述計(jì)算方法對(duì)所確定的19項(xiàng)污染物項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，結(jié)果見表3。

表1 地下水水化學(xué)類型Tab.1 Groundwater hydrochemical type

4 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 主要污染物超標(biāo)及分布情況

邯鄲市地下水中高礦化度區(qū)主要分布在黑龍港平原和漳衛(wèi)河平原[5]。根據(jù)2015年最新監(jiān)測資料，最大值為肥鄉(xiāng)的曹莊監(jiān)測井，含量為4 860 mg/L，超《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)3.9倍。

硫酸鹽高含量分布區(qū)與礦化度分布區(qū)也基本相同，高含量中心為肥鄉(xiāng)縣的曹莊和廣平的蔣莊，含量分別為3 190mg/L和2 350mg/L，超《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)11.8倍和8.4倍。

表2 邯鄲市地下水水化學(xué)類型統(tǒng)計(jì)表 單位：mg/LTab.2 Statistical table of groundwater hydrochemical type in Handan city unit:mg/L

表3 邯鄲市地下水主要污染物檢出率與超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Detection rate and exceed standard rate of groundwater main pollutants in Handan City

氯化物高含量中心為曲周縣前衙和魏縣前佃坡，含量分別為735 mg/L和818 mg/L。

氟化物含量超標(biāo)（大于1 mg/L）的區(qū)域主要有邱縣和館陶交界處、廣平縣南部、成安縣中東部、魏縣北部、大名縣局部、曲周縣西南部及磁縣城關(guān)。其中館陶縣柴堡地下水中氟化物含量最高為3.33 mg/L，超《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)2.3倍。

氨氮含量超標(biāo)的區(qū)域主要分布在曲周縣、魏縣、大名縣、廣平縣城關(guān)、館陶縣北部和南部、臨漳縣南部、永年縣的東南部。含量最大的為曲周縣四疃監(jiān)測井，為0.70 mg/L，其次為魏縣蔡小莊監(jiān)測井，為0.57 mg/L。

4.2 污染物超標(biāo)成因分析

4.2.1 原生污染

原生污染主要與地質(zhì)環(huán)境、水文地質(zhì)條件及其氣候有關(guān)，其主要污染物有氯化物、硫酸鹽、總硬度、礦化度、氟化物等。這種污染主要受沉積物巖性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響控制，作用方式為地下水化學(xué)成分的濾溶作用和濃縮作用，另外地下水的徑流方式也對(duì)地下水化學(xué)成分產(chǎn)生影響[6]。

邯鄲市東部平原區(qū)地下水氯化物、硫酸鹽、總硬度、礦化度較高，其原因是西部山丘區(qū)地下水的長期濾溶作用，造成巖層中大量的氯化物、硫酸鹽流向平原區(qū)；中東部平原區(qū)地下水埋藏較淺，水平徑流較弱，地下水的排泄方式以垂直蒸發(fā)為主，隨著水分蒸發(fā)，地下水溶液逐漸濃縮，含鹽量相對(duì)增加，同時(shí)地下水的化學(xué)成分也發(fā)生變化，以碳酸鹽為主的地下水，在濃縮作用過程中碳酸鹽達(dá)到飽和狀態(tài)，沉淀析出，使地下水成為以氯化物、硫酸鹽為主的地下水。

4.2.2 地下水局部長期超采

邯鄲市屬于資源型缺水城市。由于地表水量少質(zhì)差，為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需要，水資源只有靠開采地下水來解決，由于地下水長期超采，水位持續(xù)下降形成地下水水位降落漏斗，引起水動(dòng)力條件變化，并造成含水層地球物理化學(xué)環(huán)境破壞，進(jìn)而引起地下水水質(zhì)惡化[7]。邯鄲市西部平原超采區(qū)淺層地下水礦化度、總硬度、硫酸鹽、氯化物的含量較高，并處于增加趨勢，東部平原區(qū)地下水礦化度，總硬度含量多數(shù)處于增加趨勢，與地下水的局部長期超采有關(guān)。

4.2.3 地表水對(duì)地下水的影響

邯鄲市地表水水質(zhì)較差，工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水中，大量有毒、有害物質(zhì)隨著污水進(jìn)入河道。河道中受到污染的水由于與兩岸地下水水位存在一定水位差，河道水及其水中污染物在壓力作用下側(cè)向補(bǔ)給地下水，從而造成兩岸地下水水質(zhì)污染。

4.2.4 農(nóng)藥和化肥施用

據(jù)南京農(nóng)科院研究發(fā)現(xiàn)，大量施用的農(nóng)藥化肥只有10%被農(nóng)作物吸收，剩余的大多積蓄在土壤中，當(dāng)上覆土層和含水層中的污染物積累到相當(dāng)數(shù)量后，土層的濾污作用受到限制，隨著地表水的入滲一些難以消解的污染物逐步進(jìn)入到地下水中，造成地下水污染。

大量長期施用化肥會(huì)造成地下水pH、氟化物、砷化物、揮發(fā)酚、氰化物、硫化物、氨氮、總磷含量升高。邯鄲市地下水由于農(nóng)藥、化肥施用引起的地下水污染不明顯，只是部分區(qū)域地下水氨氮、硝酸鹽氮含量較高，但從多年地下水水質(zhì)資料分析，各種污染物質(zhì)含量和檢出率呈現(xiàn)上升趨勢，潛在的污染是存在的。

5 結(jié)論

邯鄲市地下水水化學(xué)類型多為碳酸鹽類，占全部評(píng)價(jià)井的71.8%，又以鈉組水的Ⅰ型水為主。邯鄲市地下水超標(biāo)物質(zhì)主要為溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。其污染原因主要是原生污染，與邯鄲市的地質(zhì)環(huán)境、水文地質(zhì)條件及其氣候有關(guān)。另外地下水長期超采、污染的地表水、農(nóng)藥化肥的使用都是地下水污染的重要因素。由于地下水具有污染過程緩慢、污染源難確定、污染難治理等特點(diǎn)，一旦受到污染，很難修復(fù)。所以加強(qiáng)地下水管理和保護(hù)，建立健全其管理體制刻不容緩。

[1]姚 輝，李朝陽，張永生.臥龍湖礦8101面地下水水質(zhì)分類判別研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，31(4)：40-45.

[2]席北斗,赫英臣，龔 斌.德國巴伐利亞州水域水質(zhì)分類特征[J].人民黃河，2010，32（1）：50-52.

[3]薛巧英.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的比較分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2004，30(4)：64-67.

[4]LIAO Jianping.Comparison of Two Methods for Determination of Cyanide in Quality-Controlled Water Sample[J].Journal of Environment and Health，2002，19（6）：75-78.

[5]程繼雄，程勝高，張 煒.地下水平價(jià)質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法的對(duì)比分析[J],安全與環(huán)境工程，2008，15(2)：24-28.

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[7]水利部水環(huán)境監(jiān)測評(píng)價(jià)研究中心.水質(zhì)分析方法標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004 .

（責(zé)任編輯 王利君）

Distribution of hydrochemical type and genesis of pollutant of groundwater in Handan city

WANG Haifeng1, WANG Huiyong1，LI Chunyan2，MU Zheng1

（1.College of Water Conservancy and Hydropower, Hebei University of Engineering, Hebei Handan,56038, China；2.Handan Hydrology and Water Resource Investigation Bureau, Hebei Handan,056001, China）

Groundwater hydrochemical type is the characterization of water chemical composition and environment, as well as an important part of groundwater quality assessment. The monitoring data of groundwater quality in handan city are analyzed and classified according to O.A.Arliekin classification method. On the basis of groundwater hydrochemical type, the pollution reasons are analyzed. The results show that total dissolved solids, total hardness, chloride, sulfate, ammonia nitrogen and fluoride, etc. are the main causes of pollution.

groundwater; hydrochemical type; O.A.Arliekin classification; pollutant

X523

A

1673-9469（2017）01-0053-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.012

2016-08-31 特約專稿

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目資助（31400418）；邯鄲市科技開發(fā)項(xiàng)目（1521109072）

王海峰（1976-），男，河北青縣人，副教授，碩士，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉、水土環(huán)境。