南襄盆地淺層地下水質(zhì)量影響因子解析

田夏+費(fèi)宇紅+李亞松+崔向向+張學(xué)慶+敦宇

摘要：在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地下水樣品檢測(cè)分析的基礎(chǔ)上，采用單指標(biāo)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)南襄盆地淺層地下水質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)：Ⅱ至Ⅲ類占2627%，Ⅳ類占4322%，Ⅴ類占3051%；南襄盆地地下水質(zhì)量受地質(zhì)營(yíng)力作用的原生指標(biāo)和人類活動(dòng)的次生指標(biāo)共同影響，人類生活生產(chǎn)、采油采礦活動(dòng)是影響該地區(qū)地下水質(zhì)量的主要因素。通過(guò)“單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率”和“人類活動(dòng)影響度”的計(jì)算，來(lái)識(shí)別影響地下水質(zhì)量的主要因素。單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率最大的為硝酸鹽，達(dá)5632%，其次為總硬度、鐵、錳等指標(biāo)。南襄盆地淺層地下水人類活動(dòng)影響度為5487%，主要影響指標(biāo)為“三氮”。

關(guān)鍵詞：地下水；質(zhì)量評(píng)價(jià)；人類活動(dòng)影響度；貢獻(xiàn)率；南襄盆地

中圖分類號(hào)：P6416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

16721683（2017）06013205

Abstract：This study is based on the field investigation and analysis of groundwater samplesIt used singleindex evaluation and comprehensive evaluation methods to evaluate the groundwater quality of the NanyangXiangyang basin：The ⅡⅢ type shallow groundwater accounted for 2627% in the NanyangXiangyang basin；the Ⅳ type shallow groundwater accounted for 4322%，and the Ⅴ type shallow groundwater accounted for 3051%The primary indices affected by geological forces and the secondary indices affected by human activities jointly influenced the groundwater quality of NanyangXiangyang basinHuman living and production，oil extraction，and mining activities were the main factors affecting the quality of groundwater in the areaIn this study，the main factors influencing the quality of groundwater were identified through the calculation of ″single index′s contribution rate to ⅥⅤ type groundwater" and "human activities influence degree"The single index with the largest contribution rate to ⅥⅤ type groundwater was nitrate，which contributed 5632%It was followed by total hardness，iron，and manganeseThe human activities influence degree to the shallow groundwater in NanyangXiangyang basin was 5487%，and the main impact index was the "three nitrogens"

Key words：groundwater；quality evaluation；human activities influence degree；contribution rate；NanyangXiangyang basin

地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)是根據(jù)地下水中的主要物質(zhì)成份和給定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)水化學(xué)資料和水質(zhì)時(shí)空分布狀況進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)出區(qū)域地下水體的質(zhì)量狀況。在《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 14848-93）中，將地下水質(zhì)量劃分為五類[1]。其中Ⅰ、Ⅱ類地下水化學(xué)組分含量較低，適用于各種用途，Ⅲ類水以生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)為限值，適用于集中供水水源及工農(nóng)業(yè)用水，Ⅳ、Ⅴ類水已超出生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不宜直接飲用。第15卷 總第93期·南水北調(diào)與水利科技·2017年12月

田夏等·南襄盆地淺層地下水質(zhì)量影響因子解析

國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者提出了多種水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法和模型，如單因子指數(shù)法、綜合指數(shù)法、灰色聚類法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等，有學(xué)者對(duì)這些評(píng)價(jià)方法做了綜合對(duì)比，并進(jìn)行了改進(jìn)應(yīng)用[26]。這些評(píng)價(jià)方法多集中于數(shù)學(xué)手段的改善，沒(méi)有注重評(píng)價(jià)結(jié)果的物理意義，并主要以無(wú)機(jī)指標(biāo)作為地下水質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，較少考慮地下水的痕量重金屬與有機(jī)指標(biāo)，而這些指標(biāo)在部分地區(qū)已對(duì)地下水水質(zhì)造成影響[710]，并對(duì)人體健康帶來(lái)了一定的危害[1113]。此外，地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果是眾多指標(biāo)共同作用的體現(xiàn)，如在地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)中選用“三氮”、毒性重金屬和有機(jī)指標(biāo)時(shí)，其結(jié)果則會(huì)反映人類活動(dòng)影響的地下水質(zhì)量。

本研究依托于國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目，以南襄盆地為研究區(qū)，開(kāi)展地下水質(zhì)量調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是主要的人類活動(dòng)，采礦和采油工程零星分布。地下水埋深較淺，幾米至十余米，是生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重要供水水源，其地下水質(zhì)量的好壞將直接影響區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民的日常生活。本研究采用更為科學(xué)的評(píng)價(jià)方法對(duì)該區(qū)淺層地下水質(zhì)量做出評(píng)價(jià)，分析地下水質(zhì)量影響指標(biāo)，為南襄盆地地下水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用與管理提供科學(xué)依據(jù)。endprint

1南襄盆地概況

南襄盆地位于河南省西南部和湖北省的西北部，包括南陽(yáng)市和襄陽(yáng)市。南襄盆地由湍河、白河、唐河和漢江沖積形成，地貌類型為崗地和平原；東西長(zhǎng)約177 km，南北寬約134 km，面積17 120 km2；屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫151 ℃，多年平均降水量6781～9678 mm；屬于長(zhǎng)江流域，該區(qū)水系發(fā)育，地表水與地下水聯(lián)系密切[14]。

南襄盆地地下水主要賦存于第四系松散孔隙層中[15]，第四系全新統(tǒng)（Q4）、上更新統(tǒng)（Q3）、中更新統(tǒng)（Q2）含水層以細(xì)砂、中砂及粉砂為主，儲(chǔ)存淺層水，為淺層含水組；第四系下更新統(tǒng)（Q1）含水層以砂礫石、泥質(zhì)砂礫石為主，儲(chǔ)存中深層水，為中深層含水組。降水入滲、渠系滲漏及河水側(cè)滲為該區(qū)的主要補(bǔ)給來(lái)源；排泄方式有徑流、蒸發(fā)、開(kāi)采等，其中開(kāi)采排泄主要有工礦企業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、居民生活飲用等。

隨著城市規(guī)模擴(kuò)大和人口數(shù)量的快速增加，該區(qū)地下水已受到不同程度影響，自上世紀(jì)70年代起，南陽(yáng)市部分地區(qū)由于超采地下水便開(kāi)始出現(xiàn)地下水降落漏斗[16]，前人于20世紀(jì)90年代、2005年、2013年分別對(duì)南陽(yáng)市或南陽(yáng)盆地進(jìn)行了地下水質(zhì)量及污染評(píng)價(jià)，結(jié)果表明在人口、工業(yè)密集的地區(qū)，地表水及淺層地下水污染較重，水質(zhì)較差，影響該區(qū)地下水質(zhì)量的主要指標(biāo)為總硬度、溶解性總固體與硝酸鹽等[1721]。

2取樣測(cè)試與評(píng)價(jià)方法

21樣品采集與測(cè)試

2014年6月-9月在南襄盆地進(jìn)行地下水質(zhì)量及污染調(diào)查，按照《地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》的采樣要求，山區(qū)和丘陵區(qū)按05～1組100 km2取樣，平原地區(qū)按3～4組100 km2取樣[22]，利用現(xiàn)有供水井為采樣井，共采集淺層地下水樣品118組（圖1）。樣品測(cè)試項(xiàng)目包括現(xiàn)場(chǎng)理化性質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)、無(wú)機(jī)檢測(cè)指標(biāo)和有機(jī)檢測(cè)指標(biāo)三類，共計(jì)85項(xiàng)。由具有國(guó)家CMA計(jì)量認(rèn)證的國(guó)土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行分析檢測(cè)。有機(jī)指標(biāo)主要采用氣相色譜質(zhì)譜法（GCMS）進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為EPA8270、EPA8260；無(wú)機(jī)測(cè)試指標(biāo)主要采用ICP電感耦合等離子體光譜法、比色法、分光光度法、原子熒光法、容量法、滴定法等分析方法進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為DZT 0064-1993。

22地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了使地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果具有物理意義，應(yīng)用單指標(biāo)評(píng)價(jià)與綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，具體如下：?jiǎn)沃笜?biāo)評(píng)價(jià)是依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GBT1484893）中各參評(píng)指標(biāo)級(jí)別限值，對(duì)地下水樣品各測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，指標(biāo)限值相同而地下水質(zhì)量類別不同時(shí)，按照從優(yōu)不從劣的原則進(jìn)行評(píng)定[1]。綜合評(píng)價(jià)是在單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的最高類別確定為該組樣品地下水質(zhì)量分級(jí)，并指出最高類別的評(píng)價(jià)指標(biāo)[23]。評(píng)價(jià)指標(biāo)包含一般化學(xué)指標(biāo)12項(xiàng)，無(wú)機(jī)毒理指標(biāo)5項(xiàng)，毒性重金屬指標(biāo)5項(xiàng)，揮發(fā)性有機(jī)指標(biāo)21項(xiàng)，半揮發(fā)性有機(jī)指標(biāo)5項(xiàng)，共計(jì)48項(xiàng)。

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：Ⅱ至Ⅲ類地下水點(diǎn)占總?cè)狱c(diǎn)的2627%，Ⅳ類地下水占4322%，Ⅴ類占3051%（圖2）。南襄盆地淺層地下水無(wú)Ⅰ類水，Ⅱ至Ⅲ類地下水主要分布在盆地北部、西北部及中部河谷地帶，屬于白河、湍河、唐河的一、二級(jí)階地，水系發(fā)育，支流眾多；含水層厚度較大，地下水與河水存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系和季節(jié)性的互補(bǔ)關(guān)系，地下水徑流條件較好，人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染指標(biāo)易于降解，故水質(zhì)較好。

Ⅳ、Ⅴ類地下水主要分布在南襄盆地西、西南部和東部。盆地西南部的山前崗地、丘陵區(qū)域地下水富水性差，單井涌水量小于10 m3d；地下水埋藏較淺，普遍在05～5 m之間；水動(dòng)力條件弱，人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染指標(biāo)易透過(guò)包氣帶進(jìn)入含水層，影響地下水質(zhì)量。人類工業(yè)活動(dòng)的影響區(qū)主要位于南襄盆地東部的唐河縣、泌陽(yáng)縣，在該區(qū)形成了地下水超Ⅲ類水富集區(qū)，該區(qū)域是南陽(yáng)油田與安棚堿礦的主要采礦區(qū)，在采礦生產(chǎn)過(guò)程中由于操作不規(guī)范或油管線老化及各種事故致使原油、采油廢水、廢液、添加劑等污染物灑落至地表，隨降雨入滲進(jìn)入包氣帶或地表徑流至地表河水，在入滲作用及河水與地下水交替互補(bǔ)的作用下，污染物進(jìn)入含水層，進(jìn)而對(duì)該區(qū)地下水質(zhì)量造成影響。安棚堿礦深部采礦過(guò)程中，由于長(zhǎng)期高壓注水溶采破壞了地層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致礦溶水與不同層位的含水層發(fā)生水力聯(lián)系，礦溶液沿導(dǎo)水通道上升污染該區(qū)淺層地下水。在該區(qū)的地下水樣品中，總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、鐵、鋁、錳超標(biāo)率較高，有機(jī)測(cè)試指標(biāo)1，2二氯苯檢出率較高，但未超標(biāo)。個(gè)別采樣點(diǎn)總硬度與溶解性總固體達(dá)到了2 2905 mgL、3 57120 mgL，分別是地下水Ⅲ類水限值的509倍和357倍；硫酸鹽與氯化物也高達(dá)1 79488 mgL、47787 mgL，分別是地下水Ⅲ類水限值的718倍和191倍。

3結(jié)果與討論

按上述方法評(píng)價(jià)出的地下水質(zhì)量，不能反映出影響地下水質(zhì)量的具體指標(biāo)，進(jìn)而不能得出地下水質(zhì)量的毒性程度及具體的化學(xué)物質(zhì)的來(lái)源。因此本研究通過(guò)“單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率”和“人類活動(dòng)影響度”的計(jì)算，來(lái)識(shí)別影響地下水質(zhì)量的主要因素?！叭祟惢顒?dòng)影響度”是在難以科學(xué)合理獲取背景值的條件下初步判定人類活動(dòng)影響的方法，可用于各種地區(qū)和不同時(shí)間段，能夠量化地下水質(zhì)量受人類活動(dòng)影響的程度，該方法能更明確地指導(dǎo)管理者識(shí)別地下水環(huán)境問(wèn)題。

31單指標(biāo)貢獻(xiàn)率

“單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率（C單）”定義為某指標(biāo)超Ⅲ類水個(gè)數(shù)（N單）與總超Ⅲ類水個(gè)數(shù)（N總）之比計(jì)算，公式如下：

C單=[SX（]N單[]N總×100%（1）

單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率最大的指標(biāo)為硝酸鹽，達(dá)5632%，其次為總硬度、鐵、錳、亞硝酸鹽、溶解性總固體，分別為4368%、3908%、2874%、2414%、1954%。氯化物、硫酸鹽、碘化物、鈉、鉛、氟化物、銨氮的貢獻(xiàn)率在2%～12%之間，有機(jī)污染指標(biāo)對(duì)超Ⅲ類水無(wú)貢獻(xiàn)（圖3）。硝酸鹽、亞硝酸鹽對(duì)南襄盆地淺層超Ⅲ類地下水的貢獻(xiàn)率較高，而地下水中“三氮”是人類活動(dòng)影響的重要標(biāo)志，說(shuō)明本區(qū)淺層地下水受人類活動(dòng)影響已較為明顯；鐵、錳指標(biāo)主要受天然地質(zhì)背景控制，與該地區(qū)的原生水文地質(zhì)條件有關(guān)，受人類活動(dòng)影響較小；總硬度、溶解性總固體、氯化物等指標(biāo)受天然地質(zhì)背景控制和人類活動(dòng)影響的共同作用，對(duì)該區(qū)地下水質(zhì)量造成一定影響。endprint

32人類活動(dòng)影響度

為進(jìn)一步剖析地下水質(zhì)量中人類活動(dòng)的后果，本研究引入了“人類活動(dòng)影響度”的評(píng)價(jià)理念，思路如下：地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)中的“三氮”（硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨氮）、重金屬（鎘、六價(jià)鉻、鉛、汞）和有機(jī)指標(biāo)主要是由人類農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)活動(dòng)而產(chǎn)生，這些指標(biāo)毒性強(qiáng)、危害大，本研究將這三類劃定為受人活動(dòng)影響的次生指標(biāo)，以此計(jì)算人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)淺層地下水質(zhì)量造成的影響。其他一般化學(xué)指標(biāo)（pH值、鐵、錳、銅、鋅、鈉、硫酸鹽）和無(wú)機(jī)毒理指標(biāo)（碘化物、氟化物、硒）多是由地質(zhì)背景控制，受人類活動(dòng)影響較小，將其定為地質(zhì)背景原生指標(biāo)。并據(jù)此定義人類活動(dòng)影響度（I人類）為：次生指標(biāo)超Ⅲ類水個(gè)數(shù)與總指標(biāo)超Ⅲ類水個(gè)數(shù)之比，公式為：

I人類=[SX（]N次生[]N原+N次生×100%（2）

式中：I人類為人類活動(dòng)影響度；

N次生為次生指標(biāo)超Ⅲ類水個(gè)數(shù)；N原為原生指標(biāo)超Ⅲ類水個(gè)數(shù)。

淺層地下水超Ⅲ類水原生指標(biāo)個(gè)數(shù)為51個(gè)，次生指標(biāo)個(gè)數(shù)為62個(gè)，主要影響指標(biāo)為“三氮”，人類活動(dòng)影響度為5487%。由此可以看出，南襄盆地淺層地下水質(zhì)量受地質(zhì)營(yíng)力作用產(chǎn)生的原生指標(biāo)和人類活動(dòng)影響的次生指標(biāo)的共同作用。

4結(jié)論

（1）地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，南襄盆地淺層地下水質(zhì)量受地質(zhì)營(yíng)力作用產(chǎn)生的原生指標(biāo)和人類活動(dòng)影響的次生指標(biāo)的共同作用。人類生活生產(chǎn)、采油采礦活動(dòng)是影響該地區(qū)地下水質(zhì)量的主要因素。

（2）南襄盆地Ⅱ至Ⅲ類淺層地下水占2627%，Ⅳ類地下水4322%，Ⅴ類地下水3051%；Ⅱ～Ⅲ類地下水主要分布在河谷地帶，Ⅳ、Ⅴ類地下水多在崗地、丘陵地帶及工礦業(yè)集聚區(qū)。

（3）南襄盆地單指標(biāo)超Ⅲ類水貢獻(xiàn)率最大的為硝酸鹽，達(dá)5632%，其次為總硬度、鐵、錳等指標(biāo)；淺層地下水人類活動(dòng)影響度為5487%，主要影響指標(biāo)為“三氮”。

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[18]甄習(xí)春南陽(yáng)市水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題淺議[J]河南地質(zhì)，2000（4）：297301（ZHEN X CA discussion on the sustainable development and utilization problems of water resources in Nanyang city[J]Henan Geology，2000（4）：297301（in Chinese））

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[20]陳朝陽(yáng)南陽(yáng)市地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)與達(dá)標(biāo)分析[J]河南水利與南水北調(diào)，2013（14）：1112（CHEN Z YGroundwater quality assessment and compliance analysis in Nanyang City[J]Henan Water Resources & SouthtoNorth Water Diversion，2013（14）：1112（in Chinese））

[21]蘇養(yǎng)平，姬萬(wàn)里，王德明，等灰色聚類法在南陽(yáng)市地下水污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，1991，13（4）：5965（SU Y P，JI W L，WANG D M，et alApplication of the grey cluster analysis method to evaluation of pollution status of groundwater in Nanyang[J]Journal of Earth Sciences and Environment，1991，13（4）：5965（in Chinese））

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[23]費(fèi)宇紅，張兆吉，郭春艷，等區(qū)域地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)及影響因素識(shí)別方法研究——以華北平原為例[J]地球?qū)W報(bào)，2014，35（2）：131138（FEI Y H，ZHANG Z J，GUO C Y，et alResearch on the method for evaluation and influence factors identification of regional groundwater quality：a case study of the North China Plain[J]Acta Geoscientica Sinica，2014，35（2）：131138（in Chinese））endprint