淮北平原淺層地下水水質(zhì)評價研究

(1.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽 合肥 230001；2．合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230001)

1 淮北平原地下水監(jiān)測及水質(zhì)狀況

淮北平原位于安徽省北部，地處黃淮海平原南側(cè)，總面積約3.74萬 km2，地表水資源匱乏，地下水資源為主要供水水源，淮北平原地區(qū)地下水監(jiān)測工作始于上世紀(jì)七八十年代，主要通過地下水監(jiān)測井對區(qū)內(nèi)淺層、中深層及深層松散巖類孔隙水水位、水溫及水質(zhì)進(jìn)行長期連續(xù)性監(jiān)測。隨著淮北平原工業(yè)化、城市化水平不斷提高，環(huán)境問題正日趨嚴(yán)重，尤其地下水環(huán)境問題猶為突出。根據(jù)多年來淮北平原地下水監(jiān)測資料反映情況來看，目前淮北地區(qū)地下水水質(zhì)狀況多為Ⅳ類、Ⅴ類水，Ⅲ類及以上水分布較少。為了掌握地下水水質(zhì)情況，從源頭上控制下水污染，開展地下水監(jiān)測及水質(zhì)評價工作意義重大。

本次評價以2017年淮北平原枯水期取樣測試結(jié)果數(shù)據(jù)為依據(jù)，收集了99個淺層地下水監(jiān)測點水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行分析研究。

2 地下水水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)及方法

2.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-2017)及地調(diào)局統(tǒng)一頒布的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在水質(zhì)單指標(biāo)評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評價。

2.2 評價因子

參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，評價因子主要有25項，分別為總硬度、溶解性總固體、pH、Cl-、SO42-、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、揮發(fā)酚類、陰離子表面活性劑、COD、NH4+、Na、NO3-、NO2-、CN-、F-、Hg、As、Se、Pb、Cd、Cr6+。

2.3 單指標(biāo)質(zhì)量評價

對每一組樣品的各項指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量分級(表1)，不同類別指標(biāo)限值相同時，從優(yōu)不從劣，確定單組樣品所有指標(biāo)的質(zhì)量等級，如一組樣品的某項指標(biāo)Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)值均為0.02 mg/L，若水質(zhì)分析結(jié)果為0.02 mg/L，則該樣品這組指標(biāo)的單指標(biāo)質(zhì)量等級定為Ⅰ類。一般Ⅰ-Ⅲ類水為可飲用水、Ⅳ類水為經(jīng)適當(dāng)處理可飲用水、Ⅴ類水為不宜飲用水，在單指標(biāo)評價過程中，其含量超過Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)就認(rèn)為該指標(biāo)為超標(biāo)組分。

圖1 淮北平原淺層孔隙水枯水期單指標(biāo)質(zhì)量等級占比圖

2.4 地下水質(zhì)量綜合評價

參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-93)》要求采用綜合水質(zhì)指數(shù)法進(jìn)行地下水質(zhì)量綜合評價。具體步驟如下：

(1)首先進(jìn)行各單項組分評價，劃分組分所屬質(zhì)量類別。

(2)在對各單項組分評價劃分組分所屬質(zhì)量類別的基礎(chǔ)上，對各類別按下列規(guī)定分別確定單項組分評價分值Fi(表2)。

(3)按照下式計算綜合評價分值F。

(4)根據(jù)F值，按地下水質(zhì)量分級表劃分地下水質(zhì)量級別(表3)。

3 水質(zhì)評價結(jié)果及變化原因分析

3.1 水質(zhì)評價結(jié)果

單指標(biāo)評價結(jié)果如圖1所示，超標(biāo)組份有:Mn、Fe、總硬度、TDS、F-、NO3-，其超標(biāo)率分別為79.8%、41.4%、30.3%、30.3%、13.1%、9.1%。綜合評價結(jié)果： 9.1%為Ⅲ類水、70.7%為Ⅳ類水、20.2%為Ⅴ類水。(表4、圖2)。

表1 地下水單指標(biāo)質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)一覽表

表2 單項組分評價分值Fi表

表3 地下水質(zhì)量分級表

3.2 水質(zhì)退化原因分析

2017年淮北平原水質(zhì)退化的主要超標(biāo)指標(biāo)為Fe、Mn、F、NO2-、總硬度、TDS。分析其原因主要有：

3.2.1 Fe、Mn、F-

根據(jù)前人對我省淮北平原第四系地層的研究結(jié)果[1]，在晚更新世潁上組、黃口組及其以前的地層中，鐵、錳結(jié)核普遍存在，為該區(qū)域地下水中鐵、錳的來源之一。加之，含水層夾有淤泥質(zhì)亞粘土，使其處于強(qiáng)還原環(huán)境，有利于含鐵礦物的溶解。酸性條件、還原環(huán)境、HCO3-Ca為主的水化學(xué)類型、地下水的流動等都有利于鐵離子的富集。總之，本土母巖的溶濾及酸堿條件改變對鐵錳離子的激發(fā)，為我省淮北平原地下水中鐵錳異常的主要原因之一。

地下水中氟含量與含水介質(zhì)及其上覆土層的巖石性質(zhì)有著密切的內(nèi)在關(guān)系。地下水中控制F-濃度的邊界相礦物主要是螢石(CaF2)，故Ca2+的濃度對F-的濃度有重要影響。欲使F-含量保持在飲用水標(biāo)準(zhǔn)(1 mg/L)以下，Ca2+需要達(dá)到近400 mg/L的濃度?；幢逼皆瓬\層地下水中Ca2+濃度在300 mg/L以下，遠(yuǎn)低于400 mg/L的濃度。故而，在我省地下水中Fe、Mn、F-三項，屬原生異常。

表4 2017年淮北平原枯水期淺層孔隙水水質(zhì)評價結(jié)果表

圖2 2017年枯水期淮北平原淺層孔隙水質(zhì)量綜合評價圖

3.2.2 NO2-、總硬度、TDS

此4項指標(biāo)的變化既與原生背景有關(guān)，但更多的是與人為污染有關(guān)，且不同組份相互之間互相影響。這些組份在地下水中的變化，還要從區(qū)域地下水流動系統(tǒng)的類型、形成史、埋深及參與循環(huán)變化的情況說起，前人已對淮北平原進(jìn)行專門的研究[2]。淺層孔隙水埋深大致在50 m以淺，與大氣降水聯(lián)系密切，可直接接受大氣降水補(bǔ)給，與地表水具有成生聯(lián)系，并存在水量交換，容易遭受外界污染，參與現(xiàn)代水循環(huán)，對降水反映靈敏，地下水年齡不超過10 Ka，屬全新世補(bǔ)給。

NO2-是地下水中“三氮”形式之一，是一個相對不穩(wěn)定的氧化態(tài)氮，與NO3-、NH4+在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。在淺層地下水中，NH4+和NO2-都不穩(wěn)定，很容易轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-，故其含量很低。而地下水中硝酸鹽的來源主要包括生活污水、動物糞便、氮肥和土壤有機(jī)氮等，從NO2-與NO3-、NH4+的轉(zhuǎn)化過程可知，NO2-亦是反映地下水遭受人為污染的指標(biāo)之一?？梢岳斫鉃镹O2-指標(biāo)的變化是人為污染增加或者是長期以來污染物累積加之反硝化菌豐富的結(jié)果。

總硬度是指地下水中Ca2+、Mg2+離子的含量。研究證實總硬度與地下水質(zhì)各監(jiān)測指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性較好，總硬度的變化趨勢基本上可以代表地下水環(huán)境質(zhì)量演化的趨勢[3]，地下水中硬度升高主要是包氣帶礦物溶解和離子交換的結(jié)果[4]。污灌地區(qū)土壤中積累的大量次生易溶鹽；地下水中的Na+與粘土礦物中的可交換性Ca2+、Mg2+之間發(fā)生的離子交換反應(yīng)；氨氮的離子交換作用和硝化作用；溫度、壓力和pH條件變化時，特別是二氧化碳分壓的增加，加快含鈣、鎂難溶性礦物的風(fēng)化和溶解；地下水位的下降，造成水在包氣帶中溶淋時間延長及還原氧化環(huán)境的變化等都會加速礦物溶解，使地下水硬度升高[5,6]。

TDS指水中全部溶質(zhì)的總量，包括無機(jī)物和有機(jī)物兩者的含量。TDS值越高，表明水中含有的溶解物越多。地下水中TDS與電導(dǎo)率、總硬度、SO42-、Cl-、K++Na+、Mg2+、Ca2+顯著相關(guān)，與宏量陰離子SO42-、Cl-相關(guān)性明顯大于陽離子?；幢逼皆叵滤芙庑钥偣腆w空間變異性較氟離子小，其空間分布主要受水動力條件、降雨蒸發(fā)條件及水文地球化學(xué)作用控制。TDS值的多年演變特征既受到自然因素的影響，也受到人類活動的影響。降雨量和水位埋深決定的凈補(bǔ)給量是淺層TDS變化的重要影響因素[7]。

4 結(jié)語

(1)通過對淮北平原淺層地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測分析評價顯示，目前淮北平原淺層地下水水質(zhì)多以Ⅳ、Ⅴ類水分布，Ⅲ類以上水分布較少，總體上來講，淮北平原淺層地下水水質(zhì)狀況較差；

(2)淮北平原淺層地下水補(bǔ)給主要為地表水入滲補(bǔ)給，水質(zhì)狀況的好壞除因地層因素影響外還與地表污染物的分布情況有重要關(guān)系；

(3)淮北平原淺層地下水的利用，首先需要科學(xué)規(guī)劃，水源地及附近要對地表污染源進(jìn)行嚴(yán)格控制。其次要根據(jù)具體情況對地下水進(jìn)行處理，水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后方可使用。最后，要繼續(xù)加強(qiáng)淮北地區(qū)地下水資源的監(jiān)測工作，密切關(guān)注淮北平原地下水環(huán)境問題，為當(dāng)?shù)卦诮?jīng)濟(jì)建設(shè)中合理開發(fā)利用地下水資源提供一套極有參考價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確保取水、供水、用水安全，實現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。