大連市地表水化學特征分析

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

大連市是遼寧省重要的沿海港口城市，西北瀕臨渤海，東南面向黃海，海岸線長2211km，占遼寧省海岸線總長度的65%。全市面積12574km2，陸地以山地丘陵為主，主要為千山山脈之延伸部分，絕大多數(shù)山地經(jīng)長期風化和侵蝕形成低而緩的丘陵[1]。大連地區(qū)巖溶地形較多，以石灰?guī)r為主。

大連市獨特的自然地理條件使得區(qū)域河流以獨流入海為主，流域集水面積較小，地表徑流具有季節(jié)性，水文單元較為封閉，水資源利用率低、開發(fā)難度大[2]。近年來，大連地區(qū)持續(xù)干旱少雨，地表水資源未得到充分補給，加之人類活動對水體造成的污染逐年加重，亟需全面系統(tǒng)地掌握大連市天然水體化學特征情況。為此，遼寧省大連水文局開展了第三次水資源調(diào)查評價，依據(jù)《全國水資源調(diào)查評價技術(shù)細則》和相關(guān)標準及要求，對大連市25條主要河流44個地表水監(jiān)測斷面的天然水化學指標進行了全面的監(jiān)測，監(jiān)測范圍基本覆蓋了大連市境內(nèi)的干流、主要支流、重要飲用水源地和水庫[3]。

1 水化學特征評價項目與方法

1.1 分析評價項目

根據(jù)大連市2016年水化學監(jiān)測資料及水化學地區(qū)分布特點，選擇礦化度、總硬度、鉀、鈉、鈣、鎂、重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽作為分析大連市河流水化學成分時空分布規(guī)律的主要指標。

1.2 評價方法

分別采用總硬度、礦化度和阿列金分類法進行評價。評價時采用年均值作為該項目的代表值。

1.2.1 礦化度和總硬度

礦化度是天然水化學成分測定的重要指標，能夠直接反映天然水體中溶解性無機礦物質(zhì)的含量總和?？傆捕韧ǔＪ且运锈}、鎂含量的總和來表示。礦化度、總硬度是反映河流水化學特征的重要指標。低礦化度的水適于人類生產(chǎn)生活使用，當天然水體中礦化度含量高于1000mg/L時，屬于高礦化度，不宜使用。人類生產(chǎn)生活用水對總硬度也有要求，一般生產(chǎn)用水選擇低硬度水，生活用水的總硬度需適度，鄭瑾[4]將總硬度低于140mg/L分類為軟水，高于140mg/L定義為硬水。各種用途用水對礦化度和總硬度均有相應的要求，本次評價采用《中國水資源評價》中的礦化度、總硬度評價標準[5]，詳見表1。

表1 河水礦化度、總硬度級別指標和評價

1.2.2 阿列金分類法

表2 地表水化學阿列金分類

在天然水中，C類Ⅰ型水的礦化度、總硬度小，水質(zhì)良好；S類水的礦化度一般為500～1000mg/L，總硬度大，水質(zhì)差；Cl類水的礦化度更高，水質(zhì)更差，屬咸水甚至鹽水。

2 地表水化學特征的地區(qū)分布規(guī)律

2.1 河水礦化度分布

大連市25條大、中、小主要河流礦化度評價結(jié)果為：湖里河流域、英那河流域以及北大河評價結(jié)果均為三級；莊河流域評價斷面4個，三級和四級各占50.0%；大沙河流域評價斷面5個，四級和五級各占40.0%，六級斷面占20.0%；復州河流域評價斷面7個，其中三級和四級斷面各占28.6%，四級占14.3%，六級占28.5%；馬欄河和長山河評價結(jié)果為五級和六級斷面各占50.0%；登沙河、嵐崮河、青云河以及牧城河評價結(jié)果為六級；吊橋河四級和五級斷面各占50.0%；其余11條河流評價結(jié)果均為五級，詳見圖1。

圖1 大連市主要河流礦化度不同評價等級占比

大連市2016年礦化度分布見圖2。從圖2中可知，大連地區(qū)礦化度值由東北部的莊河向西南地區(qū)的旅順呈增加趨勢，最低礦化度出現(xiàn)在碧流河流域的碧流河水庫斷面，最低值為19.3mg/L，最高礦化度出現(xiàn)在登沙河斷面，最高值為728.3mg/L。大連市降水特點是自西南沿海地區(qū)向東北部山區(qū)逐步增加，徑流量也呈現(xiàn)相應的增加趨勢，而水體礦化度的分布則出現(xiàn)與降水、徑流相反的分布趨勢。

圖2 大連市河流2016年礦化度分布

大連市各級礦化度分布面積及其占全市面積的比例見表3。由表3可知，全市河流水體中礦化度分布分為四部分。第一部分礦化度分布小于50mg/L，評價等級為一級，屬于極低礦化度水，占大連市總面積的0.35%，主要分布在碧流河水庫庫區(qū)；第二部分礦化度分布在100～300mg/L，評價等級為三、四級，屬于低礦化度水，占大連市總面積的41.55%，主要分布在碧流河流域以東莊河市以及碧流河流域以西、大沙河流域劉大水庫斷面上游以及復州河流域松樹水庫斷面上游之間的區(qū)域；第三部分礦化度分布在300～500mg/L，評價等級為五級，屬于中等礦化度水，占大連市總面積的39.19%；第四部分礦化度大于500mg/L，評價等級為六級，屬于較高等礦化度水，占大連市總面積的18.91%，主要分布在大連市中部地區(qū)、旅順口區(qū)以及甘井子區(qū)西北部沿海區(qū)域。

表3 大連市河流各級別礦化度分布面積及其占全市面積的比例

2.2 河流總硬度分布

2016年大連市總硬度評價斷面共44個，其中評價結(jié)果優(yōu)于四級的斷面0個；四級斷面3個，占評價總斷面的6.8%，總硬度為55～85mg/L；五級斷面14個，占評價總斷面的31.8%，總硬度為85～170mg/L；六級17個，占評價總斷面的38.6%，總硬度為170～250mg/L；七級斷面10個，占評價總斷面的22.8%，總硬度大于250mg/L。

大連市25條大、中、小主要河流總硬度評價結(jié)果為：湖里河流域四級和五級各占50%；英那河流域全域評價結(jié)果為四級；莊河和北大河流域評價結(jié)果均為五級；大沙河流域評價斷面5個，五級斷面占60%，六級和七級各占20%；復州河流域評價斷面7個，其中五級斷面占57.1%，六級斷面占42.9%；馬欄河、長山河和嵐崮河評價結(jié)果為六級和七級斷面各占50%；登沙河、青云河、凌水河、龍王塘河、三十里河以及小孤山河6條河流評價結(jié)果為七級；吊橋河五級和六級斷面各占50%；其余9條河流評價結(jié)果均為六級，詳見圖3。

圖3 大連市主要河流總硬度不同評價等級占比

地表水的總硬度與礦化度關(guān)系較為密切，一般隨著總硬度增高，礦化度也增大。從圖4中可以看出，大連市河流總硬度與礦化度有著相近的地區(qū)分布規(guī)律?？傆捕瓤傮w上由東北部莊河向西南部的旅順呈增加趨勢。最低總硬度出現(xiàn)在英那河流域的英那河水庫斷面，為68.7mg/L，最高總硬度出現(xiàn)在元臺大橋斷面，為372.0mg/L。

大連市各級總硬度分布面積及其占全市面積的比例見表4。由表4可知，大連市河流水體中總硬度分布也分為四部分。第一部分評價等級為四級，屬于軟水，面積占全市總面積的2.08%，主要分布在英那河水庫流域；第二部分評價等級為五級，屬于適度硬水，面積為5746.30km2，占大連市總面積的45.70%，主要分布在大沙河流域劉大水庫斷面上游、復州河流域松樹水庫斷面上游區(qū)域以及碧流河流域以東莊河市；第三部分評價等級為六級，屬于硬水，面積為4434.40km2，占大連市總面積的35.27%；第四部分評價等級為七級，屬于極硬水，占大連市總面積的16.94%，主要分布在大連市中部地區(qū)、旅順口區(qū)、高新園區(qū)以及甘井子區(qū)西南部。

圖4 大連市河流2016年總硬度分布

表4 大連市河流各級別總硬度分布面積及其占全市面積的比例

2.3 地表水水化學類型分布

以陰離子分類來看：大連市地表水水化學類型主要是以重碳酸鹽類為主，占評價斷面的72.72%；其次是氯化物類，主要分布在金普新區(qū)、旅順口區(qū)以及瓦房店西部沿海地區(qū)等大連市海水入侵比較嚴重的區(qū)域，占評價總斷面的15.91%；硫酸鹽類占比最小，占大連市評價總斷面的11.37%。

以陽離子分組來看：大連市地表水化學類型絕大部分為鈣組，占評價總斷面的84.10%；其次為鈉組，占評價總斷面的9.08%；再次為鎂組，占比6.82%。全市沒有發(fā)現(xiàn)Ⅰ型和Ⅳ型水，其中絕大多數(shù)為Ⅲ型水，占評價總斷面的86.36%，Ⅱ型水僅占13.64%。大連市各類型的水所占比例及各主要河流水化學類型詳見表5。

表5 大連市地表水化學類型統(tǒng)計結(jié)果

3 結(jié) 語

隨著人類活動對水環(huán)境影響的不斷加深以及國家實施最嚴格的水資源管理制度的要求，全面監(jiān)測評價地表水化學特征顯得日益重要和迫切。在大連市第三次水資源評價時，對全市主要河流天然水化學成分進行了大規(guī)模的監(jiān)測，本文對大連市地表水化學特征進行了評價研究，結(jié)果表明：大連市礦化度評價等級多以五級和優(yōu)于五級為主，屬于低中等礦化度水；總硬度評價等級以六級和劣于六級較多，屬于硬水和極硬水。通過對水化學類型進行分析發(fā)現(xiàn)，地表水的硬度主要由鈣鹽引起。地表水中的各種離子，主要來源于降水、巖石風化和土壤溶解。大連市地質(zhì)構(gòu)造為千山山脈之延伸部分，多山地和丘陵，巖溶地形隨處可見并以石灰?guī)r為主。石灰?guī)r經(jīng)風化和化學淋溶作用將巖石內(nèi)的鈣元素溶于水中，通過地表或地下徑流等形式最終遷移至水體中，成為大連市地表水化學成分中鈣鹽的主要來源。通過對大連市水化學特征進行研究，可為大連市的環(huán)境決策提供有效的信息，對于水環(huán)境保護和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。