灌區(qū)地下水作為生活飲用水的適宜性演變規(guī)律分析

劉中培，張冬青，韓宇平，馮邵依，冷靜

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450046；2.“煤炭開采水資源保護與利用”國家重點實驗室，北京 100011；3.中國水利水電科學研究院，北京100038)

人民勝利渠灌區(qū)是一個大型引黃自流灌區(qū)，在建設初期主要以農業(yè)灌溉用水為主，用水模式比較單一，后期不斷發(fā)展，逐漸成為城鄉(xiāng)工業(yè)用水、生活用水、灌溉用水等多功能用水區(qū)域[1]。隨著灌區(qū)用水需求的變化以及地下水開采量的增加，為保障地下水資源合理開采利用和生活飲用水的安全性，研究該灌區(qū)地下水的生活飲用水的適宜性顯得尤其重要。

目前，已有國內外學者對地下水作為生活飲用水的適宜性進行了研究：PANASKAR B等(2016)在印度的Nanded Tehsil地區(qū)采用GIS空間分析和數(shù)理統(tǒng)計的方法，對地下水作為生活用水、灌溉用水、工業(yè)用水的適宜性進行了分析[2]；BOUDERBALA A等(2017)在阿爾及利亞北部的Low-Isse沖積平原對地下水作為生活用水和灌溉用水的適宜性進行了評估，利用水質指數(shù)(Water Quality Index,WQI)判斷地下水的飲用適宜性[3]；MOHAMMED A等(2020)對印度卡納塔克邦的Aland Taluk半干旱地區(qū)生活用水、灌溉用水的適宜性進行了評價，從各主要離子變化的角度分析了該地區(qū)地下水是否能作為生活飲用水[4]；王昭等(2009)在華北平原地下水水質測試結果的基礎上評價了該地下水水質狀況，對水中主要有機和無機組分在區(qū)域上的分布特征及可能來源進行了分析，給出了地下水飲用適宜性的評價意見[5]；康劍等(2015)采用單項組分和綜合評價等方法對蓋孜河擬選水源地地下水作為生活飲用水的適宜性進行了評價[6]；阿提卡木·阿布來提(2020)選用當前國內應用較為成熟的改進層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)方法、模糊數(shù)學方法、F值評價法和指標分類綜合法4種水質綜合評價方法，分析喀什地區(qū)地下水作為生活用水的適宜性[7]。這些已有研究主要是對地下水作為生活用水的適宜性進行研究，而對地下水作為生活用水適宜性演變過程的研究相對較少。因此，本文重點探討地下水作為生活飲用水方面的適宜性演變過程，從而為灌區(qū)地下水資源的合理利用提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

人民勝利渠灌區(qū)位于河南省新鄉(xiāng)市境內，東經113°31′～114°25′、北緯 35°0′～35°30′，灌區(qū)橫跨7縣1市。灌區(qū)主要發(fā)展農業(yè)，種植小麥、棉花、玉米、水稻、油菜、花生等農作物，播種總面積達226.13萬畝[8]。灌區(qū)內如新鄉(xiāng)、小冀等城鎮(zhèn)的工業(yè)和城市生活區(qū)比較集中，至2002年，這些區(qū)域的地下水供給量占總供給量的一半[9]。根據(jù)灌區(qū)含水層組的埋藏條件，可將研究區(qū)含水層組劃分為淺層含水組、中深層含水組和深層含水組[1]；淺層含水組厚度從南到北逐漸變薄，底板埋深為40～60 m，含水介質主要是粗砂、中砂和粉細砂。灌區(qū)地下水流向和地面坡向一致，從西南流向東北方向[2]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

圖1 2016年取樣點位置分布圖(圖中“人民灌區(qū)”指“人民勝利渠灌區(qū)”)

2.2 研究方法

對地下水作為生活飲用水適宜性的空間演變特征分析時，利用ArcGIS 10.2空間分析功能顯示出不同年份超標指標的空間分布，插值方法采用反距離插值法；對地下水作為生活飲用水適宜性的時間演變特征分析時，主要選取代表點分析所選取指標的年際變化規(guī)律。

3 結果與討論

3.1 地下水水化學成分特征

表1 研究區(qū)地下水水質指標豐、枯水期的描述統(tǒng)計與對比

3.2 主要離子及TDS對生活飲用水適宜性影響的空間演變

選擇1996年、2001年、2006年、2011年及2016年為代表年，分析在這5個代表年份，研究區(qū)的地下水作為生活飲用水的適宜性演變過程，各年份地下水指標超標個數(shù)的空間分布如圖2所示。

圖2 研究區(qū)各代表年地下水中超標指標個數(shù)的空間分布

由圖2可知：2011年以前，該區(qū)地下水水質超標指標個數(shù)分布具有空間相似性，超標區(qū)域主要集中在灌區(qū)偏西北區(qū)域，該區(qū)地下水不適宜作為生活飲用水，除個別水樣點外，研究區(qū)的西南及東部水質較好，該區(qū)地下水適宜作為生活飲用水；從1996年開始，西北部地區(qū)地下水水質超標區(qū)域開始向中部逐漸擴大，2001年、2006年、2011年該區(qū)地下水水質超標指標個數(shù)為3～4個和1～2個的區(qū)域均比1996年的明顯增加，說明該區(qū)地下水水質有惡化趨勢，總體呈現(xiàn)向越來越不適宜作為生活飲用水的方向發(fā)展；該區(qū)地下水水質超標范圍明顯擴大，水樣中超標指標個數(shù)明顯增加，說明該區(qū)地下水水質惡化趨勢明顯；地下水水質指標超標3～4個和1～2個的區(qū)域均呈條帶狀向兩側擴展，并且已擴展到研究區(qū)西南及東北邊界，地下水不適宜作為生活用水的區(qū)域面積約占一半以上。

3.3 主要離子及TDS對生活飲用水適宜性影響的時間演變

在地下水水質指標超標嚴重的北部地區(qū)和一般超標的中東部地區(qū)分別選取G08和G16取樣點(圖1)為典型觀測井，分析地下水作為生活飲用水適宜性的時間演變過程，地下水中7種主要離子及TDS的質量濃度年際變化分別如圖3和圖4所示。

圖4 G16采樣點水樣水化學指標的年際變化過程

圖3 G08采樣點水樣的水化學指標年際變化過程

3.4 其他指標對生活飲用水適宜性的影響

表2 2016年研究區(qū)地下水中其他指標超標點分布情況

1)研究區(qū)各取樣點水樣中的pH值均未出現(xiàn)超標現(xiàn)象，說明研究區(qū)地下水在酸堿度方面適于飲用。

2)2016年，除了取樣點G03、G04及G15水樣中的總硬度(TH)值未出現(xiàn)超標外，其他取樣點水樣中的均出現(xiàn)超標現(xiàn)象。結合圖1和圖2，地下水中TH值未超標的區(qū)域主要分布于研究區(qū)南部和東部，而且南部除了取樣點G03、G04外，大部分取樣點水樣中的TH值出現(xiàn)了超標現(xiàn)象，說明研究區(qū)大部分地區(qū)地下水不適宜作為生活飲用水。

3)CODMn的質量濃度僅在G01、G11、G16及G18取樣點水樣中出現(xiàn)超標現(xiàn)象。

總體來看，研究區(qū)地下水作為生活飲用水的適宜性受到其他離子質量濃度的影響，在綜合考慮多個指標時，研究區(qū)除G03、G04及G15取樣點外，其他地區(qū)地下水不適宜作為飲用水。

4 結論

1)從1996年到2016年，研究區(qū)地下水水質超標范圍明顯擴大，水樣中超標指標個數(shù)明顯增加，地下水水質惡化趨勢明顯，總體呈現(xiàn)向越來越不適宜作為生活飲用水的方向發(fā)展，至2016年，地下水水質超標區(qū)域呈條帶狀向兩側擴展至西南及東北邊界，地下水不適宜作為生活飲用水的區(qū)域面積約占一半以上。

3)研究區(qū)水質指標超標區(qū)域基本為多指標復合超標，而非單指標超標。