新鄉(xiāng)市地表天然水化學(xué)特征分析與評價(jià)

王宇,陳莉,蔡二儉

(1.河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南 新鄉(xiāng) 453002;2.河南省水文水資源局，河南 鄭州 450003;3.河南省周口水文水資源勘測局，河南 周口466000)

0 前言

天然水化學(xué)特征是指未受人類活動(dòng)污染的各類水體在自然界水循環(huán)中形成的化學(xué)特性。其化學(xué)特性由溶解和分散在大氣中的離子、分子、膠體物質(zhì)及懸浮固體成分、微生物和這些物質(zhì)的含量決定。天然水中主要離子為Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-，占天然水離子總量的99%。天然水水質(zhì)是水資源評價(jià)的重要內(nèi)容。通過對地表水天然水化學(xué)特征分析與評價(jià)，掌握地表水化學(xué)特征及其時(shí)空分布規(guī)律，從而可為水資源保護(hù)提供更好的依據(jù)。

1 區(qū)域概況

新鄉(xiāng)市地處河南省北部，南臨黃河，與省會(huì)鄭州、古都開封隔河相望；北依太行，與鶴壁、安陽毗鄰；西連煤城焦作，與晉東南接壤；東接油城濮陽，與魯西相連。新鄉(xiāng)市現(xiàn)轄兩市(輝縣市、衛(wèi)輝市)、六縣〔新鄉(xiāng)縣、獲嘉縣、原陽縣、延津縣、封丘縣、長垣市(河南省直管縣)〕、四區(qū)(衛(wèi)濱區(qū)、紅旗區(qū)、牧野區(qū)、鳳泉區(qū))以及兩個(gè)國家級開發(fā)區(qū)(新鄉(xiāng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和新鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū))、一個(gè)全省城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)(平原城鄉(xiāng)一體化示范區(qū))。新鄉(xiāng)市地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°23′～114°59′，北緯34°53′～35°50′。河流分屬于黃河、海河兩大流域。行政區(qū)總面積7 198 km2，平原占總面積的78%，為黃河沖積平原和太行山東南麓山前傾斜平原；山丘區(qū)占總面積的22%，屬太行山脈南端。山地以低山為主，間有山間盆地。

新鄉(xiāng)市按流域劃分屬海河流域和黃河流域，參與水功能區(qū)劃的河流共18條，分別是衛(wèi)河、滄河、百泉河、大沙河、大獅澇河、東孟姜女河、西孟姜女河、共產(chǎn)主義渠、淇河、人民勝利渠、石門河、峪河、黃河、黃莊河、柳青河、天然文巖渠、文巖渠、天然渠等。

2 分析與評價(jià)

2.1 評價(jià)基本要求

2.1.1 評價(jià)范圍

評價(jià)對新鄉(xiāng)市重要水功能區(qū)的39個(gè)測站進(jìn)行了水化學(xué)項(xiàng)目補(bǔ)充監(jiān)測，其中，海河流域24個(gè)，黃河流域15個(gè)；主要河流有衛(wèi)河、滄河、百泉河、大沙河、大獅澇河、東孟姜女河、西孟姜女河、共產(chǎn)主義渠、淇河、人民勝利渠、石門河、峪河、黃河、黃莊河、柳青河、天然文巖渠、文巖渠、天然渠及黃河干流等19條河流；主要涉及行政區(qū)域包括牧野區(qū)、紅旗區(qū)、衛(wèi)濱區(qū)、鳳泉區(qū)、新鄉(xiāng)縣、衛(wèi)輝市、輝縣市、獲嘉縣、原陽縣、延津縣、封丘縣和長垣市等12個(gè)縣級行政區(qū)。

水化學(xué)分析選擇水質(zhì)站點(diǎn)共8個(gè)，分別為開封大橋、高村、淇門、飲馬口、六店村107國道公路橋上、107公路橋、西孟入口和衛(wèi)輝市倪灣鄉(xiāng)洪莊。其中，黃河流域2個(gè)，所在河流為黃河干流，所分布行政區(qū)域均為封丘縣；海河流域6個(gè)，所在河流為衛(wèi)河和共產(chǎn)主義渠，所分布行政區(qū)域?yàn)樾l(wèi)輝市、新鄉(xiāng)縣、牧野區(qū)和衛(wèi)濱區(qū)。

水化學(xué)分析選擇8個(gè)水質(zhì)站點(diǎn)，占水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)總數(shù)的20.50%。主要分布在黃河流域的北部、海河流域的西部和東部等水化學(xué)特征受人類活動(dòng)影響相對較小的區(qū)域。其余水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)主要為城鎮(zhèn)站或接近城鎮(zhèn)的站點(diǎn)，水化學(xué)特征受人類活動(dòng)影響較大。

流域地表水水質(zhì)測站具體情況見表1。

表1 流域地表水水質(zhì)測站情況表

2.1.2 評價(jià)項(xiàng)目

地表水天然水化學(xué)特征評價(jià)項(xiàng)目為礦化度、總硬度、鉀、鈉、鈣、鎂、重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽10項(xiàng)。

2.1.3 評價(jià)內(nèi)容和方法

①總硬度和礦化度分布；②采用阿列金分類法劃分的水化學(xué)類型。

2.2 水化學(xué)特征分析

水化學(xué)特征分析主要對地表水礦化度和總硬度進(jìn)行分級評價(jià)，同時(shí)依據(jù)水化學(xué)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定其水化學(xué)類型。地表水礦化度和總硬度分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 地表水礦化度和總硬度分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 地表水礦化度

根據(jù)海河流域6個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)，礦化度變幅在706～2 123 mg/L之間，分布情況是：衛(wèi)河飲馬口測站礦化度較低、衛(wèi)河衛(wèi)輝市倪灣鄉(xiāng)洪莊站點(diǎn)礦化度較高、共產(chǎn)主義渠的六店村107國道公路橋測點(diǎn)礦化度較高。黃河流域2個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)，礦化度變幅在616～716 mg/L之間，分布情況是：開封大橋站點(diǎn)礦化度較低、高村站礦化度相對較高。統(tǒng)計(jì)計(jì)算水資源三級區(qū)礦化度平均值，其總的分布規(guī)律是海河流域大，黃河流域小。

海河流域漳衛(wèi)河平原區(qū)的礦化度偏大，平均值為1 315 mg/L。黃河流域花園口以下干流區(qū)間礦化度較小，平均值為666 mg/L。

2.2.2 地表水硬度

總硬度為碳酸鹽硬度與非碳酸鹽硬度的總和。河水總硬度隨礦化度的增加而增加，地區(qū)分布規(guī)律基本與礦化度相同。

海河流域6個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)顯示，總硬度值變幅在329～591 mg/L之間，平均總硬度值為452 mg/L。黃河流域2個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)，總硬度值變幅在304～308 mg/L之間，平均值為306 mg/L。海河流域硬度偏大重要受兩個(gè)方面的影響，一是漳衛(wèi)河平原區(qū)土質(zhì)中石灰成分較高，受底質(zhì)及沖刷匯入影響，大量鈣質(zhì)溶解于水中，河水硬度增大；二是漳衛(wèi)河平原區(qū)普遍地勢平坦，再疊加水利工程的影響，河流普遍流速緩慢，地表水與地下水互補(bǔ)交換較多，鈣質(zhì)溶解于水中機(jī)會(huì)較多。

2.2.3 地表水的化學(xué)類型

地表水中主要離子有K+、Na+、Ca2+、Mg+、Cl-、SO42-、HCO3-和CO32-八大離子。它們的總量又常接近河水的礦化度。采用阿列金分類法，按水體中陰陽離子的優(yōu)勢成分和陰陽離子間的比例關(guān)系確定水化學(xué)類型。

按照優(yōu)勢陽離子將地表水化學(xué)類型劃分為三類：重碳酸鹽水(HCO3-和CO32-)、硫酸鹽水和氯化物水。此次測量地表水化學(xué)類型結(jié)果為海河流域和黃河流域全部為SⅡNa型水。新鄉(xiāng)市地表水水化學(xué)監(jiān)測參數(shù)見表3。

表3 新鄉(xiāng)市地表水水質(zhì)測站水化學(xué)參數(shù)表

綜上所述，通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算水資源三級區(qū)礦化度平均值，地表水礦化度總的分布規(guī)律是海河流域大，黃河流域小。海河流域地表水礦化度偏大的原因主要是新鄉(xiāng)市所轄海河流域內(nèi)人口密度較大，工業(yè)較發(fā)達(dá)，污染比較嚴(yán)重，受人類活動(dòng)影響較大；該區(qū)域多年平均降雨量只有640.70 mm降水較少，天然水徑流量也較小。海河流域硬度偏大，主要原因是漳衛(wèi)河平原區(qū)土質(zhì)中石灰成分較高，通過天然徑流匯入，河水硬度增大；地表水與地下水互補(bǔ)交換較多，鈣質(zhì)溶解于水中機(jī)會(huì)較多。采用阿列金分類法確定海河流域和黃河流域全部為SⅡNa型水。

2.3 與二次調(diào)查評價(jià)成果對比分析

礦化度與新鄉(xiāng)市第二次水資源調(diào)查評價(jià)相比，地表水水質(zhì)測站的測量地點(diǎn)發(fā)生了改變，本次測量地表水礦化度較第二次調(diào)查的數(shù)值偏低，變幅也較小。

硬度與新鄉(xiāng)市第二次水資源調(diào)查評價(jià)相比，地表水水質(zhì)測站的測量地點(diǎn)發(fā)生了改變，本次測量地表水硬度較第二次調(diào)查的數(shù)值偏低，變幅較小。

水化學(xué)類型與新鄉(xiāng)市第二次水資源調(diào)查評價(jià)相比，地表水水質(zhì)測站的測量地點(diǎn)發(fā)生了改變，相比較于第二次調(diào)查結(jié)果：海河流域以重碳酸鹽類和硫酸鹽類為主，為CⅡCa型、CⅢCa型和SⅡCa型、SⅡNa型；黃河流域全部為重碳酸鹽類，為CⅡCa型、CⅡNa型。本次測量地表水化學(xué)類型結(jié)果為海河流域和黃河流域全部為SⅡNa型水，水化學(xué)類型減少了。

3 結(jié)論

海河流域漳衛(wèi)河平原區(qū)的礦化度偏大，平均值為1 315 mg/L。黃河流域花園口以下干流區(qū)間礦化度較小，平均值為666 mg/L。

根據(jù)海河流域6個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)，總硬度值變幅在329～591 mg/L之間，平均總硬度值為452 mg/L。黃河流域2個(gè)代表站資料統(tǒng)計(jì)，總硬度值變幅在304～308 mg/L之間，平均值為306 mg/L。

水的化學(xué)組分也相應(yīng)變化。當(dāng)?shù)V化度超過300 mg/L時(shí)，水化學(xué)類型就由原來的重碳酸鹽鈣組變化成重碳酸鹽鈉組，水型也由Ⅰ型過渡到Ⅱ型或Ⅲ型。

與新鄉(xiāng)市第二次水資源調(diào)查評價(jià)成果比較，此次選取的地表水水質(zhì)監(jiān)測站地點(diǎn)有所改變，但是水化學(xué)檢測方法未發(fā)生變化，檢測結(jié)果中地表水礦化度與水硬度均有所下降。