遷安市灤河中下游西側(cè)礦區(qū)地下水水質(zhì)評價

孟雙雙，李玉鳳

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

地下水評價方法多種多樣。曹學(xué)江采用單項組分分析法劃分組分所屬質(zhì)量類別，進行地下水質(zhì)量評價，選取主要污染因子[1]。王艷艷采用因子分析法進行地下水水質(zhì)綜合評價，結(jié)合Arc GIS對污染的空間分布規(guī)律進行分析，識別出地下水污染的主要原因[2]。雷正國等運用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對安徽省飲用水進行地下水水質(zhì)評價，結(jié)果表明：該方法考慮到各評價因子在評價指標中所占的權(quán)重，評價結(jié)果具有合理性[3]。姬廣青以伊敏一號露天礦為研究對象，針對露天煤礦開采引起的地下水環(huán)境問題，從對水質(zhì)和地下水資源影響兩方面進行分析。在水質(zhì)方面，運用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價法評價礦區(qū)地下水污染程度，最終得出Fe、Mn超標[4]。通過對礦山開采引起的地下水環(huán)境進行評價，以預(yù)防在采礦過程中導(dǎo)致的地下水污染問題，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境、社會的可持續(xù)發(fā)展。

1地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價

1.1 研究區(qū)概況

遷安市位于河北省唐山市東北部，灤河的中下游地段，為河北省擴權(quán)縣。研究礦區(qū)分別位于遷安市灤河中下游西側(cè)的趙店子鎮(zhèn)、木廠口鎮(zhèn)、大五里鄉(xiāng)、蔡園鎮(zhèn)及馬蘭莊鎮(zhèn)，分為7個礦區(qū)。

1.2 評價區(qū)域及評價指標

(1)評價區(qū)域

該評價主要區(qū)域位于遷安市灤河中下游西側(cè)礦區(qū)，主要包括趙店子鎮(zhèn)、木廠口鎮(zhèn)、大五里鄉(xiāng)、蔡園鎮(zhèn)及馬蘭莊鎮(zhèn)，通過對這5個區(qū)域的地下水流特點及水文地質(zhì)資料進行分析進行地下水評價。

(2)評價指標

根據(jù)研究區(qū)特點以及《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水》，確定地下水評價指標為：氟化物、亞硝酸鹽、氯化物、六價鉻、氰化物、鉛、銅、鋅、鐵、錳、汞、鎘、砷，共13項。

1.3 評價方法

(1)單因子分析法

a. 對于評價標準為定值的水質(zhì)因子，計算公式如下：

(1)

式中：Pi-第i個水質(zhì)因子的標準指數(shù)，無綱量；

Ci-第i個水質(zhì)因子的監(jiān)測濃度，mg/L；

Csi-第i個水質(zhì)因子的標準濃度，mg/L。

注：Pi>1，表明該水質(zhì)因子已超標，標準指數(shù)越大，超標越嚴重。Csi的標準濃度參照《地下水質(zhì)量標準(GB/T 14848-2017)》。

b. 對于評價標準為區(qū)間值的水質(zhì)因子(如pH值)，計算公式如下：

(2)

(3)

式中：PpH—pH的標準指數(shù)，無綱量；

pH—pH監(jiān)測值；

pHsu—標準中pH的上限值；

pHsd—標準中pH的下限值。

(2)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的步驟

第一步：確定單項污染指數(shù)

(4)

式中：Ci-第i項污染物的實際檢測值；

Sij-第j個水樣中第i項污染物的標準值。

第二步：計算內(nèi)梅羅污染指數(shù)

(5)

式中：Fmax—單項污染指數(shù)最大值；

F平均—單項污染指數(shù)平均值；

P—內(nèi)梅洛污染指數(shù)。

第三步：根據(jù)F值按照表1規(guī)定劃分地下水質(zhì)量類別。

表1所示為內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價分級。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價分級

2評價結(jié)果與分析

2.1 單因子分析法評價結(jié)果分析

圖1為重金屬評價指標堆積柱形圖，圖2為非金屬評價指標堆積柱形圖。其中圖1、圖2中，序號1～20為趙店子鎮(zhèn)礦區(qū)采樣點，21～30為木廠口鎮(zhèn)礦區(qū)采樣點，31～37為大五里鄉(xiāng)礦區(qū)采樣點，38～54為蔡園鎮(zhèn)礦區(qū)采樣點，55～64為馬蘭莊鎮(zhèn)礦區(qū)采樣點。

圖1 重金屬評價指標堆積柱形圖

圖2 非金屬評價指標堆積柱形圖

從圖1可以得出，影響較大的重金屬評價指標為鐵、錳、鉛。其中，大五里鄉(xiāng)、蔡園鎮(zhèn)、馬蘭莊鎮(zhèn)礦區(qū)的鉛元素含量比較高，經(jīng)分析得出該區(qū)域的鐵礦床成因類型為接觸交代-熱液鐵礦床以磁鐵礦為主，其次為赤鐵礦和褐鐵礦，伴生有鉛的產(chǎn)生，因此鉛含量較高。馬蘭莊鎮(zhèn)的銅元素含量比較高，經(jīng)分析得出該區(qū)域的鐵礦床成因類型為接觸交代-熱液鐵礦床，以磁鐵礦為主，其次為黃鐵礦伴生有銅的產(chǎn)生，因此導(dǎo)致銅含量高。

從圖2可以得出，影響最為嚴重的非金屬評價指標為硝酸鹽、氨氮、氟化物，且氟化物為有毒物質(zhì)。氟化物主要來源于螢石溶解，螢石存在于花崗巖、偉晶巖和正長巖中，與方解石、黃鐵礦、石英等共生。硝酸鹽主要來源于礦區(qū)內(nèi)污水的排放和固體廢物在經(jīng)過大氣降雨滲透到含水層中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起硝酸鹽濃度升高。氨氮主要來源于礦區(qū)周圍居民生產(chǎn)生活所產(chǎn)生的污水，生活污水中所含的氮磷較多。

2.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價結(jié)果統(tǒng)計及分析

表2所示為內(nèi)梅羅污染指數(shù)法地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價結(jié)果。

表2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價結(jié)果

綜上所述，根據(jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法所求得的研究區(qū)域的地下水類別分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。

根據(jù)圖3可以看出，運用內(nèi)梅羅污染指數(shù)所得到的水質(zhì)分類，達到Ⅱ類水標準的最多，其次為Ⅲ類水。從而說明該研究區(qū)水質(zhì)良好。

圖3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價指標分類

3結(jié)論

(1)采用單因子分析法可以更加明確看出，影響較大的重金屬評價指標為鐵、錳、鉛。影響最為嚴重的非金屬評價指標為硝酸鹽、氨氮、氟化物，且氟化物為有毒物質(zhì)。

(2)利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法所得到的評價結(jié)果能夠更加詳細地將研究區(qū)地下水進行劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類，所得地下水水質(zhì)評價結(jié)果更佳。