淮北平原淺層地下水質(zhì)量與改水方向

李 巖，魏嬌嬌

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽 合肥 230000)

安徽省淮北平原地處安徽省北部、黃淮海平原南緣，第四系與新近系松散巖類發(fā)育，大部分地帶賦存有水量較豐富的松散巖類孔隙地下水(以下簡稱地下水)。但由于城市集中與農(nóng)村分散式普遍長期大量開采中層、深層地下水，已造成大范圍地面沉降。壓采中層、深層地下水，改換為地表水或其他安全水源是當(dāng)務(wù)之急。在淮北平原淺層地下水資源尚具有較大開采潛力的背景下(表1)[1-3]，適當(dāng)開采淺層地下水是一個易于實現(xiàn)的改水途徑，已知有宿州市碭山縣、亳州城市在2000年之后，陸續(xù)開采淺層地下水作為城市集中供水的一部分[4]。但淮北平原淺層地下水存在水質(zhì)區(qū)域性與局部差異變化較大，部分地帶污染防護性能差等問題。利用淮北平原淺層地下水2020年枯水期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，適當(dāng)摒除易于進行水處理的鐵錳離子，及暫不考慮氟離子與碘離子的原生地質(zhì)環(huán)境背景問題，進行水樣點水質(zhì)量對生活利用的適宜性評價，劃分出淮北平原淺層地下水質(zhì)量分區(qū)并進行生活利用的適宜性分析；圖解分析與樣本組顯著性判別確定適宜的開采井止水深度，為淮北平原推廣淺層地下水改水工程提供方向及技術(shù)依據(jù)。

1 淺層地下水質(zhì)量評價

淮北平原淺層孔隙水溶解性總固體基本小于1.5 g/L，水化學(xué)類型以HCO3-Ca(Mg、Na)型水為主，局部為HCO3·Cl- Ca(Mg、Na)、Cl- Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4- Ca(Mg、Na)型僅零星可見，這也說明整個淮北平原淺層孔隙水與大氣降水聯(lián)系密切。

根據(jù)《地下水水質(zhì)標準》(GB/14848-2017)對淮北平原2020年04月枯水期147個淺層地下水監(jiān)測樣品進行水質(zhì)評價[5]，包括非常規(guī)微量元素指標在內(nèi)，2020年枯水期淮北平原區(qū)淺層地下水40項組份綜合評價結(jié)果：2.00%為Ⅲ類水、79.33%為Ⅳ類水、18.67%為Ⅴ類水。去除Fe、Mn、F-、I-后36項組份綜合評價結(jié)果：45.6%為Ⅲ類水及以優(yōu)、54%為Ⅳ類水及以劣(見圖1)。

圖1 淮北平原淺層孔隙水枯水期(2020.04)單指標質(zhì)量等級占比圖

目前已知鐵(Fe)、錳(Mn)屬較易于處理的無機物，水廠利用加酸、曝氣等水處理工藝成熟可行；氟(F)離子在淮北平原淺中深層地下水中都有一定程度超標(一般為1.0～2.0mg/L屬輕度)，水處理成本高，屬于區(qū)域性長期供水難題，可暫時考慮仍可利用氟離子含量不超過Ⅳ級(<2.0 mg/L)作為生活供水水源；碘(I-)離子過量攝入可能引起甲亢等疾病，但可以減少碘鹽的攝入量進行調(diào)節(jié)。仍舊參照《地下水水質(zhì)標準》(GB/14848-2017)，并增加非常規(guī)指標共40項，按照以下過程進行單指標水質(zhì)量生活飲用適用性評價(圖2)，將所有單指標都達到本次要求的樣品評價為適宜進行改水的淺層地下水質(zhì)類，否則視為不適宜類。

評價結(jié)果：淮北平原約有46%的淺層地下水經(jīng)適當(dāng)水處理后可以作為生活供水水源。

圖2 地下水單指標質(zhì)量等級與改水適宜性判別流程圖

2 淺層地下水質(zhì)量分區(qū)與生活供水適宜性

由圖3可見，淮北平原淺層適于生活供水水質(zhì)點在不同地區(qū)差別較大，可劃分為水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ)、水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ)、水質(zhì)量較差區(qū)(Ⅲ)。

表2 淮北平原淺層地下水質(zhì)量分區(qū)統(tǒng)計表

圖3 淮北平原淺層地下水監(jiān)測點水質(zhì)量分布散點圖(2020.04)

3 淺層地下水質(zhì)量分區(qū)改水方向建議

3.1 東部淺層地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ)

蒙城縣-宿州市埇橋區(qū)以東大部分地區(qū)，面積8 112 km2，約占淮北平原總面積的21.1%，處于丘陵前緣或沿淮地帶為主，淺層地下水交替條件相對較好，水量中等-豐富，部分區(qū)域較貧乏。適于生活飲用水質(zhì)點占該區(qū)總檢測樣品數(shù)92.0%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近基本可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，是較理想的淺層地下水改水區(qū)域。

3.2 地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ)

包括淮北平原西南部及局部北部淮北-肖縣段，總面積20 696 km2，約占淮北平原總面積的53.7%，是淮北平原最大的地下水質(zhì)量分區(qū)。

3.2.1 西南部地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ1)

包括阜陽市全域和淮南市淮河以北部分，亳州市域南部及蚌埠市懷遠縣的一部分，面積20 668.9 km2，約占淮北平原總面積的53.7%。北部處于黃泛沉積區(qū)邊緣，向南處于近淮河大別山水系沉積物區(qū)域，一般松散巖層巨厚沉積且砂層累積厚度較大，地下水交替條件相對較好，水量中等-豐富。適于生活飲用水質(zhì)點占該區(qū)總檢測樣品數(shù)62.8%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近應(yīng)大部分可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，是可以進行淺層地下水改水區(qū)域。

3.2.2 北部淮北-肖縣地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ2)

包括淮北市北部和肖縣大部分區(qū)域，面積2 678 km2。主要處于北部丘陵區(qū)外圍至邊緣地帶，是向南部淺層地下水的補給逕流區(qū)域，局部與巖溶地下水連通，地下水交替條件相對較好，但松散巖層砂層發(fā)育一般較薄，水量一般中等，部分貧乏。適于生活飲用水質(zhì)點占該區(qū)總檢測樣品數(shù)60.0%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近應(yīng)大部分可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，在水量有保證的前提下，是可以進行淺層地下水改水區(qū)域。

3.3 地下水質(zhì)量較差區(qū)(Ⅲ1-3)

包括中北部偏南地帶(Ⅲ1)、西北端碭山地帶(Ⅲ2)、東北端泗縣地帶(Ⅲ3)三個亞區(qū)，面積和7 062.5 km2，約占淮北平原總面積的18.3%。

這些分區(qū)屬黃泛區(qū)或松散巖層較薄的丘陵山前地帶，黃泛區(qū)地下水原生水化學(xué)環(huán)境偏于堿性且常見高溶解性總固體、高氟、硫酸鹽超標等多類指標不符合生活飲用水標準；丘陵山前松散層薄，富水性一般貧乏，地下水交替條件差，淺層地下水防護性能差，水質(zhì)總體亦偏差。該區(qū)基本不適宜進行淺層地下水改水，但可以在局部淺層地下水量較豐富，水質(zhì)相對較好地帶，進行改供水水源地水文地質(zhì)勘查，實現(xiàn)部分淺層改水目標。

圖4

4 淺層地下水止水深度分析

淮北平原淺層地下水含水層具有多層結(jié)構(gòu)，按含水層埋深與水動力特征可劃分為淺層潛水與淺層弱承壓水，含水層巖性均以粉細砂為主。上部淺層潛水含水層底板埋深一般小于20 m，受大氣降水補給與蒸發(fā)垂向交替強烈；下部淺層弱承壓含水層底板埋深一般30～50 m，一般與上部含水層有5～10 m粘性土隔水層，可減弱與淺層地下水的水力聯(lián)系，并具有一定的地下水污染防護能力。以面積最大的西南部水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ1)樣品為對象，應(yīng)用圖解法及樣本顯著性判別，對比部潛水與下部弱承壓水質(zhì)量，以選擇適宜的止水深度。

該區(qū)采取測試淺層地下水樣共78組，為大樣本群，并均屬專門性地下水動態(tài)長期監(jiān)測孔取樣，受開采及人類活動影響較小，水質(zhì)檢測由甲級資質(zhì)單位完成，數(shù)據(jù)質(zhì)量可信度高。樣本含水層頂板埋深2.19～35.48 m，按觀測含水層頂板埋深5m間距(20.0～35.48為一組)對樣本進行分組統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

取分組樣品平均頂板埋深與適宜水質(zhì)樣本數(shù)進行圖解分析，結(jié)合表3可以較清晰看出，水位埋深約大于20 m時，均為水質(zhì)量適宜。

初步觀察分析樣本水質(zhì)量存在取水層頂板埋深20 m以淺與以深分組的明顯差別，但20 m以深水質(zhì)樣本數(shù)偏少，應(yīng)進行樣本組數(shù)據(jù)差異顯著性判別如下：

(1)

計算結(jié)果t=2.18，按95%置信限，查表得界限值為1.66(表4)，因此，確定取水層頂板埋深20 m以深水質(zhì)量適宜程度顯著高于20 m以淺。

表3 Ⅱ1區(qū)淺層地下水質(zhì)量分類與觀測含水層頂板埋深分組統(tǒng)計表

表4 Ⅱ1區(qū)淺層地下水質(zhì)量不同深度適宜性獨立t檢驗計算表

5 結(jié)語

(1)從淮北平原2020年枯水期淺層地下水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析計算獲得水質(zhì)量適宜分區(qū)與適宜性具有顯著取水含水層深度差異。初步認為淮北平原有31 459.6 km2約60.6%面積適宜作為生活飲用水源。這些地區(qū)尤其以阜陽與亳州市域中及深層地下水開采量大，可以成為這些市域中及深層地下水井的壓采替換水源的一部分。

(2)在改水水源地選取方向上，由于淺層地下水井涌水量一般偏小，以及存在過量開采會與農(nóng)業(yè)爭水問題，因此淺層地下水改水以分散的中小型水源地較為適宜。利用各市已有散在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村安全飲水工程水源地，就近進行淺層地下水改水勘查工作，經(jīng)評價論證水質(zhì)與水量有保證后，可實施對鄉(xiāng)鎮(zhèn)村農(nóng)飲水廠淺層地下水改水井工程。具有深度淺，成井費用低，水源易于得到大氣降水補給，水交替條件好，水資源可再生等優(yōu)勢。

(3)淺層地下水開采井宜采用大口徑，按上述計算結(jié)果止水深度一般不得小于20 m，建議止水深度為25 m。

(4)嚴格按照水源地環(huán)境防護規(guī)范，建立保護區(qū)，定期對地下水質(zhì)進行檢測，保證供水安全。