濰坊市地下水水化學特征與水質(zhì)評價

吳新慶 張 軍 陳方明

（西北礦業(yè)公司邵寨煤業(yè)，甘肅 平?jīng)?744400）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，淺層地下水污染越來越嚴重，特別是在煤礦生產(chǎn)、石油化工原料和有毒有害材料的生產(chǎn)和運輸區(qū)域[1-2]。以濰坊市為例，通過分析地下水常規(guī)水化學特征和特征指標分布規(guī)律，采用布朗水質(zhì)指數(shù)法、多組分評價法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對地下水質(zhì)量進行評估。

1 研究區(qū)概況

濰坊市位于山東半島西部，區(qū)內(nèi)地勢南高北低，地處坳陷區(qū)向隆起區(qū)過渡的地帶，廣泛發(fā)育第四系松散沉積層，同時出露古元古代、新元古代、古生代、中生代、新生代古近系和新近系地層。研究區(qū)地下水主要分為第四系孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、基巖裂隙水三大類，其中，以松散巖類孔隙水為主，主要分布于南部山前至平原中部。研究區(qū)地下水采樣點位置分布如圖1。

圖1 研究區(qū)地下水采樣點位置分布圖

2 樣品采集與測試

共收集108 組水樣，便攜式多參數(shù)儀測試TDS，滴定法測試HCO3-，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測試K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr，離子色譜法測試F-、Cl-、SO42-、N，TU-1901 測試N。

3 結果與討論

3.1 水化學特征

108 組地下水樣本中，主要陽離子為Ca2+，濃度變化范圍為6.88 mg/L 至395.33 mg/L；主要陰離子為HCO3-，濃度變化范圍為125.05 mg/L 至825.99 mg/L；常規(guī)離子濃度平均值排序：HCO3-（373.51 mg/L）＞Cl-（190.75 mg/L）＞Ca2+（169.85 mg/L）＞SO42-（139.55 mg/L）＞Na+（129.13 mg/L）＞Mg2+（48.07 mg/L）＞K+（4.83 mg/L）。水化學類型以Ca·Mg-Cl·HCO3、Ca-Cl·SO4·HCO3為主，如圖2。

圖2 Piper 三線圖與常規(guī)離子統(tǒng)計圖

3.2 水化學控制機制

樣品集中在巖石風化控制的區(qū)域，且主要分布在碳酸鹽巖底部到硅酸鹽巖端部的區(qū)域，更靠近硅酸鹽巖，表明硅酸鹽巖風化是造成研究區(qū)水化學特征的主要因素[3-4]，其次是碳酸鹽巖風化，如圖3。

圖3 Gibbs 圖與離子比值圖

3.3 特征指標分布規(guī)律

K-S 正態(tài)分布檢驗結果見表1。NO2-、NO3-、F-、Sr 中僅Sr 濃度符合正態(tài)分布特征。NO2-濃度平均值0.236 mg/L，F(xiàn)-濃度平均值0.77 mg/L，Sr 濃度平均值1.48 mg/L，NO3-濃度平均值208.06 mg/L。水樣點NO3-、Sr 濃度起伏大，但較NO3-而言，Sr整體濃度小，波動幅度也較小。

表1 Kolmogorov-Smirnov（K-S）檢驗結果

NO2-、NO3-、F-、Sr 在研究區(qū)北部含量高于南部，在局部地區(qū)存在些許差異，主要表現(xiàn)為：NO2-在中北部含量相對較高；高NO3-含量主要分布在研究區(qū)西北部；高氟地下水位于研究區(qū)東北部；Sr 在研究區(qū)中北部存在大面積污染風險，如圖4。

圖4 特征指標濃度空間分布

3.4 水質(zhì)評價

基于多組分評價結果知，濰坊市地下水質(zhì)量劃分為四個級別：良好、較好、較差、極差（表2）。良好級水主要位于壽光市C82 號點附近，綜合污染指數(shù)1.33，適宜飲用，該區(qū)域礦企業(yè)少，污染源較少；較好級水分布于壽光市063、069 號點，昌邑市203、234 號點，黃旗堡134、619 號點，高密市703、709 號點，綜合污染指數(shù)2.57～4.06，適宜飲用，但該區(qū)域附近存在污染源，應加強對地下水水質(zhì)的監(jiān)控；較差級水在壽光、濰寒、昌邑、黃旗堡均有分布，綜合污染指數(shù)4.80～6.35，不適宜飲用，主要分布在煤礦生產(chǎn)、石油化工原料和有毒有害材料的儲存和運輸區(qū)域，靠近北部咸水區(qū)；極差級水主要位于濰寒C16 號點，綜合污染指數(shù)7.42，受北部海咸水南侵影響，水質(zhì)咸化，極不適于飲用。如圖5。

表2 地下水質(zhì)量等級劃分

圖5 多組分評價結果圖

采用EWM 法[5]求解NO2-、NO3-、F-、Sr 權重，計算得到k=0.214，水樣點對指標（NO2-、NO3-、F-、Sr）的貢獻度為Ej=（-0.548，-0.899，-0.928，-0.969），定義dj為第j指標下各水樣點貢獻度的一致性程度，dj=（1.548,1.899,1.928,1.969），歸一化處理得到指標權重Wi=（0.211，0.259，0.263，0.268）。

依據(jù)布朗水質(zhì)指數(shù)分級標準（表3），結合EWM 法 求 解 的NO2-、NO3-、F-、Sr 權 重，代 入 公式計算得到研究區(qū)WQI值為0.95，IV 級中度污染，因而研究區(qū)地下水在未經(jīng)處理時盡可能不作為飲用水源。類似地，內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價結果表明，P=7.61，極差水質(zhì)（表4），NO3-污染嚴重。

表3 WQI 分級標準

表4 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法分級標準

4 結論

1）研究區(qū)地下水組分優(yōu)勢陰陽離子為HCO3-和Ca2+，水 化 學 類 型 以Ca·Mg-Cl·HCO3和Ca-Cl·SO4·HCO3為主。

2）研究區(qū)地下水水化學組分受巖石風化作用控制，以硅酸鹽巖類風化為主，其次是人類活動產(chǎn)生的N。

3）采用多組分評價法、布朗水質(zhì)指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價濰坊市地下水質(zhì)量，結果表明，N3污染嚴重，建議地下水在未經(jīng)處理時盡可能不作為飲用水源。