不同水文地質(zhì)條件對城市地下水資源污染的影響研究

關鍵詞：水文地質(zhì)條件；地下水資源污染；六價鉻；蒸發(fā)濃縮；地下水水流

中圖分類號：X523 文獻標志碼：B

前言

地下水，作為中國城市重要的供水源之一，在人類生產(chǎn)生活和城市發(fā)展的雙重作用下，城市地下水污染愈發(fā)嚴重，對此，中國國內(nèi)的相關專家學者對此展開了深入的研究。如劉玲等人在Galerkin有限元法的基礎上，針對六價鉻污染建立了土壤-地下水三維模型。通過不斷改變補給條件，觀察模型中淺水面的變化規(guī)律，同時結合阻滯系數(shù)和反應常數(shù)，實現(xiàn)對城市地下水污染的研究分析。趙興茹等人對不同水文地質(zhì)下的石家莊滹沱河地下水污染情況展開了分析，并得出具體結論，該條河流由于處于沖洪積扇地區(qū)，受地表化學污染較為嚴重，其中，磷酸三乙酯和二叔丁基對甲酚超出標準值好幾倍，對地下水造成了較為嚴重的污染。

不同的水文地質(zhì)條件對城市地下水資源污染的影響不相同，上述的兩種方法未對不同水文地質(zhì)進行深入的研究。通過分析山前平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)、沖擊平原水文地質(zhì)以及石灰?guī)r水文地質(zhì)4種水文地質(zhì)下的城市地下水資源污染情況后，針對某個城市文章建立了地下水水流模型和水質(zhì)模擬算法，經(jīng)過分析論證后可以得出結論。證明應用所提方法得到的結果非常接近觀測井結果，驗證了所提方法的合理性和可行性。

1研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為太行山南、黃沁河北，涵蓋多種水文地質(zhì)條件。地下水埋深較淺，主要為淺層孔隙水，由地表水入滲、大氣降水及礦坑排水渠道滲漏補給，天然補給量達1.723m³/s。

開采地下水導致淺層儲量銳減和流場變化。山前平原主要依賴地表水和降水補給，但因下游過度開采和煤礦排水，含水層呈干旱或半干旱狀態(tài)。山前交接洼地坡度較緩，以上游徑流為主，輔以降水和農(nóng)業(yè)灌溉滲透。開采時，補給與排水平衡，水位變化小，年際變幅約1.0m。沖擊平原為地下水降落漏斗區(qū)，水位年際變化較小，為1.94m。

2研究方法

構建地下水水流和水質(zhì)模擬算法利用三維穩(wěn)定流數(shù)學模型對研究區(qū)域內(nèi)地下水資源的水流情況進行模擬，并且為了提高準確性，增加水文地質(zhì)條件因子，構建如式（1）所示的地下水水流模擬算法：

3水文地質(zhì)條件對城市地下水資源污染影響結果及分析

利用式（1）和式（3）建立不同水文地質(zhì)地下水水流和水質(zhì)模型，對研究區(qū)域內(nèi)六價鉻的分布、遷移和污染機理進行模擬。同時，在研究區(qū)域內(nèi)選取5個合適的點作為觀測井，將所提方法模擬數(shù)據(jù)與觀測井觀測數(shù)據(jù)進行對比，結果如下文分析，確保反映不同水文地質(zhì)條件下地下水資源污染的狀況。這些觀測井的地理位置經(jīng)過精心布置，旨在捕捉不同地質(zhì)條件下的水流動態(tài)和水質(zhì)變化。關于觀測井上游的補給情況，注意到上游地區(qū)的補給主要受到降雨、河流側向補給等多種因素的影響。這些補給水源在經(jīng)過不同地質(zhì)環(huán)境時，會與地下水發(fā)生相互作用，影響地下水的化學組分和流動特性。通過分析觀測井上游的補給情況，可深入地理解地下水污染的來源和傳播機制，為制定有效的水資源保護和管理策略提供重要依據(jù)。

通過對比模擬數(shù)據(jù)與觀測井觀測數(shù)據(jù)，準確地評估不同水文地質(zhì)條件下地下水資源污染的影響，為后續(xù)的環(huán)境保護和治理工作提供科學依據(jù)。以下是5個合適的點作為觀測井的地理位置布置圖見圖1。

3.1山前平原水文地質(zhì)對地下水資源污染影響分析

山前平原水文地質(zhì)區(qū)域的物質(zhì)沉積有著明顯的分帶現(xiàn)象，距離山區(qū)較近的區(qū)域，沉積物顆粒相對來說要大一些，距離遠的則小一些。因此，山前平原也形成了不同的水文地質(zhì)條件。將距離山麓較近的區(qū)域稱為沖積扇頂部區(qū)域，這個區(qū)域的沉積物顆粒較大，給水度較大，沉積物蓄水能力較弱。

在沖積扇頂部區(qū)域，地表保護層較薄，極易受到自然環(huán)境和人類活動的破壞。雖然該地區(qū)吸收大量地表水和大氣降水，為地下水作了充分補充，但是該地區(qū)同樣吸收了大量的地表廢水和污水，在水流的作用下快速擴散，導致該區(qū)域受污染情況嚴重。

山前平原水文地質(zhì)地帶城市地下水資源污染主要來自于生活污水、工廠排污以及利用超標廢水進行人工加灌，使得山前平原沖積扇頂部區(qū)域要比中下部區(qū)域更容易被污染。當沖積扇頂部區(qū)域受到污染后，隨著地下水的流動同樣污染了中下部區(qū)域，所以，位于沖積扇頂部區(qū)域的城市，應將排污量大的工廠和居民點盡量布置在中下部區(qū)域，從而減少城市地下水污染。

3.2山前交接洼地水文地質(zhì)對地下水資源污染影響分析

山前交接洼地污染物濃度低于山前平原但高于沖擊平原。河流最終匯入湖泊或海洋，河口區(qū)匯集大量沖擊物，長時間沉積形成松散砂層與黏性土結合，含有地下水資源。河口區(qū)地形為濱海三角洲平原，城市區(qū)域地下水含咸水，由海水入侵和倒灌導致。山前交接洼地淡水層沉積物顆粒小，地下水流速慢，對城市補給較少。

3.3沖擊平原水文地質(zhì)對地下水資源污染影響分析

河流攜帶的沉積物形成沖擊平原，階地是河流兩側的臺階狀地形，沉積物厚度分層明顯，多為二元結構。階地底層基巖存水性能優(yōu)秀，為砂礫石層貯存地下水，河水和沖擊平原地下水存在相互補給關系。

3.4石灰?guī)r水文地質(zhì)對地下水資源污染影響分析

如圖2所示，石灰?guī)r水文地質(zhì)區(qū)域的污染物濃度要高于沖擊平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)，但是低于山前平原水文地質(zhì)。石灰?guī)r水文地質(zhì)是一種可溶性巖石，當接觸到含有二氧化碳和各類酸性物質(zhì)的降水時，將會逐步開始出現(xiàn)化學反應，被稱為溶蝕作用。

巖溶發(fā)育程度對石灰?guī)r地區(qū)地下水的分布、貯存以及埋藏深度均產(chǎn)生影響，但是同一地區(qū)巖溶發(fā)育程度又存在著差異，因此，地下水資源含量也有所不同。巖溶區(qū)的地表水常常會出現(xiàn)突然消失的情況，這是由于地表水進入地下暗河中，在下游的某個區(qū)域流出地表。由此看出，巖溶地下水與地表水二者之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。

整體觀察圖1-圖2看出，所提方法模擬值與觀測井觀測值擬合情況較為優(yōu)秀，證明所提方法建立的水流和水質(zhì)模型可以真正反映研究區(qū)域內(nèi)的實際水文地質(zhì)條件。

3.5不同水文地質(zhì)條件對地下水資源污染的影響整體分析

地下水中六價鉻的標準含量為0.05 mg/L，研究區(qū)域內(nèi)六價鉻的分布情況見圖3。

圖3顯示，六價鉻污染濃度在山前平原最高，隨后依次減少，高出標準值約4倍。盡管山前平原包氣帶較厚，但地下水六價鉻含量卻遠高于其他區(qū)域。這歸因于山前平原的粗砂卵礫石和含黏土卵礫石沉積物，使地表水和降水易滲透至地下，補給地下水資源。

山前平原水文地質(zhì)作為研究區(qū)域地下水系統(tǒng)的勢源，當該區(qū)域地下水資源受到污染后，影響另外兩個水文地質(zhì)條件區(qū)域。從圖3看出，六價鉻的遷移方向受河流影響較大，基本與水流方向一致，由西北向東南方向遷移，流速逐漸減小。這是由于在河流的帶動下，六價鉻通過徑流擴散的方式滲透到地下水資源中。

地下水資源總硬度的標準值為450mg/L，研究區(qū)域內(nèi)地下水的總硬度分布情況見圖4。

如圖4所示，總硬度污染濃度隨水文地質(zhì)條件的變化趨勢與六價鉻相似，其中山前平原的總硬度超過標準值6倍。受太行山屏障和海拔差異影響，研究區(qū)域蒸發(fā)量遠超降水量，導致干旱。山前交接洼地地下水埋藏淺，沉積物顆粒小，毛細作用強，蒸發(fā)量是滲透量的4～6倍，使鹽分積累，導致總硬度逐年惡化。

4結束語

地下淡水資源是人們生活和社會發(fā)展離不開的自然資源之一，具有開采難度低、水質(zhì)優(yōu)良以及其他諸多優(yōu)點。為此，針對某個區(qū)域不同的水文地質(zhì)條件進行分析，研究其對地下水資源污染的影響。文章研究區(qū)域位于太行山以南、黃沁河沖積平原以北，水文地質(zhì)條件分為山前平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)、石灰?guī)r地區(qū)水文地質(zhì)和沖擊平原水文地質(zhì)四種不同的類型。通過對研究區(qū)域建立水流和水質(zhì)模擬算法，確定了兩種對地下水污染最嚴重的污染物，分別是六價鉻和總硬度。通過對這兩類污染物的遷移方向、污染機理和擴散機理進行分析后，確定兩種污染物的污染方式分別為徑流擴散和蒸發(fā)濃縮，遷移方向與河流方向一致。