舒城縣東部地區地下水環境質量評價與污染分析

宋仁亮，王少龍，陳 干，王志強，解會存

(1.安徽省合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽 合肥230009;2.安徽省地勘查局第一水文工程地質勘查院，安徽 蚌埠233000)

舒城縣東部地區位于大別山區東麓，古巢湖湖盆西部;區域地勢平坦，河漫灘地貌［1］。地表河流均發源于大別山區，有杭埠河、豐樂河;上世紀五十至七十年代，沿河群眾與水爭地，任意圈圩造田，形成圩區洼地遍布、堤梗縱橫的現狀布局［2］。該地區總面積 213.8 km2，分布有桃溪、杭埠、千人橋三鎮，總人口約14.8萬人，村鎮居民日常生活用水主要為開采松散巖類孔隙水。隨著社會經濟發展，人類經濟活動造成的廢液、廢渣大量排放以及化肥、農藥大量使用，直接導致該地區地表水水質惡化，由于該地區松散巖類孔隙水埋藏淺，地下水直接接受大氣降水和地表水滲透補給，易受污染，加之原生地質環境地下水 Fe、Mn等超標異常［3］［4］，進一步造成地下水水質惡化，地下水水體功能下降。

1 第四紀地層特征

1.1 第四紀地層巖性

全區地表普遍出露新生界第四紀全新世豐樂鎮組(Q4f)地層，厚度30.0～35.7 m。巖性淺部以灰黃、灰白色粉質粘土、粘土、砂質粘土為主，深部以淺灰、灰黃色粉砂、細砂、粉細砂、粘土質砂、含礫中粗砂為主，底部以棕黃色砂礫石、含礫粗砂為主。巖性自上向下，砂性增強，砂礫增多。

1.2 土壤母質

全區土壤為潮土類型，土壤母質為河流沉積物［5］。潮土母質有兩種來源:一是杭埠河沉積物，主要來自于大別山區的花崗巖、片麻巖等酸性結晶巖類風化物，石英顆粒含量高，質地輕，結構差;二是豐樂河的沉積物，土壤粘多砂少，物理性粘粒含量60%左右。

2 水文地質特征

2.1 地下水類型

松散巖類孔隙水主要為淺層水和深層水。

2.1.1 淺層水

頂板埋深 1.00～1.50 m、底板埋深 10.00 ～13.80 m，含水層巖性為豐樂鎮組(Q4f)的粉砂、中細砂，單井出水量97.86～293.76 m3/d，水量中等;該層為潛水，極易受污染;居民日常用水主要開采該層水。

2.1.2 深層水

頂板埋深13.00～15.34 m、底板埋深 35.00 m 以淺，含水層巖性為豐樂鎮組(Q4f)的粉砂、中粗砂、含礫中粗砂、砂礫石，單井出水量 88.13～542.59 m3/d，水量中等;該為微承壓水，相對受污染較輕。

2.2 地下水補給、逕流和排泄

2.2.1 地下水補給

大氣降水是松散巖類孔隙水的主要補給來源，其次是地下徑流和上游地表徑流的滲入補給，地下水與河水存在密切互補關系。淺層水直接接受大氣降水補給，深層水即接受淺層水補給還接受地下徑流補給。

2.2.2 地下水逕流和排泄

區域位于古巢湖湖盆西部，盆地的水文地質條件受區域地形地貌、地層分布、地質構造所控制，區域地下水總的流向自地勢高的地區向地勢低的地區徑流。地下水的排泄方式主要為蒸發排泄和人工開采。

2.3 地下水環境特性

現場測定的地下水氧化還原電位值為+6～－62(見圖1)，負值居多，說明地下水環境以還原性為主［6］。

2.4 地層防污性能

全區松散巖類地層，由經過搬運再堆積形成，地下水包氣帶由粉質粘土、砂質粘土組成，土體砂性增強，結構松散，孔隙度大，連通性好，同時由于淺層水與深層水之間的砂質粘土隔水層較薄、隔水作用甚小，地層總體防污性能較差，松散巖類孔隙水存在受污染影響現象。

圖1 地下水氧化還原電位示意圖

3 地下水環境質量現狀評價

3.1 評價標準及評價因子

3.1.1 評價標準

評價標準采用《地下水質量分類標準》(GB/14848－93)中各項目標準值，見表1。

3.1.2 評價因子

地下水水質分類評價時，根據分析測試單項組分檢出率大于50%、單項組分對地下水環境產生影響的重要性等相關要求，選出 pH、總硬度、溶解性總固體、高錳酸鉀指數、SO42－、Cl－、NH4+、NO3－、NO2－、F－、Fe、Mn、Al、Hg、As、Cd共16個單項組分作為評價因子［6］。

3.1.3 綜合評價分級

綜合評價分級是在地下水質量分類評價基礎上進行綜合評價分級。按最大隸屬原則，從優不從劣地評判其相應的地下水質量分級。全區地下水質量分為較好(Ⅲ類)、較差(Ⅳ類)、極差(Ⅴ類)三個級別。

表1 地下水質量分類標準 mg/L

3.2 地下水主要影響因素

全區地下水各項組分指標中，Fe、Mn、Al、NH4+和Hg的含量相對較高，是影響地下水水質的主要影響因素，含量特征圖見圖2至圖6。

圖2 Fe含量特征圖

圖3 Mn含量特征圖

圖4 Al含量特征圖

圖5 NH4+含量特征圖

圖6 Hg含量特征圖

3.3 現狀評價

按埋深10 m以淺、10 m以深，全區共選用78個地下水樣，采用模糊數學法進行地下水質量評價。

3.3.1 埋深10 m以淺的地下水質量評價

埋深10 m以淺的地下水質量評價結果(見表2)表明:地下水質量分為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級三類，主要是 Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等超標;總體而言，埋深10 m以淺的地下水水質大部分較差—極差，基本不能達到人體健康基準值。

3.3.2 埋深10 m以深的地下水質量評價

埋深10 m以深的地下水水質綜合評價結果(見表3)表明:地下水質量分為Ⅳ級和Ⅴ級兩個類型，主要是Mn和Al超標;埋深10 m以深的地下水較差—極差，不能達到人體健康基準值。

表2 埋深10 m以淺地下水質量評價結果

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表3 埋深10m以深地下水質量評價結果

3.3.3 地下水質量總體評價

全區地下水(松散巖類孔隙水)水質狀況不容樂觀，地下水整體水質狀況大部分較差－極差。

3.4 地下水環境質量分區評價

3.4.1 分區評價方法

基于地下水質量評價，根據人體健康基準值以及地下水開采利用現狀等綜合條件，進行地下水質量分區，然后采用克里格插值法編制地下水環境質量評價分區圖［6］(圖7)。

3.4.2 分區及分區評價

全區地下水質量分為水質較好區(Ⅲ類)、水質較差區(Ⅳ類)和水質極差區(Ⅴ類)三個分區。

1)水質較好區(Ⅲ類)

該區主要位于桃溪鎮中部龍舒－四圩。該區原生地質環境和次生人類活動影響相對較小，評價因子單項組分均未超過地下水Ⅲ類標準限值。地下水水質總體較好。

2)水質較差區(Ⅳ類)

該區主要分布在桃溪鎮中北部、西南部，千人橋鎮西北部和杭埠鎮北部、南部。該區由于地下水徑流較緩慢，地下水環境以還原性為主，主要受原生地質環境影響較大;原生地質環境中富集的鐵、錳、鋁離子含量較高，且部分點超過地下水Ⅲ類標準限值、達到Ⅳ類標準限值;次生人類經濟活動產生的高錳酸鉀指數、酚類、氨氮僅有個別點超標。地下水水質總體較差。

3)水質極差區(Ⅴ類)

該區主要分布在千人橋鎮、杭埠鎮境內。該區由于地下水徑流緩慢，循環交替遲滯，與空氣接觸面小，地下水長期處于還原環境中，極有利于地下水和含水層介質“水－巖作用”的發生和元素的富集［4］;地層防污性能相對較差，地下水直接接受大氣降水和地表水補給較強烈，地表水地下水水力聯系較強、相互補給密切，使得農業生產中產生的污染物較易進入地下水;故該區主要受原生地質環境和次生人類活動影響均較大。原生地質環境中富集的鐵、錳離子含量高，普遍超過地下水Ⅳ類標準限值、達到Ⅴ類標準限值;次生人類經濟活動產生的高錳酸鉀指數、酚類、硝酸根離子、汞離子有個別點超標。地下水水質總體極差。

4 地下水污染分析

4.1 污染原因

4.1.1 原生地質環境對地下水的影響

該地區地下水環境的Fe、Mn、Al、Hg的超標異常，與原生地質環境密切相關。

全區松散巖類孔隙水含水巖組主要由杭埠河沉積物和豐樂河沉積物組成，杭埠河沉積物遠源區為大別山的巖漿巖和變質巖，豐樂河沉積物近源區為丘陵地區的“紅層”碎屑巖類。有關研究資料表明:大別山在地質構造史上曾發生的劇烈地質構造運動［7］，可使環境富集大量的 Fe、Mn、Al、As、Hg、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、F、Se、S、Si等多種元素，在“水 － 巖作用”下，這些元素進入地下水中。有關研究資料表明:在內陸盆地干熱氣候條件下沉積形成的“紅層”巖石中的Fe3O4、MnO2等物質，在“水－巖作用”下，重新進入地下水中，使之Fe、Mn含量也相對形成高異常。

區域古巢湖湖盆西部特有的西高東低且逐漸變緩的地勢及圩區洼地遍布的河漫灘地貌，使得地下水動力條件隨地形自西向東由相對強烈轉變為遲緩，有利于元素的遷移、聚集，對腐殖質的形成、堆積和流動有重要的影響［8］。加之第四紀全沖積成因地層，結構松散，滲透性好，有利于元素的遷移、沉淀富集。

4.1.2 人類經濟活動對地下水的影響

人類經濟活動造成的廢渣、廢液、生活垃圾的大量排放和化肥、農藥的大量使用，直接導致區內地表水水質惡化;地表水地下水水力聯系較強，地表水與地下水相互補給密切，有利于地表水和地下水間的溶質運移和交換，地下水水質也更容易受到地表水水質及人類經濟活動的影響。

4.2 污染途徑

4.2.1 連續入滲型

主要是無襯砌的明渠、排水渠長期排放污水途徑。全區居民及上游的城區生活污水年排量達1 211.8萬t，直接排至杭埠干渠等水渠，最終匯入豐樂河和杭埠河;由于杭埠干渠、豐樂河和杭埠河的河(渠)底及河(渠)坡自然土層裸露的河底及河坡自然土層裸露，不具備防滲能力，污水滲入地下，污染地下水。

4.2.2 間歇入滲型

主要是無襯砌的露天生活垃圾堆場和煤渣堆放場途徑。全區鎮政府駐地每年產生生活垃圾約2 190 t，分別堆積于3個無襯砌、未經防滲處理的露天生活垃圾堆場;全區7處輪窯廠，累計粉煤灰50萬t左右，均堆放在無襯砌、未經防滲處理的的露天煤渣堆放場。污染物通過大氣降水或灌溉水的淋濾，使固體廢物及包氣帶中的有害有毒成分，周期性的滲入地下含水層中，污染地下水。

4.2.3 徑流型

該區位于古巢湖湖盆西部，地下水接受西部地勢較高地區的地下水徑流和上游地表徑流的滲入補給。區內松散巖類由經過搬運再堆積形成，結構松散，孔隙度大，連通性好，有利于地下水徑流補給。上游區外污染物通過各種徑流進入含水層后，通過地下水徑流，進入區內地下水含水層中。

4.2.4 越流型

1)包氣帶為透水性較好的粉質粘土、砂性土，也是地下水污染的又一主要通道。區內微地貌類型是近代豐樂河和杭埠河的河漫灘，地層經過搬運再堆積形成，地下水包氣帶結構松散，孔隙度大，連通性好，同時區內淺層水與深層水之間的砂質粘土隔水層薄、隔水作用甚小，這均為地表污染物滲入地下水含水層造就了主要通道。

2)地下水開采方式不合理的途徑。該地區仍有46個行政村居民長期開采淺松散巖類孔隙水作為生活用水，年開采量約405 600 m3。居民自備水井基本是一戶一井，自備水井結構不合理或長期使用年久破損，或是混合開采或是止水不好，造成地表污染物通過越流從結構不合理的管井、破損老管井形成的“天窗”進入含水層中，污染地下水。

5 結論與建議

舒城東部地區桃溪、杭埠、千人橋三鎮地下水水環境綜合評價結果表明:全區地下水水質較差－差，絕大部分為Ⅳ類、Ⅴ類水，地下水污染非常嚴重，主要污染因素是Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等。埋深10 m以淺的地下水水質主要是 Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等超標，受人類經濟活動和原生地質環境共同影響;埋深10 m以深的地下水水質主要是Fe、Mn、Al超標，受原生地質環境影響較大。通過對地下水質量分區研究和地下水環境污染源、污染途徑分析表明，該地區松散巖類地下水污染不僅與區域特有的原生地質環境密切相關，還與人類經濟活動造成的廢渣、廢液、生活垃圾的大量排放和化肥、農藥的大量使用有關。

［1］張崇岱，潘寶林.巢湖湖盆及其變遷研究［J］.安徽省師范大學學報(自然科學版)，1990，(1):48 －56.

［2］賈鐵飛，戴雪榮，張衛國，等.全新世巢湖沉積記錄及其環境變化意義［J］.地理科學，2006，26(6):706－711.

［3］安徽省地質礦產局第一水文地質工程地質隊.合肥幅區域水文地質普查報告［R］.蚌埠市:安徽省地質礦產局第一水文地質工程地質隊，1981.

［4］安徽省地質礦產局第一水文地質工程地質隊.六安幅區域水文地質普查報告［R］.蚌埠市:安徽省地質礦產局第一水文地質工程地質隊，1981.

［5］張海林.安徽杭埠河流域土地利用變化及其環境效應研究［D］.上海:華東師范大學，2005.

［6］安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院.舒城縣桃溪、杭埠、千人橋三鎮地下水環境質量調查評價報告［R］.蚌埠市:安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院，2011.

［7］安徽省地質礦產局.安徽省區域地質志［M］.北京:地質出版社，1987.

［8］林年豐，等.環境水文地質學［M］.北京:地質出版社，1990.