滄州市淺層地下水資源評價及開發利用淺析

卞海彬,哈建強

(河北省滄州水文水資源勘測局,河北滄州 061000)

滄州市地處河北省東南部,東臨渤海,南界山東,北與廊坊、天津為鄰,西、西南與保定、衡水相接。南北長約 165 km,東西寬約 187 km,全市總面積14056 km2,海岸線總長 95.3 km。滄州市全境均為平原區,是河北平原的一部分,南運河以西屬低平原區,以東屬濱海平原區。地形自西南向東北傾斜,地面坡降平緩,一般為 1/8 000～1/1 5000。宏觀全境,地勢低平;微觀各地,崗坡洼地,形態各異。西部地面高程一般在 14.0 m左右(黃海),最高達 16.7 m;東部多在 2.0m左右;境內河流溝渠縱橫交錯,呈網格狀分布。地貌基本分為崗、坡、洼、淀四大類。滄州市土壤共分為褐土、潮土、沼澤土、鹽土、濱海鹽土、堿土和風沙土 7個土類,隸屬于半淋溶土、半水成土、水成土、鹽堿土和初育土 5個土綱。其中潮土比例最大,約占全市面積的 94.9%,其他土類只有點片分布。

1 淺層水區域的水文地質情況

滄州市基底構造比較復雜,分屬于冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷和埕寧隆起四個基底構造單元,各單元間均為北北東向斷裂分隔,單元內有次一級的凸起和凹陷。

滄州市地下水主要賦存于第四系松散巖層中,為多層結構的含水巖系,沉積厚度 350～550 m,最厚可達 580m。水文地質條件比較復雜,水平方向賦水性自西向東由好變差;垂直方向上也有一定的變化特征,由于成因類型及物質來源不同,含水砂層分布形態、顆粒大小、厚度、富水性、水動力特征等均有差別,因此,以成因類型及物質來源作為水文地質分區的依據。

1.1 淺層地下水水文地質分區

(1)沖洪積平原水文地質區:分布于本市西部,包括獻縣西北部、肅寧、任丘及河間西部,為沖洪積相,巖性以灰黃色粘砂、砂粘為主。含水層以細砂為主,少數中細砂,厚度 5～12m,單位涌水量 2.5～5.0 m3/h?m。水質較好,礦化度0.5～1.0 g/L,局部大于 2.0g/L,水化學類型為 Cl?HCO3-Na? Mg或 Cl? HCO3-Ca? Mg? Na型。

(2)海陸交互沉積平原水文地質區:分布于本市中部,即青縣西部、滄縣西北及東南部、孟村大部、鹽山南部、吳橋、東光、南皮、泊頭、獻縣大部、河間東部。以河流沖積相為主,巖性以灰褐、灰黃色砂粘為主,粘砂次之。含水層以細砂為主,少數為粉砂,厚度 4.3～25.1 m,條帶狀分布,單位涌水量2.5～5.0m3/h? m。水質較好,礦化度 1～1.5 g/L,局部大于1.5 g/L,水化學類型為 Cl? HCO3-Na? Mg或 HCO3? Cl-Na? Mg型 。

(3)濱海平原水文地質區:分布于本市東部,包括青縣東部、滄縣東北部,鹽山北部、黃驊、海興,為濱海沉積相,巖性以黑灰色粘土為主,含水砂層為粉砂,厚度 7～1.5m,呈帶狀或環狀分布,單位涌水量小于 2.5m3/h?m。水質較差,礦化度大部分地區大于 3g/L,水質類型為 Cl-Na型或 Cl-Na?Mg型。

1.2 淺層地下水水質

淺層地下水現狀質量,主要是對全市境內布設的監測水井現狀水質分別進行地下水水化學類型分類分析、地下水質量綜合功能分析、生活飲用水功能分析、農田灌溉功能分析等。

1.3 水化學類型

通過對全市布設的 32眼監測井監測成果分析,氯化物類水有 8眼井、占監測井總數 25.0%,均為氯化物類鈉組;重碳酸鹽類水為主共計 15眼井、占監測井總數的 46.9%,均為重碳酸鹽類鈉組;硫酸鹽類水有 9眼井、占監測井總數 28.1%,均為硫酸鹽類鈉組。

滄州市淺層地下水水化學類型的分布比較單一:在各類水中均為鈉型水,在氯化物、重碳酸鹽類水中,溶解性總固體大多小于2 g/L。在硫酸鹽類鈉組水中,溶解性總固體多大于 3g/L。

1.3.1 單項污染物質分析

1)主要污染物檢出率及超標率

對滄州市淺層地下水污染、超標井率較高的項目依次是溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物、高錳酸鹽指數。超標井是指超過《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)Ⅲ類水標準的井,Ⅲ類水是以人體健康基準值為依據制定的,主要適用于集中式生活用水水源及工、農業用水。各污染項目檢出率、超標率統計見表 1。

2)主要污染物分布及成因分析

滄州市淺層地下水中超標最嚴重的是溶解性總固體,其后依次是:總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、氟化物、高錳酸鹽指數。

溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽含量偏高主要與本市地質結構有關。滄州市地處沖洪積平原區,地勢平緩,淺層水開采層為第一含水組,地下水埋深較淺,排泄方式以人工開采為主,其次是潛水蒸發,側向徑流微弱,土壤中礦物成分經過不斷風化淋溶,造成了地下水化學成份的逐漸增多,多年的反復輪回造成了鹽分的積累。氨氮、高錳酸鹽指數等物質主要源于工業廢水、生活污水排放及農村大面積使用大劑量化肥農藥和污水灌溉等。而氟化物則是由于部分區域地下沉積物中有含氟量較高的母質礦物,而氟易溶于水,因此造成地下水氟含量偏高。

1.3.2 淺層地下水現狀質量綜合分析

1)水質綜合分析

根據滄州市 32眼淺層地下水水質監測井的實測資料,通過分析,結果表明,IV類水占 3.1%;V類水占 96.9%;沒有I～Ⅲ類水。超標物質中硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度、氯化物、高錳酸鹽指數、氟化物共 6項,在滄州境內 50%以上的面積淺層地下水均超標,而氨氮的超標面積則小于 50%。

2)內梅羅指數綜合分析

(1)單項指數分析

將地下水單項水質監測結果與地下水質量標準值逐項進行比較,確定其所屬水質類別,再根據類別與內梅羅指數Fi的換算關系(見表 2),確定各單項指標的 Fi值。

表2 水質類別與 Fi值關系表

式中:Fmax為各單項組分評價分值F中的最大值。(4)根據計算的 F值,按表 3劃分地下水質量級別。

式中:n為參加評價的單項數目。

(3)采用內梅羅公式計算綜合評分值

(2)計算各單項組分評分值 Fi的平均值

表3 水質綜合評價分級表

采用內梅羅指數法對全市淺層地下水現狀質量進行分析,并將該法綜合分析結果與地下水水質綜合分析結果進行分析比較。內梅羅指數綜合分析級別統計見表 4,內梅羅指數法不同級別淺層地下水百分比統計見圖 1。

分析結果:32眼淺層地下水監測井中有 4眼水質為較差級別,占總井數的 12.5%,其主要污染物有總硬度、溶解性總固體、氟化物。其余 28眼井水質為差級別,占總井數的87.5%,其主要污染物是總硬度、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、氟化物。詳見表 5。

表4 內梅羅指數法綜合分析級別統計表

表5 滄州市淺層地下水監測井水質級別統計表

圖1 內梅羅指數法各類水百分比統計圖

通過以上分析可見,內梅羅指數綜合分析結果與地下水水質綜合分析結果基本一致。

2 農田灌溉及生活用水功能分析

2.1 生活飲用水功能分析

按照《生活飲用水衛生標準》(GB5750-2006)進行分析,結果表明,滄州境內 32眼淺層地下水監測井的水質均不符合生活飲用水標準,影響飲用功能的主要項目是礦化度、總硬度、氯化物、硫酸鹽。

2.2 農田灌溉功能分析

按《農田灌溉水質標準》(GB 5084-92)(旱作)進行分析,結果表明,32眼淺層地下水監測井的水質均不具備農田灌溉功能,影響灌溉功能的主要物質是溶解性總固體、氯化物。

從整體情況來看,滄州市境內淺層地下水基本上都屬于較差級別,不宜飲用和灌溉,雖然西部地區存有淺層淡水,中部地區淡水較少且呈零星分布,但是水中個別物質含量超標,按照相關標準和方法進行分析,也是較差級別的水質。

3 合理開發淺層地下水措施

淺層地下水是由降雨入滲、灌溉入滲、河道側滲等多種補給而形成的一種具有可恢復性的資源。其補給量的大小與它自身狀態有直接關系,因此,合理的開采可達到其相應的均衡狀態。所謂合理開采,就是要在地下水長期使用中不破壞自然環境的良性循環,在遇到豐枯交替的水文周期內能達到采補平衡。在此前提下,通過人為措施增大可采量,即合理開發淺層地下水包含兩個涵義:一是要使地下水在開采中達到采補平衡,二是采取人為措施增大可采量。地下水位有一個最佳埋深 ,若地下水位埋淺了,不僅會因無效蒸發增大而使采量減少,還易發生土壤鹽漬化和漬澇災害 ,影響作物正常生長。埋深了,地下水會長期得不到恢復,破壞水資源平衡。因此,合理調控地下水埋深是合理開發地下水的一個技術關鍵。合理開發淺層地下水的技術措施:一是合理調控地下水埋深;二是增加入滲水源。

4 結語

4.1 合理利用水資源

滄州市為改善大氣環境質量采取了多種手段,其中地面揚塵是造成大氣質量下降的主要因素之一?？刂频孛鎿P塵的最有效手段是廣植草皮、綠地,路面灑水也是很好的方法。無論是綠化還是灑水都需要大量的清水,供水緊張則限制了綠地面積的擴大和灑水頻度。另外,灌水不足也是滄州草坪生長不旺盛、綠色期短的主要原因。綠化、灑水本來不需要優質水作水源,而淺層地下水經簡單處理后可以補充用作上述用水。

4.2 提高地下水資源保護能力

污染物隨著地表水入滲進入土壤包氣帶后,會產生一系列復雜的物理、化學和生物作用,從而降低污染物對地下水的影響。簡言之,土壤包氣帶與其他環境因素一樣有自凈能力。這種能力大小,由包氣帶的巖性及顆粒大小等因素決定,一般用包氣帶環境容量衡量。土壤厚度大,就延長了污染物在包氣帶中運移的途徑和時間,使得污染物與包氣帶介質間的作用更充分 ,結果是提高了包氣帶的自凈能力,增大了它的環境容量,也增大了污染物穿過包氣帶進入地下水中的途徑,提高了水資源保護能力。

4.3 提高大氣降水的可利用率

滄州市的降雨量約為 551 mm/a,但是僅有一小部分滲入地下,絕大部分成為徑流排入河道,流出境外。如果充分利用淺層地下水就可以騰出地下水的庫容,在雨季能夠接納、蓄存更多的雨水,當然還要配合完善的雨水收集系統。這樣做還可以使受到污染的地下水得到置換、凈化。淺層地下水位降低導致部分含水層疏干,富余出更大的空間可接納地表水入滲,減少地下水蒸發,又可以減輕和防止漬澇災害。實質上,這是另一種形式的開源。

[1]杜時貴.水文學與供水水文地質學[M].北京:中國地質大學出版社,1995,35-36.

[2]劉兆昌 ,張蘭生 ,聶永生 ,等.地下水系統的污染與控制[M].北京:中國環境科學出版社,1991,28.