渾河沖洪積扇地淺層地下水污染評價

馬志偉 ，都基眾 ，崔 健 ，楊 澤 ，李 霄

（1.沈陽市水利信息中心，遼寧 沈陽 110034；2.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，遼寧 沈陽 110034）

與地下水質(zhì)量相比，地下水污染主要是由人類生產(chǎn)生活活動所引起的水質(zhì)變異。國內(nèi)對地下水質(zhì)量評價的研究很多，地下水質(zhì)量評價是基于特定水質(zhì)標(biāo)準的評價，通常是評價現(xiàn)狀條件下的水質(zhì)量狀況，是進行其對某種用途的適宜性評價；而地下水污染評價是基于背景值或污染起始值的污染程度評價[1]，該項評價內(nèi)容注重現(xiàn)狀的污染程度，該項工作要靠長期以來的資料積累，往往可以揭示水質(zhì)變化的原因或機理，是進行水質(zhì)量改良和水環(huán)境保護的依據(jù)。

地下水是遼寧省中部城市群的主要供水水源，在地區(qū)國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展中起著十分重要的作用[2]。“十五”規(guī)劃以來，工農(nóng)業(yè)及城市建設(shè)飛速發(fā)展，“三廢”排放量和農(nóng)藥化肥使用量不斷增加，致使地區(qū)淺層地下水污染日益嚴重，嚴重限制了地區(qū)地下水資源的開發(fā)利用。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然條件與經(jīng)濟概況

渾河沖洪積扇地位于遼寧省中部，行政區(qū)劃包括沈陽市屬各區(qū)及遼中縣、新民市的一部分和燈塔市的北部。地理座標(biāo)屬于北緯 41°30′～42°00′，東經(jīng) 123°00′～123°40′，面積 2432km2。年平均降水量587.5mm，平均蒸發(fā)量826.8mm，2009年地下水開采量約為21億m3，占水資源總量的73.22%。東北老工業(yè)基地龍頭的沈陽市，是東北地區(qū)經(jīng)濟、政治與文化中心，2009年地區(qū)生產(chǎn)總值4268.5億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值54654元，居全省之首。

1.2 區(qū)域水文地質(zhì)

渾河沖洪積扇地第四系松散巖類孔隙水廣泛分布，淺層地下水主要包括兩層：1）全新統(tǒng)沖積、沖洪積砂礫石孔隙潛水含水層，分布于渾河高低漫灘區(qū)，巖性為砂礫石、砂卵石，平均厚度20～50m，地下水位埋深近河地區(qū)5～7m，市區(qū)多為12～22m，單位涌水量 10.0～30.0L/（s·m）。其補給源以渾河滲透、大氣降水與地下徑流為主，該層位地下水是城市供水的主要開采層位。2）上更新統(tǒng)沖洪積砂礫石孔隙微承壓水含水層，分布于渾河的南、北一級階地，巖性為砂礫石、砂卵石，厚度10～28m，其水位埋深渾河北岸的東部一般為12.0～16.0m，西部為 8.0～26.0m；南岸為 5.0～9.0m；單位涌水量10.0～15.0L/（s·m）。其補給源以地下徑流和大氣降水為主，灌溉入滲為輔。[2～5]

2 水樣采集與檢測

2009年8月下旬至10月下旬，2010年4—10月兩個階段，通過研究區(qū)地下水污染調(diào)查，以面上控制和局部加密為原則，按照近似11組/100km2的采樣密度，選擇具有代表性、易于取樣操作的居民常用機井和部分供水井進行樣品采集工作。

采集淺層地下水（潛水和微承壓地下水）樣品218組。按中國地質(zhì)調(diào)查局《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價規(guī)范》[6]要求，針對不同的測試指標(biāo)，樣品采集后立刻加入相關(guān)的保護劑，以防止測試指標(biāo)發(fā)生揮發(fā)、氧化、還原等物理或化學(xué)反應(yīng)。并及時送到國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心分析檢測。檢測項目包括總硬度、TDS等33項無機類指標(biāo)。

3 地下水化學(xué)特征

3.1 地下水化學(xué)類型

研究區(qū)淺層地下水化學(xué)類型比較復(fù)雜，多達23種。如圖1所示，在陽離子三角形中，水樣點多落在左下、中部，全部落在對應(yīng)菱形的1～2區(qū)內(nèi)，Ca2+含量最多，Mg2+，Na+次之；陰離子三角形中，水樣點分布散亂，中部偏左下居多，HCO3-含量最多，SO42-次之。區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)類型主要以HCO3·SO4—Ca·Mg 型 ，HCO3·SO4—Na·Ca 型 ，HCO3·SO4·Cl—Ca 型 ，HCO3·SO4—Na·Ca·Mg型，HCO3—Ca型5種為主，分別占總體比例的13.76%，11.93%，8.72%，6.88%，6.88%。較之早期簡單的水化學(xué)類型，渾河沖洪積扇地淺層地下水化學(xué)類型發(fā)生了質(zhì)的改變，形成了污染型的水化學(xué)類型[5]。

3.2 地下水化學(xué)特征

利用SPSS軟件，對218組樣品33項指標(biāo)的測試結(jié)果，進行統(tǒng)計分析，見表1。

圖1 淺層地下水Piper三線圖

渾河沖洪積扇地淺層地下水pH在5.81～8.3之間，均值6.59；礦化度一般在0.1～1g/L之間；總硬度均值 356.34mg/L。NH4+-N，NO2—N，Cd的變異系數(shù)都在3以上，表明這幾種離子濃度局部富集程度高，含量起伏變化大。總之，研究區(qū)內(nèi)淺層地下水化學(xué)呈弱酸性、低礦化度硬水特征。

4 淺層地下水污染評價

4.1 背景值的確定

評價指標(biāo)的背景值一般可以采用1985年前或者更早的該地區(qū)地下水中無機組分值作為此次調(diào)查評價的背景值（見表2）；如果沒有完整的早年相關(guān)資料，可以通過如下數(shù)學(xué)公式對本次無機樣品測試結(jié)果進行數(shù)理統(tǒng)計，得出背景值：

表1 水樣測試結(jié)果統(tǒng)計表mg/L

式中：Y為背景值；X為多個點組分測試濃度的算術(shù)平均值；Xn為某單點組分測試濃度值；S為標(biāo)準偏差；n為項數(shù)。

表2 部分評價指標(biāo)背景值表 mg/L

4.2 污染指數(shù)評價法

本次淺層地下水污染評價采用污染指數(shù)評價法，其以評價背景值和《地下水質(zhì)量標(biāo)準》[7]中III類水的水質(zhì)指標(biāo)為參考對照，構(gòu)建如下計算公式：

式中：Pki為k水樣第i個指標(biāo)的污染評價指數(shù)；Cki為k水樣第i個指標(biāo)的測試結(jié)果；C0為對于無機組分，代表k水樣所在區(qū)域指標(biāo)i的背景值；CⅢ為《地下水質(zhì)量標(biāo)準》中指標(biāo)i的III類指標(biāo)限值。

4.2.1 單指標(biāo)污染評價指數(shù)分級

利用上述公式分別計算各水樣點單指標(biāo)污染指數(shù)結(jié)果Pki，并同表3中污染評價指數(shù)分級標(biāo)準對照劃分污染等級，得出各水樣單指標(biāo)污染等級劃分結(jié)果。

表3 單指標(biāo)污染評價指數(shù)分級標(biāo)準表

4.2.2 綜合污染評價

對單指標(biāo)污染評價完成并依次劃分好等級后，將各水樣單因子污染等級做比對，規(guī)定其中污染等級最高指標(biāo)的等級劃分結(jié)果作為該水樣點的地下水污染綜合評價結(jié)果。

4.3 結(jié)果與分析

由上述方法經(jīng)編程計算，得到研究區(qū)淺層地下水218個采樣點的污染評價結(jié)果：

1）Ⅰ類未污染有2點，一是在沈北新區(qū)溝子沿村，一是在渾河西南岸的河南水源地。

2）Ⅱ類輕污染有24點，占總評價點數(shù)的11.00%。主要小面積地分布在研究區(qū)北以及沈陽市區(qū)內(nèi)大部分水源地，主要受到城市生活污染的影響。

3）Ⅲ類中度污染有36點，占總評價點數(shù)的16.51%。主要在研究區(qū)北部和西南部小范圍分布，受城鎮(zhèn)生活污染影響較大。

4）Ⅳ類較重污染有18點，占總評價點數(shù)的8.26%。主要分布在研究區(qū)北部的平羅鎮(zhèn)-道義鎮(zhèn)-虎石臺鎮(zhèn)-蒲河鎮(zhèn)一線和西南部渾河下游兩岸較大范圍地區(qū)，農(nóng)藥和化肥的施用是其淺層地下水主要污染來源。

5）Ⅴ類嚴重污染有24點，占總評價點數(shù)的11.00%。在研究區(qū)東部、南部，即沈陽市的鐵西、于洪、東陵、蘇家屯等行政區(qū)內(nèi)大范圍分布，評價點基本在城鎮(zhèn)中小工廠企業(yè)附近，工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)污染是其地下水主要污染源。

6）Ⅵ類極嚴重污染有114點，占總評價點數(shù)的52.29%。之所以大部分評價點為極重污染，一是與此次地下水污染調(diào)查采樣目的有關(guān)，二是這些點主要分布在沈陽市西部工業(yè)經(jīng)濟區(qū)、排污河渠（細河、蒲河）等污染較重的污染源附近。

5 結(jié)語

1）渾河沖洪積扇地淺層地下水已經(jīng)形成復(fù)雜的污染的水化學(xué)類型，地下水水質(zhì)以弱酸性、低礦化、硬水為特征。地下水水質(zhì)現(xiàn)狀嚴重威脅著地區(qū)飲水安全。

2）對218個樣品的33項測試指標(biāo)進行統(tǒng)計分析，樣本大、涵蓋信息豐富，具有明顯的統(tǒng)計學(xué)意義，使結(jié)果更加符合實際。

3）與以往地下水質(zhì)量評價相區(qū)別，本次采用污染評價指數(shù)法，對渾河沖洪積扇地淺層地下水污染現(xiàn)狀進行了綜合評價。結(jié)果顯示，71%左右的采樣點評價級別是較重污染、嚴重污染和極重污染；只有11%的采樣點是未污染和輕污染。地下水污染現(xiàn)狀很大程度上制約了地區(qū)工農(nóng)業(yè)正常發(fā)展，而且日趨威脅到城市飲水安全。研究區(qū)淺層地下水污染評價，為制定地區(qū)地下水保護與污染防治措施提供了真實可靠的依據(jù)。

[1]呂書君.我國地下水污染分析[J].地下水，2009，31（1）：1-5.

[2]李 凱，卞玉梅，楊 靜，等.下遼河平原地下水多年動態(tài)變化特征分析[J].地質(zhì)與資源，2009，18（2）：140-143.

[3]都基眾，趙 杰，刑樹文.沈陽市城區(qū)地下水位的變化與控制[J].地質(zhì)與資源，2006，15（1）：62-66.

[4]單 麗，王宇麗.遼寧省地下水水質(zhì)現(xiàn)狀變化趨勢[J].東北水利水電，2008，26（284）：68-70.

[5]崔 健，楊 澤，都基眾，等.基于GIS的沈陽市淺層地下水脆弱性評價研究[J].節(jié)水灌溉，2011，185（1）：53-56.

[6]中國地質(zhì)調(diào)查局.地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價規(guī)范[S].2008.

[7]地下水質(zhì)量標(biāo)準[S].GB14848-2007.