晉祠泉域巖溶地下水水質評價

高嵚山

（山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001）

1 泉域概況

晉祠泉為山西省19個重點保護巖溶大泉之一，泉域總面積2 030 km2，其中裸露可溶巖面積達375.25 km2。

泉域東部邊界沿柳林河與獅子河的分水嶺向南至王封村，折向三給村，沿汾河至汾河二壩。南部邊界從汾河二壩經清徐縣西高白沿古交市與交城縣的行政分界線至郭家梁村。西部邊界沿婁煩縣、古交市、靜樂縣的交界處往南經牛頭山、羅家曲村、白家灘村、康莊村至郭家梁村。北部邊界為古交市與靜樂縣的行政分界線。

晉祠泉域地勢西北高、東南低，屬呂梁山脈東翼，面積約1 771 km2，海拔高度900～1 500 m，相對高差300～500 m?；規r裸露區主要分布于泉域北部，為典型的北方巖溶地貌，巖溶裂隙發育，可見溶洞、溶孔、巖溶洼地，東西部邊緣地區有零星出露，但面積很小，形不成獨立的巖溶地貌。泉域中部和南部被晚古生代砂頁巖覆蓋，局部可見中生代地層和黃土覆蓋。

2 巖溶地下水化學特征及分布規律

2.1 地下水化學特征

泉域內巖溶地下水補給主要是大氣降水入滲和河道滲漏補給，地下水化學成份受地下水補給條件和運動距離控制外，與地質構造和地層變化有密切關系。監測資料表明，晉祠泉域巖溶水從補給徑流區到排泄區，總硬度、礦化度、SO42-及水化學類型等具有明顯變化規律。

2.2 地下水化學類型及分布規律

地下水化學類型采用阿廖金分類和舒卡列夫分類兩種方法。

綜上分析，巖溶水地下水水質類型由西北向東南地下水流向呈HS－CM，SH－CM的規律變化，總硬度、礦化度、等多種離子含量也隨著由低到高的規律變化。沿邊山斷裂帶，中部巖溶水水質明顯好于兩側，南部最次，表明中部巖溶水循環交替作用強烈，而南部相對較慢，基本處于滯流狀態，并在上游所經煤系地層較多所致。

3 地下水水質評價

地下水是該區域內工農業生產、城鎮生活的主要供水水源，對優化泉域水資源配置、合理開發利用和保護地下水資源、保障城鄉居民飲水安全、防止水污染、保護水環境、促進泉域水資源在區域經濟發展中的可持續利用、加強泉域地下水環境監測和地下水質保護具有十分重要的作用。此次評價采用長期定點和隨機監測相結合的辦法，綜合研究地下水水質現狀、水質演變過程，分析影響地下水的污染源頭及防治措施。在泉域內持續對8個巖溶水井水質站點進行長期采樣分析，評價以《地下水質量標準》為評價標準，采用綜合指數評價法，通過對各監測因子單項評價后再進行綜合評價。

3.1 地下水質量評價

地下水質量評價以地下水水質監測資料為基礎，分為單項組分評價和綜合評價，共選取pH值、總硬度、礦化度、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發酚、高錳酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷化物、六價鉻、鎘、鉛等21項評價因子。

地下水質綜合評價分值的計算和質量級別計算方法如下：

單項組分評價分值Fi按表1規定執行，然后根據公式1—2計算綜合評價分值F。

表1 單項組分評價分值Fi表

式中：Fmax——為各單項組分評價分值Fi中的最大值；

n——評價的單項數目；

根據F值，按表2劃分地下水質量級別。

表2 地下水質量級別劃分表

經綜合評價成果分析，巖溶水水化學類型沿補給徑流區至排泄區為HS-CM→SH-CM，水質質量級別由良好向較差、極差變化，總體上補給徑流區巖溶水水質比較穩定，呈良好到較好的變化趨勢。排泄區總硬度、礦化度、硫酸鹽、鐵、氨氮、氟等呈逐漸增高趨勢，并引起離子超標，評價結果見表3。

表3 晉祠泉域巖溶地下水質量評價結果表

3.2 地下水污染源

本區地下水污染源主要分原生污染和次生污染，原生污染受地質構造及水文地質條件控制，次生污染與人類活動密切相關。

3.2.1 汾河滲漏污染

汾河流經該區域時，經過兩段裸露灰巖區，并發生強烈滲漏現象。

第一段是從羅家曲—鎮城底，地下水位低于河水位，河床底部巖石節理較發育，對河水滲漏補給地下水形成有利條件，但汾河流經該段時，污染程度甚微，不構成對巖溶水系統污染的威脅。第二段是從河下村—小塔村，該段有古交斷層通過，河床地表水水位與地下水位相差40～90 m，使汾河水強烈補給地下水，補給段長21 km。這一地段位于古交市下游，匯入古交市大量的生活污水、礦坑水及其他工業廢水，是危及晉祠泉重要的污染源。該段滲入的水，一部分在玄泉寺溢出，再與地表水匯合向蘭村方向流去，另一部分地下徑流向晉祠泉方向運移。由于該段距離晉祠泉較遠，污水滲入地下后，在長時間、遠距離運移中被凈化，而該巖溶水系統又有較大的環境容量，因此，短時間內在晉祠泉及其他巖溶水井中不會產生大的影響。古交汾河段地表水污染如長期得不到治理，該段污染源影響到西邊山沿線，一旦作為太原西邊山沿線城市、農村生產生活供水的主要供水源被污染，其后果將十分嚴重。

3.2.2 王封溝滲漏污染

王封溝滲漏地段是地方小煤窯和煉焦場的集中分布區，為酸性礦坑水、生活污水和煉焦場的綜合污染體。該地段污水化學成分復雜，污染物種類多、遷移性強，礦坑水大量滲入地下，而距晉祠比河下—小塔滲漏段較近，且凈化與稀釋能力比不上河下—小塔滲漏段。因此，該段是形成污染最應注意的地段，以上均可稱為遠源污染。

對晉祠泉來說，在近處能造成污染的主要是風峪溝。2008年以來，風峪溝在店頭以上的多處小煤礦均已停產關閉，礦坑排水大量減少，地表水環境已初步得到改善，但仍有一些國營大礦向外排放礦坑水，而且水質極差。因其特殊的地質條件和地理位置，對晉祠泉的影響和威脅較大，因此，對該溝上游煤礦礦坑排水及店頭村生活污水應采取必要的治理措施。除此之外，對官地、白家莊、杜兒坪和西銘礦產生的近源污染也應給予高度關注。

3.3 地下水污染的主要特征

3.3.1 地下水類型的改變

從補給徑流區到排泄區地下水類型總體上是從HS-CM向SH-CM型轉變，表明地下水污染通過煤系地層、奧陶系峰峰組石膏地層的自然淋溶、侵蝕等綜合因數影響的結果。

3.3.2 地下水硬度的增高

地下水硬度增高是城市化過程中過度開采地下水導致采補失調后的一種地下水污染現象，主要是由于地下水位持續下降，大氣降水對地下水的補給排泄周期延長所致。另外，城市工業、生活污水和垃圾降解產生的有機污染物、酸堿鹽污染及由此產生的二氧化碳、鈣、鎂和促進碳酸鹽的溶解作用，也會促使地下水硬度增高。

3.3.3 地下水礦化度增高

地下水礦化度的高低，除與水文地質條件有關外，還與污染狀況有密切的關系，也是反映地下水污染的一種主要特征。

3.3.4 硫酸根離子含量的增高

硫酸根離子變化幅度較大，補給徑流區巖溶水硫酸鹽含量由84.1 mg/L增至176 mg/L，排泄區巖溶水硫酸鹽含量在325～534 mg/L之間。

總之，巖溶地下水從補給區到排泄區，沿著地下水運移方向，水溶液中多項水化學離子含量不同程度地增高，充分說明地下水水質的變化主要受上覆煤系地層和奧陶系峰峰組地層入滲水量的影響，同時與人類活動的影響息息相關。地下水污染人為因素首先是泉域地下水資源無節制的開采，工業、生活污水的任意排放，煤礦開采過程中大規模破壞水環境，煤矸石長期露天堆放以及煉焦污染和煤炭運輸，都會對地下水質產生嚴重影響。其次是地下水超采造成原生水環境、水流場改變，使地下水循環深度加深，循環周期延長，補給、徑流、排泄條件不暢，地下水環境逐步惡化。

4 結語

水質監測結果表明，泉域水環境質量整體較為穩定，經綜合評價成果分析，巖溶水水化學類型沿補給徑流區至排泄區總體上呈HS-CM向SH-CM變化，局部區域水質異常，總硬度、硫酸鹽等呈逐漸增高趨勢，泉域水資源實現根本好轉。