南四湖流域地表水水化學特征分析

孔 舒，尹靜章，許銘玉

(1.濟寧市水文中心，山東 濟寧 272000；2.德州市水文中心，山東 德州 253000)

1 概況

南四湖是我國北方最重要的湖泊之一，全湖面積1266km2，總庫容約47億m3。是山東省第一大湖泊，也是中國重要的淡水湖泊之一。

南四湖在山東省內的流域面積為27075km2，其中濟寧市境內11213km2、棗莊市境內3010km2、泰安市境內1103km2、菏澤市境內11749km2。南四湖屬淺水富營養型湖泊，物產豐富、自然資源眾多，是山東省重要的漁業養殖業基地。沿湖城市發達，工業以煤炭、電力為主；農業以小麥、玉米糧油等經濟作物為主，是魯西南重要的魚米之鄉。

南四湖流域地質地貌特點是大地單元構造屬中朝準地臺一魯西中臺隆的濟寧一成武凹斷束，西部聊考斷裂以西東明一帶為華北臺坳開封臺陷花園口臺凹，東部寧陽。滕州一線以東為魯西中臺隆魯西拱斷束尼山穹斷束。斷裂和隆起頗多。主要褶皺方向為北東向、北東東向，主要有寧陽背斜、滋陽背斜等。主要斷裂分為北東、北東東向和近南北向兩組，前者主要有汶泗、鄆城等斷裂，后者主要有嶧山、濟寧等斷裂。巖性主要有黑云母花崗片麻巖、黑云母變質巖、粘土等。

南四湖流域及主要河流示意如圖1所示。

圖1 南四湖流域及主要河流示意圖

2 監測方案

2.1 評價范圍

本次調查評價的范圍為南四湖流域及南四湖重要河流斷面流域(泗河流域、書院控制站以上流域)。調查匯總單元為南四湖流域套地級行政區。評價成果匯總單元為南四湖流域套地級行政區。

2.2 站點的布設原則

為了能夠全面真實的反映南四湖流域地表水水化學特點，本次評價中，對南四湖湖區監測點進行加密布設，共布設11處湖區站點。在南四湖流域山東區域中的大型河流的入湖口處均布設監測點。

為客觀的反映各縣市水域水化學性質的不同，在各大型河流經過的市界、縣界處加密布設監測點。南四湖流域山東區域共布設了82處水環境監測站點。

2.3 監測項目及頻次

為分析南四湖流域地表水水化學特性，本次評價中選取鈣、重碳酸鹽、碳酸鹽、總硬度、鉀、鐵、汞、鈉等37個項目進行水環境質量檢測，使得所測項目成果滿足水化學特性評價的要求。

選取評價區域的水質站點每月監測1次，全年監測12次，本次評價成果使用年度檢測結果平均值進行分析評價。

2.4 評價方法

地表水水化學特征評價一般分為總硬度評價、水化學類型評價和礦化度評價3個部分，本次評價過程均采用國際通用的阿列金分類法進行。

水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其中包括碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。總硬度評價是將水體中的總硬度按照數值的大小分為5個等級，見表1。

表1 地表水水體總硬度分級情況表 單位：mg/L

水體中的礦化度是指水中的金屬離子形成的無機鹽的總含量。本次評價將礦化度按照含量的數值大小分為五級，見表2。

表2 地表水礦化度分級標準 單位：mg/L

阿列金分類法是由俄國學者提出的，按水體中陰、陽離子的優勢組成成分和陰陽離子間的比例關系確定水體水化學類型的分類方法。阿列金分類法首先按照評價水體中含量最多的陰離子，將水分為3類：氯化物類(Cl)和碳酸鹽類(C)、硫酸鹽類(S)。然后在陰離子分類的基礎上，按照陽離子含量最多的3個種類，將水分為3組，分別為：鈣組(Ca)鎂組(Mg)和鈉組(Na)。在完成以上評價的基礎上，再根據水體中陽離子的成分及比例關系分為4個型：

Ⅰ型：碳酸鹽和重碳酸鹽的含量高于鈣鎂離子的總和，這種水體中碳酸鹽含量較高。

Ⅱ型：鈣鎂離子的總量高于碳酸氫鹽的含量，但是小于碳酸氫鹽和硫酸鹽含量的總和，淺層地下水符合此種特點的較多。

第Ⅰ型水的特點水中鉀、鈉離子含量較多。這種類型的水體成分大多來自于火成巖的沖刷溶融。水中主要成分是碳酸氫鹽和較多的鈉離子，由于鈣鎂離子含量較低，此類型的水礦化度含量一般較低，水體的總硬度較小。這類水體水質較好。

第Ⅱ型水體中含有較多的鈣離子和鎂離子，這類水與沉積巖的性質有關，水中的總硬度大于水中的堿度。地下水和部分湖泊(水庫)水質屬于這種類型。

第Ⅲ型水的特點是鈣鎂離子的含量高于碳酸鹽的硫酸鹽含量的總和，或者氯化物的含量高于鈉離子的量。一般礦化度較高的水體都是這一類型，比如海洋水和高鹽度的地下水。

第Ⅳ型水的特點是碳酸鹽含量很小，水體呈酸性。天然水體中幾乎不存在這種水。

水化學類型的不同是由于水體所在的自然環境造成的，土壤地質不同，含水層地質不同，導致水中的離子含量成分不同。

3 水化學特征評價結果

3.1 總硬度

本次流域評價共確定82處總硬度評價站點，根據檢測結果：符合總硬度三級標準的評價站點有19處，占總數的23.2%；有44處站點達到總硬度四級標準，占評價站點總數的53.6%；達到總硬度五級標準的有19個站點，占評價站點總數的23.2%。評價區域中站點均不符合一級或二級標準。可見，南四湖流域內的水體總硬度分屬三、四、五級，總硬度檢測最低值是濟寧市東部的西葦水庫評價站點；總硬度檢測最高值是棗莊滕州市群樂橋評價站點。

由評價結果看出：南四湖流域總硬度呈現有規律的片狀分布，其中濟寧泗水縣、鄒城東部、滕州市東北部和山亭區東北部屬于三級硬度區，總硬度值在250mg/L以下；其余地區總硬度均大于250mg/L。與礦化度的分布特點相符合。

總體來說，南四湖流域內地表水體中的總硬度含量自東向西增加，呈現有規律性的分布特點，總硬度分布特點與南四湖流域的地形地貌特征緊密相關。總硬度三級區集中在流域的東北部山區(包括泗水縣東北部、曲阜市東南部、鄒城市中東部和山亭區東北部地區)；濟寧中部(包括鄒城市西部、任城區、梁山縣和微山縣)總硬度水平均為四級，濟寧西部和菏澤市總硬度均屬五級。棗莊地區以硬水為主。評價區域內大部分地區是高硬度(>250mg/L)區。南四湖流域地表水總硬度特征分布如圖2所示。

圖2 南四湖流域地表水總硬度特征分布圖

3.2 礦化度

評價流域中共設置監測點82處；達到礦化度二級標準的評價站點有1處，占評價總站點的1.2%；達到礦化度三級標準的評價站點有12處，占評價總站點的14.6%；達到礦化度四級標準的評價站點有33處，占評價總站點的40.3%；評價區域內沒有站點符合礦化度一級標準。達到礦化度五級標準的評價站點有36處，占評價總站點的43.9%。礦化度檢測最低值出現在濟寧市東部的西葦水庫；礦化度最高檢測值出現在菏澤市沙土集。

從整體情況看，流域內礦化度呈現有規律的分布狀態，流域內礦化度在三級至五級之間，流域內主要為礦化度四級區和五級區。評價流域中西部(濟寧市西部和菏澤市東部)礦化度較高，為五級區；流域的中東部(濟寧市中西部和滕州市大部分地區)和流域西部(曹縣、東明縣大部分和單縣西部)均為礦化度四級區，流域的東北部(包括泗水縣大部分、曲阜市東南部、鄒城市中東部和棗莊市東北部地區)為礦化度三級區。

從行政區來看，三級礦化度出現在濟寧泗水縣、鄒城東部和滕州市東北部；呈片狀分布；五級礦化度出現在菏澤市東部和濟寧市西部，呈片狀分布；四級礦化度出現在濟寧市中東部和菏澤市西部，滕州市和山亭區大部分地區均屬礦化度四級區。這與總硬度評價結果相符。南四湖流域地表水礦化度特征分布如圖3所示。

圖3 南四湖流域地表水礦化度特征分布圖

3.3 水化學類型

地表水中主要離子有鉀離子、鈣離子、硫酸鹽、氯化物和碳酸鹽等水中8種主要離子。這些離子的總量數值上接近水體的礦化度。本次評價按照水體中陰、陽離子間的成分組成和比例關系來決定水化學類型的分類。然后按照阿列金分類法進行評價。

以水資源分區來看，湖西區以Cl類Na組Ⅱ型為主；西部少量分布有C類Na組Ⅱ型分布；評價區東部為山區，以Cl類Na組Ⅲ型為主，與地形特征相符；北部有S類Na組Ⅲ型出現，應該與此處靠近黃河有關；西南部有S類Ca組Ⅱ型出現；湖東區西部為Cl類Na組Ⅱ型，與湖西區相同。

以行政區來看，棗莊薛城區、山亭區南部和微山東南部為S類Ca組Ⅱ型；泗水縣、曲阜市、鄒城市和滕州市大部、山亭區北部均屬于Cl類Na組Ⅲ型，微山縣和寧陽縣北部及兗州部分地區出現S類Na組Ⅲ型；濟寧市西部和菏澤大部分地區屬于Cl類Na組Ⅱ型。菏澤市東明縣南部、曹縣西部和單縣西北部為C類Na組Ⅱ型。南四湖流域地表水水化學類型分區如圖4所示。

圖4 南四湖流域地表水水化學類型分區圖

4 成果合理性分析

4.1 評價結果與地質地貌特征相符

4.2 總硬度、礦化度和水化學類型三者關系合理

本文對南四湖流域主要河流水體的化學特性進行了系統的檢測評價，對南四湖流域地表水的總硬度、礦化度和水化學特征進行了分析研究。結果表明：南四湖流域礦化度以三級、四級為主，少部分地區處于礦化度二級區，南四湖流域水體屬于較高礦化度水體；總硬度評級以三級為主，部分地區屬于總硬度二級區或一級區，屬于適度硬度水。通過對水化學類型進行分析發現：南四湖流域大部分地區屬于Cl類，流域東部山區屬于C類，極少部分區域屬于S；流域內Na組Ⅱ型和Na組Ⅲ型均有分布。

與上次南四湖流域水化學評價成果相比，流域內地表水礦化度和總硬度含量變大，礦化度和總硬度分級逐級變高。

5 水化學影響因素分析及保護措施

地表水水化學分布特征容易受到諸多因素的影響，例如：降水、環境條件，水源補給地地質條件和人類活動等因素。通過對分析：地質地貌條件的影響對南四湖流域的水化學特性起主導作用，區域內的地形地貌條件、巖石成分組成、土壤成分類型等直接影響區域內的地表水水化學類型。南四湖流域水化學分布規律和流域內地形地貌特點相符。可見，南四湖流域水化學特點主要受流域內地形地貌影響，其主要的水化學類型特征分類并未改變。

由于受人類活動和工農業生產的影響，區域內地表水礦化度和總硬度的含量持續升高，礦化度和總硬度級別也對應升高。流域內水化學特征類型呈現相應的變化。我們應實施相應的措施，法制化、規范化的管理利用流域水資源。實現生活、生產和生態的合理分配，水資源和經濟社會的協調發展。確保南四湖流域水資源的可持續利用。

6 結語

南四湖流域是我國重要的自然生態水域，南四湖流域水資源的開發與利用對我國社會發展和生態安全的保障，具有十分重要的作用。通過對南四湖流域地表水水化學特征的探究，可以為南四湖流域的環境治理提供有效的基礎資料，對促進水資源的可持續利用，提供了可靠地數據支撐。對保護南四湖生態安全和實現南四湖的可持續發展具有重要的意義。

通過本次對水化學站點的監測和數據分析發現：由于監測站點布設密度的問題和水環境監測頻率等條件的制約，本文在地表水水化學分布規律的總結上還不盡完美。