不同水文地質(zhì)條件對(duì)城市地下水資源污染的影響研究

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件；地下水資源污染；六價(jià)鉻；蒸發(fā)濃縮；地下水水流

中圖分類號(hào)：X523 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

地下水，作為中國城市重要的供水源之一，在人類生產(chǎn)生活和城市發(fā)展的雙重作用下，城市地下水污染愈發(fā)嚴(yán)重，對(duì)此，中國國內(nèi)的相關(guān)專家學(xué)者對(duì)此展開了深入的研究。如劉玲等人在Galerkin有限元法的基礎(chǔ)上，針對(duì)六價(jià)鉻污染建立了土壤-地下水三維模型。通過不斷改變補(bǔ)給條件，觀察模型中淺水面的變化規(guī)律，同時(shí)結(jié)合阻滯系數(shù)和反應(yīng)常數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下水污染的研究分析。趙興茹等人對(duì)不同水文地質(zhì)下的石家莊滹沱河地下水污染情況展開了分析，并得出具體結(jié)論，該條河流由于處于沖洪積扇地區(qū)，受地表化學(xué)污染較為嚴(yán)重，其中，磷酸三乙酯和二叔丁基對(duì)甲酚超出標(biāo)準(zhǔn)值好幾倍，對(duì)地下水造成了較為嚴(yán)重的污染。

不同的水文地質(zhì)條件對(duì)城市地下水資源污染的影響不相同，上述的兩種方法未對(duì)不同水文地質(zhì)進(jìn)行深入的研究。通過分析山前平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)、沖擊平原水文地質(zhì)以及石灰?guī)r水文地質(zhì)4種水文地質(zhì)下的城市地下水資源污染情況后，針對(duì)某個(gè)城市文章建立了地下水水流模型和水質(zhì)模擬算法，經(jīng)過分析論證后可以得出結(jié)論。證明應(yīng)用所提方法得到的結(jié)果非常接近觀測(cè)井結(jié)果，驗(yàn)證了所提方法的合理性和可行性。

1研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)樘猩侥?、黃沁河北，涵蓋多種水文地質(zhì)條件。地下水埋深較淺，主要為淺層孔隙水，由地表水入滲、大氣降水及礦坑排水渠道滲漏補(bǔ)給，天然補(bǔ)給量達(dá)1.723m³/s。

開采地下水導(dǎo)致淺層儲(chǔ)量銳減和流場(chǎng)變化。山前平原主要依賴地表水和降水補(bǔ)給，但因下游過度開采和煤礦排水，含水層呈干旱或半干旱狀態(tài)。山前交接洼地坡度較緩，以上游徑流為主，輔以降水和農(nóng)業(yè)灌溉滲透。開采時(shí)，補(bǔ)給與排水平衡，水位變化小，年際變幅約1.0m。沖擊平原為地下水降落漏斗區(qū)，水位年際變化較小，為1.94m。

2研究方法

構(gòu)建地下水水流和水質(zhì)模擬算法利用三維穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型對(duì)研究區(qū)域內(nèi)地下水資源的水流情況進(jìn)行模擬，并且為了提高準(zhǔn)確性，增加水文地質(zhì)條件因子，構(gòu)建如式（1）所示的地下水水流模擬算法：

3水文地質(zhì)條件對(duì)城市地下水資源污染影響結(jié)果及分析

利用式（1）和式（3）建立不同水文地質(zhì)地下水水流和水質(zhì)模型，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)六價(jià)鉻的分布、遷移和污染機(jī)理進(jìn)行模擬。同時(shí)，在研究區(qū)域內(nèi)選取5個(gè)合適的點(diǎn)作為觀測(cè)井，將所提方法模擬數(shù)據(jù)與觀測(cè)井觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下文分析，確保反映不同水文地質(zhì)條件下地下水資源污染的狀況。這些觀測(cè)井的地理位置經(jīng)過精心布置，旨在捕捉不同地質(zhì)條件下的水流動(dòng)態(tài)和水質(zhì)變化。關(guān)于觀測(cè)井上游的補(bǔ)給情況，注意到上游地區(qū)的補(bǔ)給主要受到降雨、河流側(cè)向補(bǔ)給等多種因素的影響。這些補(bǔ)給水源在經(jīng)過不同地質(zhì)環(huán)境時(shí)，會(huì)與地下水發(fā)生相互作用，影響地下水的化學(xué)組分和流動(dòng)特性。通過分析觀測(cè)井上游的補(bǔ)給情況，可深入地理解地下水污染的來源和傳播機(jī)制，為制定有效的水資源保護(hù)和管理策略提供重要依據(jù)。

通過對(duì)比模擬數(shù)據(jù)與觀測(cè)井觀測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地評(píng)估不同水文地質(zhì)條件下地下水資源污染的影響，為后續(xù)的環(huán)境保護(hù)和治理工作提供科學(xué)依據(jù)。以下是5個(gè)合適的點(diǎn)作為觀測(cè)井的地理位置布置圖見圖1。

3.1山前平原水文地質(zhì)對(duì)地下水資源污染影響分析

山前平原水文地質(zhì)區(qū)域的物質(zhì)沉積有著明顯的分帶現(xiàn)象，距離山區(qū)較近的區(qū)域，沉積物顆粒相對(duì)來說要大一些，距離遠(yuǎn)的則小一些。因此，山前平原也形成了不同的水文地質(zhì)條件。將距離山麓較近的區(qū)域稱為沖積扇頂部區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的沉積物顆粒較大，給水度較大，沉積物蓄水能力較弱。

在沖積扇頂部區(qū)域，地表保護(hù)層較薄，極易受到自然環(huán)境和人類活動(dòng)的破壞。雖然該地區(qū)吸收大量地表水和大氣降水，為地下水作了充分補(bǔ)充，但是該地區(qū)同樣吸收了大量的地表廢水和污水，在水流的作用下快速擴(kuò)散，導(dǎo)致該區(qū)域受污染情況嚴(yán)重。

山前平原水文地質(zhì)地帶城市地下水資源污染主要來自于生活污水、工廠排污以及利用超標(biāo)廢水進(jìn)行人工加灌，使得山前平原沖積扇頂部區(qū)域要比中下部區(qū)域更容易被污染。當(dāng)沖積扇頂部區(qū)域受到污染后，隨著地下水的流動(dòng)同樣污染了中下部區(qū)域，所以，位于沖積扇頂部區(qū)域的城市，應(yīng)將排污量大的工廠和居民點(diǎn)盡量布置在中下部區(qū)域，從而減少城市地下水污染。

3.2山前交接洼地水文地質(zhì)對(duì)地下水資源污染影響分析

山前交接洼地污染物濃度低于山前平原但高于沖擊平原。河流最終匯入湖泊或海洋，河口區(qū)匯集大量沖擊物，長時(shí)間沉積形成松散砂層與黏性土結(jié)合，含有地下水資源。河口區(qū)地形為濱海三角洲平原，城市區(qū)域地下水含咸水，由海水入侵和倒灌導(dǎo)致。山前交接洼地淡水層沉積物顆粒小，地下水流速慢，對(duì)城市補(bǔ)給較少。

3.3沖擊平原水文地質(zhì)對(duì)地下水資源污染影響分析

河流攜帶的沉積物形成沖擊平原，階地是河流兩側(cè)的臺(tái)階狀地形，沉積物厚度分層明顯，多為二元結(jié)構(gòu)。階地底層基巖存水性能優(yōu)秀，為砂礫石層貯存地下水，河水和沖擊平原地下水存在相互補(bǔ)給關(guān)系。

3.4石灰?guī)r水文地質(zhì)對(duì)地下水資源污染影響分析

如圖2所示，石灰?guī)r水文地質(zhì)區(qū)域的污染物濃度要高于沖擊平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)，但是低于山前平原水文地質(zhì)。石灰?guī)r水文地質(zhì)是一種可溶性巖石，當(dāng)接觸到含有二氧化碳和各類酸性物質(zhì)的降水時(shí)，將會(huì)逐步開始出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，被稱為溶蝕作用。

巖溶發(fā)育程度對(duì)石灰?guī)r地區(qū)地下水的分布、貯存以及埋藏深度均產(chǎn)生影響，但是同一地區(qū)巖溶發(fā)育程度又存在著差異，因此，地下水資源含量也有所不同。巖溶區(qū)的地表水常常會(huì)出現(xiàn)突然消失的情況，這是由于地表水進(jìn)入地下暗河中，在下游的某個(gè)區(qū)域流出地表。由此看出，巖溶地下水與地表水二者之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。

整體觀察圖1-圖2看出，所提方法模擬值與觀測(cè)井觀測(cè)值擬合情況較為優(yōu)秀，證明所提方法建立的水流和水質(zhì)模型可以真正反映研究區(qū)域內(nèi)的實(shí)際水文地質(zhì)條件。

3.5不同水文地質(zhì)條件對(duì)地下水資源污染的影響整體分析

地下水中六價(jià)鉻的標(biāo)準(zhǔn)含量為0.05 mg/L，研究區(qū)域內(nèi)六價(jià)鉻的分布情況見圖3。

圖3顯示，六價(jià)鉻污染濃度在山前平原最高，隨后依次減少，高出標(biāo)準(zhǔn)值約4倍。盡管山前平原包氣帶較厚，但地下水六價(jià)鉻含量卻遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。這歸因于山前平原的粗砂卵礫石和含黏土卵礫石沉積物，使地表水和降水易滲透至地下，補(bǔ)給地下水資源。

山前平原水文地質(zhì)作為研究區(qū)域地下水系統(tǒng)的勢(shì)源，當(dāng)該區(qū)域地下水資源受到污染后，影響另外兩個(gè)水文地質(zhì)條件區(qū)域。從圖3看出，六價(jià)鉻的遷移方向受河流影響較大，基本與水流方向一致，由西北向東南方向遷移，流速逐漸減小。這是由于在河流的帶動(dòng)下，六價(jià)鉻通過徑流擴(kuò)散的方式滲透到地下水資源中。

地下水資源總硬度的標(biāo)準(zhǔn)值為450mg/L，研究區(qū)域內(nèi)地下水的總硬度分布情況見圖4。

如圖4所示，總硬度污染濃度隨水文地質(zhì)條件的變化趨勢(shì)與六價(jià)鉻相似，其中山前平原的總硬度超過標(biāo)準(zhǔn)值6倍。受太行山屏障和海拔差異影響，研究區(qū)域蒸發(fā)量遠(yuǎn)超降水量，導(dǎo)致干旱。山前交接洼地地下水埋藏淺，沉積物顆粒小，毛細(xì)作用強(qiáng)，蒸發(fā)量是滲透量的4～6倍，使鹽分積累，導(dǎo)致總硬度逐年惡化。

4結(jié)束語

地下淡水資源是人們生活和社會(huì)發(fā)展離不開的自然資源之一，具有開采難度低、水質(zhì)優(yōu)良以及其他諸多優(yōu)點(diǎn)。為此，針對(duì)某個(gè)區(qū)域不同的水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，研究其對(duì)地下水資源污染的影響。文章研究區(qū)域位于太行山以南、黃沁河沖積平原以北，水文地質(zhì)條件分為山前平原水文地質(zhì)、山前交接洼地水文地質(zhì)、石灰?guī)r地區(qū)水文地質(zhì)和沖擊平原水文地質(zhì)四種不同的類型。通過對(duì)研究區(qū)域建立水流和水質(zhì)模擬算法，確定了兩種對(duì)地下水污染最嚴(yán)重的污染物，分別是六價(jià)鉻和總硬度。通過對(duì)這兩類污染物的遷移方向、污染機(jī)理和擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行分析后，確定兩種污染物的污染方式分別為徑流擴(kuò)散和蒸發(fā)濃縮，遷移方向與河流方向一致。