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渾河沖洪積扇地淺層地下水污染評(píng)價(jià)

2011-05-31 06:36:38馬志偉都基眾
東北水利水電 2011年9期
關(guān)鍵詞:渾河淺層沈陽(yáng)市

馬志偉 ,都基眾 ,崔 健 ,楊 澤 ,李 霄

(1.沈陽(yáng)市水利信息中心,遼寧 沈陽(yáng) 110034;2.沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 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(dòng)所引起的水質(zhì)變異。國(guó)內(nèi)對(duì)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究很多,地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)是基于特定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià),通常是評(píng)價(jià)現(xiàn)狀條件下的水質(zhì)量狀況,是進(jìn)行其對(duì)某種用途的適宜性評(píng)價(jià);而地下水污染評(píng)價(jià)是基于背景值或污染起始值的污染程度評(píng)價(jià)[1],該項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容注重現(xiàn)狀的污染程度,該項(xiàng)工作要靠長(zhǎng)期以來(lái)的資料積累,往往可以揭示水質(zhì)變化的原因或機(jī)理,是進(jìn)行水質(zhì)量改良和水環(huán)境保護(hù)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展中起著十分重要的作用[2]。“十五”規(guī)劃以來(lái),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(yán)重,嚴(yán)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(jì)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(yáng)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(yáng)市,是東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)、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(bǔ)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(jí)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(bǔ)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(cè)

2009年8月下旬至10月下旬,2010年4—10月兩個(gè)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(jī)井和部分供水井進(jìn)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》[6]要求,針對(duì)不同的測(cè)試指標(biāo),樣品采集后立刻加入相關(guān)的保護(hù)劑,以防止測(cè)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(shí)送到國(guó)土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心分析檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目包括總硬度、TDS等33項(xiàng)無(wú)機(jī)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(dá)23種。如圖1所示,在陽(yáng)離子三角形中,水樣點(diǎn)多落在左下、中部,全部落在對(duì)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(diǎn)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(jiǎn)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(duì)218組樣品33項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(píng)價(jià)

4.1 背景值的確定

評(píng)價(jià)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(wú)機(jī)組分值作為此次調(diào)查評(píng)價(jià)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(duì)本次無(wú)機(jī)樣品測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì),得出背景值:

表1 水樣測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表mg/L

式中:Y為背景值;X為多個(gè)點(diǎn)組分測(cè)試濃度的算術(shù)平均值;Xn為某單點(diǎn)組分測(cè)試濃度值;S為標(biāo)準(zhǔn)偏差;n為項(xiàng)數(shù)。

表2 部分評(píng)價(jià)指標(biāo)背景值表 mg/L

4.2 污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

本次淺層地下水污染評(píng)價(jià)采用污染指數(shù)評(píng)價(jià)法,其以評(píng)價(jià)背景值和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]中III類水的水質(zhì)指標(biāo)為參考對(duì)照,構(gòu)建如下計(jì)算公式:

式中:Pki為k水樣第i個(gè)指標(biāo)的污染評(píng)價(jià)指數(shù);Cki為k水樣第i個(gè)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果;C0為對(duì)于無(wú)機(jī)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(zhǔn)》中指標(biāo)i的III類指標(biāo)限值。

4.2.1 單指標(biāo)污染評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)

利用上述公式分別計(jì)算各水樣點(diǎn)單指標(biāo)污染指數(shù)結(jié)果Pki,并同表3中污染評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照劃分污染等級(jí),得出各水樣單指標(biāo)污染等級(jí)劃分結(jié)果。

表3 單指標(biāo)污染評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

4.2.2 綜合污染評(píng)價(jià)

對(duì)單指標(biāo)污染評(píng)價(jià)完成并依次劃分好等級(jí)后,將各水樣單因子污染等級(jí)做比對(duì),規(guī)定其中污染等級(jí)最高指標(biāo)的等級(jí)劃分結(jié)果作為該水樣點(diǎn)的地下水污染綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

4.3 結(jié)果與分析

由上述方法經(jīng)編程計(jì)算,得到研究區(qū)淺層地下水218個(gè)采樣點(diǎn)的污染評(píng)價(jià)結(jié)果:

1)Ⅰ類未污染有2點(diǎn),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(diǎn),占總評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)的11.00%。主要小面積地分布在研究區(qū)北以及沈陽(yáng)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(diǎn),占總評(píng)價(jià)點(diǎn)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(diǎn),占總評(píng)價(jià)點(diǎn)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(tái)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(lái)源。

5)Ⅴ類嚴(yán)重污染有24點(diǎn),占總評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)的11.00%。在研究區(qū)東部、南部,即沈陽(yáng)市的鐵西、于洪、東陵、蘇家屯等行政區(qū)內(nèi)大范圍分布,評(píng)價(jià)點(diǎn)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(yán)重污染有114點(diǎn),占總評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)的52.29%。之所以大部分評(píng)價(jià)點(diǎn)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(diǎn)主要分布在沈陽(yáng)市西部工業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)、排污河渠(細(xì)河、蒲河)等污染較重的污染源附近。

5 結(jié)語(yǔ)

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(yán)重威脅著地區(qū)飲水安全。

2)對(duì)218個(gè)樣品的33項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,樣本大、涵蓋信息豐富,具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,使結(jié)果更加符合實(shí)際。

3)與以往地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)相區(qū)別,本次采用污染評(píng)價(jià)指數(shù)法,對(duì)渾河沖洪積扇地淺層地下水污染現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示,71%左右的采樣點(diǎn)評(píng)價(jià)級(jí)別是較重污染、嚴(yán)重污染和極重污染;只有11%的采樣點(diǎn)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(píng)價(jià),為制定地區(qū)地下水保護(hù)與污染防治措施提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。

[1]呂書君.我國(guó)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(dòng)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(yáng)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(shì)[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(yáng)市淺層地下水脆弱性評(píng)價(jià)研究[J].節(jié)水灌溉,2011,185(1):53-56.

[6]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.地下水污染地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范[S].2008.

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

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