景麗彬

(遼寧省遼陽(yáng)水文局,遼寧 遼陽(yáng) 111000)

0 前言

地表水是遼陽(yáng)市最重要的自然資源,是遼陽(yáng)市工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活飲用水的最主要來(lái)源。而太子河干流又是遼陽(yáng)市地表水環(huán)境的最集中體現(xiàn),作為連接陸地和海洋的重要橋梁,它的水化學(xué)分析顯得至關(guān)重要。水的化學(xué)成分的變化趨勢(shì)直接影響著水環(huán)境的改變,對(duì)其進(jìn)行合理分析能直接反映出地表水環(huán)境的變化及受到的人類活動(dòng)影響指數(shù)[1]。研究區(qū)域的氣候狀況、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造以及人類活動(dòng)都會(huì)對(duì)其組成成分產(chǎn)生作用,這不僅能揭示表層水風(fēng)化的過(guò)程,而且還能看出其水化學(xué)元素的起源、組成和成分特點(diǎn)。在建立一個(gè)水化學(xué)空間和時(shí)間的完整模型基礎(chǔ)上,在本文中分析了太子河干流從始端到末端水化學(xué)成分的組成及變化趨勢(shì),并詳細(xì)闡明了其水化學(xué)特征及形成原因,對(duì)遼陽(yáng)地區(qū)的水污染防治、水環(huán)境治理、水資源利用等方面都會(huì)產(chǎn)生重要影響。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)域太子河,發(fā)源于撫順市新賓縣平頂山,經(jīng)本溪縣入遼陽(yáng)縣境內(nèi),在唐馬寨的黃坨子與穆家之間流入海城市,與渾河匯合。其干流貫穿遼陽(yáng)市,上游位于東部山區(qū)地帶,下游位于遼河平原地帶,地勢(shì)從東到西,由高及低,境內(nèi)河長(zhǎng)143.0 km,流域面積2 683.04 km2。所處遼陽(yáng)市屬溫帶季風(fēng)氣候,多年平均降水量721 mm,多年地表水資源量8.842 8億 m3,多年地下水資源量9.527 5 m3,多年平均水資源量10.86億 m3,人均占有量593.8 m3。

1.2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)

研究區(qū)域共涉及太子河干流上4個(gè)站點(diǎn),分別為葠窩水庫(kù)站,代表河長(zhǎng)為23 km;遼陽(yáng)站,區(qū)間有湯河、新開(kāi)河匯入,代表河長(zhǎng)42 km;小林子站,區(qū)間有遼寧慶陽(yáng)化工有限公司總排污口、遼陽(yáng)市河?xùn)|新城污水處理廠排污口以及北沙河匯入,代表河長(zhǎng)46 km;唐馬寨站,區(qū)間有太子河左岸遼化長(zhǎng)排污水管線排污口、柳豪河以及南沙河匯入,代表河長(zhǎng)52 km。具體可參照?qǐng)D1。

圖1 研究區(qū)域站點(diǎn)分布圖

1.3 水樣采集與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本次研究采集的水樣分別為2020年、2021年的四月份(平水期)、七月份(豐水期)及十一月份(枯水期)的數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為pH、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、NO3--N、TC(HCO3-+CO32-)、TDS、TM和TH十二項(xiàng)指標(biāo)。

2 研究區(qū)域水化學(xué)成分分析及水期變化趨

勢(shì)分析

2.1 水化學(xué)成分分析

通過(guò)對(duì)太子河干流四個(gè)站點(diǎn)不同水期的監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,其pH值在7.7～8.7之間,均呈弱堿性,其中最大值8.7出現(xiàn)在2021年豐水期的葠窩水庫(kù),最小值7.7出現(xiàn)在2021年平水期及枯水期的小林子站點(diǎn);TDS平均值為351 mg/L,高于世界平均水平115 mg/L[2],說(shuō)明其水質(zhì)硬度較大。其中最大值出現(xiàn)在2020年平水期唐馬寨站,最小值出現(xiàn)在2020年豐水期葠窩水庫(kù)站;TH平均值為217,≤300 mg/L,為Ⅰ類水質(zhì),其中最大值出現(xiàn)在2020年平水期的小林子站,最小值出現(xiàn)在2021年豐水期的葠窩水庫(kù)。其他指標(biāo)的極值及平均值詳見(jiàn)表1。

表1 各指標(biāo)數(shù)據(jù)極值及平均值

2.2 水期變化趨勢(shì)分析

通過(guò)水期分析我們可以看出,在pH指標(biāo)上分析,豐水期>枯水期>平水期,但差別不大,均呈弱堿性;從TDS指標(biāo)上分析來(lái)看,平水期>豐水期>枯水期;從TH指標(biāo)分析上來(lái)看,平水期>豐水期>枯水期,其他指標(biāo)具體數(shù)值詳見(jiàn)表2。這種變化趨勢(shì)的主要原因在于:在豐水期,優(yōu)于汛期大量降水,河流流量迅速增加,各種數(shù)據(jù)指標(biāo)都得到稀釋,同時(shí)由于流速增加,河底的水的懸浮物也大量流失,所以數(shù)據(jù)指標(biāo)會(huì)優(yōu)于平水期,水質(zhì)相對(duì)較好;而枯水期在通常情況下,由于河流流量減少,水質(zhì)是最差的,但是研究區(qū)域受人類活動(dòng)影響較多,根據(jù)太子河干流所處氣候條件,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也急劇減少,對(duì)河流的污染也相對(duì)變少,因此枯水期指標(biāo)仍優(yōu)于豐水期;相反,在平水期,不僅水流降低,懸浮物沉積于河流底部,而且工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也逐步開(kāi)展,因此水質(zhì)是在三個(gè)水期中最差的。

表2 按水期分析各指標(biāo)數(shù)據(jù)值 mg/L

3 研究區(qū)域水化學(xué)類型分析及成因分析

3.1 水化學(xué)類型分析

在本研究所涉區(qū)域,水化學(xué)特征分析使用的是阿列金分類法,該方法首先根據(jù)較高陰離子含量將地表水分為三類:重碳酸鹽水、硫酸鹽誰(shuí)、氯化物水[3]。三類水的TDS指標(biāo)依次增加,所代表的地表水水質(zhì)也越來(lái)越差。在這三類中,每一類又根據(jù)其較高陽(yáng)離子含量分為鈣、鎂和鈉三組水。又根據(jù)陰陽(yáng)兩種離子的當(dāng)量含量將每組劃分為4個(gè)類型水。Ⅰ型水:重碳酸鹽離子當(dāng)量>鈣鎂離子當(dāng)量;Ⅱ型水:重碳酸鹽離子當(dāng)量<鈣鎂離子當(dāng)量<重碳酸+硫酸鹽離子當(dāng)量;Ⅲ型水:<重碳酸+硫酸鹽離子當(dāng)量< 鈣鎂離子當(dāng)量或者氯離子當(dāng)量>鈉離子當(dāng)量;Ⅳ型水:重碳酸鹽離子當(dāng)量為零。

研究采用的2020-2021年間四個(gè)站點(diǎn)三個(gè)水期共24組數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)計(jì)算分類后,主要分為重碳酸鹽水和硫酸鹽水兩大類,其中CⅡCa類型水占比最大,為54.2%,SⅢCa水類型水最少,只有一組數(shù)據(jù)為2022年平水期的唐馬寨水文站,占比為4.17%,研究區(qū)域水化學(xué)類型分布比重圖見(jiàn)圖2。

圖2 太子河干流水化學(xué)類型分布圖

3.2 水化學(xué)類型成因分析

研究表明,影響地表水水化學(xué)離子濃度分布的主要因素主要為蒸發(fā)濃縮、巖石風(fēng)化和大氣降水三個(gè)方面。通過(guò)Gibbs圖分析,我們可以看出,如圖3所示,幾乎所有的數(shù)據(jù)指標(biāo)點(diǎn)都在虛線所圍繞的區(qū)域之中,并且分布在巖石風(fēng)化和蒸發(fā)結(jié)晶的區(qū)域之間.這表明,本研究區(qū)域流域地表水的主要離子控制因素為巖石風(fēng)化蒸發(fā)結(jié)晶,幾乎不受大氣降水因素影響。研究區(qū)域地表水氯離子含量和鈉離子含量的平局值比值為1.09,略低于全球的降水平均值1.15[4],研究區(qū)域處于北方,屬于溫帶季風(fēng)性氣候,降雨處于中游偏少區(qū)域,注意到大氣中的降雨量較少造成太河流域地表水的組成部分。太子河干流包括水庫(kù)和河流兩大部分,河流兩岸基本都是巖石,數(shù)據(jù)指標(biāo)點(diǎn)靠近風(fēng)化端,因此巖石風(fēng)化作用對(duì)河流的影響較大;而葠窩水庫(kù)數(shù)據(jù)指標(biāo)點(diǎn)靠近蒸發(fā)單元,其又是遼寧省管水庫(kù),庫(kù)容量較大,流域面積廣闊,明顯受到蒸發(fā)結(jié)晶的作用較大。

圖3 研究地區(qū)Gibbs圖

4 研究區(qū)域水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

本次研究區(qū)域的四個(gè)站點(diǎn)從上游到下游,水質(zhì)變化特征明顯。各數(shù)據(jù)指標(biāo)變化趨勢(shì)可參看圖4。

圖4 研究區(qū)域站點(diǎn)各指標(biāo)數(shù)據(jù)比較圖

從圖4中我們可以看出,各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)值從上游到下游都是依次變大,特別是葠窩水庫(kù)到遼陽(yáng)站,指標(biāo)變化較明顯。過(guò)多的人類活動(dòng)參與,不僅對(duì)水質(zhì)類別的影響較大,也同樣對(duì)水化學(xué)的變化趨勢(shì)產(chǎn)生很大的促進(jìn)作用[5]。隨著廢氣、污水的排放,同時(shí)伴有打量垃圾、糞便等都會(huì)帶來(lái)大量的硫酸鹽、硝酸鹽、硝酸鹽等離子,這些都會(huì)造成地表水水化學(xué)成分及特征的變化。由圖1我們可以看出,本次研究區(qū)域共控制河長(zhǎng)163 km,遼陽(yáng)位于葠窩水庫(kù)下游42 km處,區(qū)域之間有湯河和新開(kāi)河兩條河流匯入,湯河是遼陽(yáng)市飲用水源地供應(yīng)河流,水質(zhì)較好,對(duì)太子河的影響較小;而新開(kāi)河整條河流基本處于遼陽(yáng)市宏偉區(qū)化工園區(qū),河流水質(zhì)長(zhǎng)年為劣五類,對(duì)太子河的各項(xiàng)指標(biāo)都影響較大。小林子站位于遼陽(yáng)站下游46 km處,區(qū)域之間不僅有因沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)及燈塔市工業(yè)農(nóng)業(yè)污水匯入而水污染嚴(yán)重的北沙河匯入,還有遼寧慶陽(yáng)化工有限公司總排污口、遼陽(yáng)市河?xùn)|新城污水處理廠排污口匯入。唐馬寨站位于小林子下游52 km處,中間有南沙河、柳壕河及遼化長(zhǎng)排污水管線排污口匯入。南沙河的上游是鞍山工業(yè)區(qū),而柳濠河的主要污染來(lái)源是遼陽(yáng)市污水處理廠及遼陽(yáng)縣的工農(nóng)業(yè)污染。由圖4我們看出,除個(gè)別數(shù)據(jù)指標(biāo)外,其余各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)都是隨著人類活動(dòng)影響和匯入河流的的增加而逐步增大,地表水水化學(xué)成分和特征也相對(duì)產(chǎn)生變化,水質(zhì)越來(lái)越差。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)從水化學(xué)成分分析上看:太子河流域四個(gè)站點(diǎn)的pH值均在7.7～8.6之間,均值為8.1,屬于弱堿性水質(zhì);四個(gè)站點(diǎn)兩年TDS指標(biāo)均值為351.17 mg/L,高于世界平均水平115 mg/L,水質(zhì)硬度較大。從水期分析上來(lái)看,絕大多數(shù)指標(biāo)均為平水期>豐水期>枯水期。

(2)通過(guò)阿列金分析法可知,四個(gè)站點(diǎn)的兩年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值的水化學(xué)特征均為CⅡCa型,礦化度表現(xiàn)良好,其中重碳酸鹽水占比為83.33%,硫酸鹽水占比為16.67%。通過(guò)Gibbs圖分析可知,本研究區(qū)域的水化學(xué)類型控制因素主要為巖石風(fēng)化和蒸發(fā)結(jié)晶,受大氣降水影響較小。

(3)受匯入河流及人類活動(dòng)影響,研究區(qū)域水化學(xué)成分及特征變化明顯,從上游到下游各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)均逐步增高,水質(zhì)越來(lái)越差。