鄭州市沿黃地區(qū)淺層地下水水化學動態(tài)變化研究

黃河是河南省處理的最大水源流量，占全省總輸入水量的89%。黃河沿岸地區(qū)地下水通過地層自然過濾和處理，使難以使用的多泥砂河轉(zhuǎn)化為良好的水質(zhì)。同時，黃河不斷上升，使該地區(qū)地下水資源豐富。這是黃河沿城市供水的優(yōu)質(zhì)水源。鄭州市北臨黃河,鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地受黃河側(cè)滲影響富水程度極高,且該區(qū)地下水作為鄭州市的供水原水,一直承擔著鄭州市東區(qū)和西區(qū)的生產(chǎn)和生活用水。隨著鄭州市城市的發(fā)展和人口的不斷增加,水資源需求量也逐漸增加,鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地的供水水質(zhì)和供水能力將直接影響著城市的發(fā)展和群眾的健康。鑒此,本文分析了鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地不同取水地點的水質(zhì)情況,并采用標準指數(shù)法及綜合污染指數(shù)法研究與評價了原水水質(zhì)超標的項目,進而找出水源地地下水的變化趨勢,為保證鄭州市供水安全運行提供了參考。1地下水的組成和特點鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地位于黃河沖積扇頂部南翼,在黃河粗粒相帶和黃河側(cè)滲影響帶之內(nèi),淺層地下水資源豐富。根據(jù)水力性質(zhì)及地下水埋藏條件,區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水分為淺層含水層組(潛水—微承壓水)和中深層承壓含水層組。其中,淺層含水層組埋深一般為60～75m,含水層主要由粉砂、細砂、中砂組成,厚度一般為35～50m。淺層地下水主要以黃河側(cè)滲、降水入滲及灌溉回滲為主,排泄以蒸發(fā)和開采為主。天然狀況下地下水位為1～3m,受人工開采影響形成大小不等的區(qū)域性(或季節(jié)性)降落漏斗,淺層含水層組是鄭州市沿黃地區(qū)水源地的主要取水目的層。中深層含水層組(150～350m)主要由第四系下更新統(tǒng)和部分新近系松散堆積物組成,巖性主要為細砂、中細砂,含水砂層累計厚度65～75m,中深層地下水以側(cè)向徑流補給為主,與上部淺層含水層組聯(lián)系不密切,補給條件較差。中深層含水層組是沿黃地區(qū)地下水源地的輔助水源。圖1為2011年5月鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地取水水源井位置圖,按圖1實施的19眼水源井的位置分布圖進行取樣,其中A(A2、A3、A4、A5、A7、A8)、B(B5、B6、B9、B10、B11、B13、B14、B16、B17)為井深100m左右水井,為淺層地下水。C(C3、C6、C8、C9)井為井深300m左右水井,為深層地下水。2評估方法(1)水質(zhì)因子監(jiān)測Pi=Ci/Coi(1)式中,Pi為第i個水質(zhì)因子的等標污染負荷,無量綱;Ci為第i個水質(zhì)因子的監(jiān)測濃度值,mg/L;Coi為第i個水質(zhì)因子的標準濃度值(考慮Ⅲ類標準,可作為飲用水水源)。評價指數(shù)大于1,表明水質(zhì)因子已超過了規(guī)定的水質(zhì)標準,其值越大,表明超標越嚴重。(2)單項評分值fiF=(Fˉˉˉ2+F2max)/2????????????√(2)F=(Fˉ2+Fmax2)/2(2)其中Fˉˉˉ=1n∑i=1nFiFˉ=1n∑i=1nFi式中,FˉˉˉFˉ為各單項組分評分值Fi的平均值;Fmax為各單項組分評分值Fi的最大值。3水源地下水水質(zhì)評價3.1種標準表及水質(zhì)指標鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地地下水水質(zhì)指標除個別水質(zhì)項目外,其他指標基本達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《飲用凈水水質(zhì)標準》,超標項目為色度、濁度、鐵、錳、總硬度,采用標準指數(shù)法及綜合污染指數(shù)法對其進行評價。(1)不同水源井色度值淺層地下水色度指標見表1。由表1可看出,位于北部地區(qū)的B16、B17水源井的色度高于南部地區(qū)的B5、B6、A2水源井。當不考慮B16、B17水源井時,水源地自西向東,其色度值呈現(xiàn)(B5)降低—(A4)增加—(A5)降低—(B10)增加—(B13)降低—(A8)大幅增加趨勢。所有水樣色度均能滿足Ⅲ類標準的要求,除A8水源井地下水占標率較高以外,其余水源井占標率均較低,綜合指標值為5.9,表明地下水色度指標較好。(2)地下水濁度超標淺層地下水濁度指標見表1。由表1可看出,B9、A4水源井的濁度超標,且占標率達3.7,其余水源井濁度均在1～2之間,綜合指標值為12.9,說明地下水濁度指標已接近標準值。(3)不同水源井fe3+含量分布淺層地下水中Fe3+含量指標見表1,圖2為鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地鐵含量自西向東變化趨勢。由表1、圖2(趨勢線采用6階多項式回歸)可看出,Fe3+含量自西向東呈降低—增加趨勢,其中Fe3+含量最低地區(qū)為B5水源井附近,而B16、B17水源井的Fe3+含量高于南部地區(qū)的B5、B6水源井。占標率最高為2.1,綜合指標值為13.4,表明地下水Fe3+含量較高。(4)m2c+含量變化淺層地下水中Mn2+含量指標見表1,圖3為鄭州市沿黃地區(qū)地下水源地錳含量自西向東變化趨勢。由表1、圖3(趨勢線采用6階多項式回歸)可看出,Mn2+含量自西向東呈升高—降低—升高—降低—升高的波動趨勢,其中Mn2+含量最低地區(qū)為A3、A7水源井附近,而位于北部地區(qū)的B16、B17水源井Mn2+含量高于南部地區(qū)的B5、B6水源井。所有水樣Mn2+含量均超過標準數(shù)值,最大占標率為3.1,綜合指標值為29.3,表明地下水已受到Mn2+的污染。(5)地下水總硬度ndt淺層地下水總硬度指標見表1,圖4為鄭州市沿黃地區(qū)地下水水源地總硬度自西向東變化趨勢。由表1、圖4(趨勢線采用6階多項式回歸)可看出,總硬度含量自西向東呈升高—降低—升高—降低—升高—降低的波動趨勢,所有水樣總硬度均能滿足標準要求,最大占標率為0.90,綜合指標值為10.41,表明地下水總硬度指標較好。對上述指標依據(jù)《地下水質(zhì)量標準》推薦的綜合污染指數(shù)法進行綜合評價,結(jié)果見表2。由表2可看出,采用綜合污染指數(shù)法其評價結(jié)果均為良好以上,表明該區(qū)域淺層地下水雖受到一定程度污染,但總體狀況良好。3.2分析深水水質(zhì)的變化趨勢(1)c7水源井類深層地下水取樣井4眼(C3、C6、C8、C9),自西向東的C3、C6、C8水源井中,其色度均小于2,濁度為0或小于1,但在東側(cè)的C9水源井的色度升高至5,濁度升高至11,評價為Ⅴ類。(2)深層地下水鐵、類水深層地下水中鐵含量指標見表3。由表3可看出,自西向東C3、C6、C8水源井鐵含量均較低,在0.02～0.04mg/L之間,但最東側(cè)的C9水源井鐵含量突然上升至0.22mg/L,所有水源井含鐵量指標均能滿足Ⅲ類水標準要求,最大占標率為0.73,綜合指標值為1.0,表明深層地下水鐵含量良好。(3)水源井錳含量深層地下水中錳含量指標見表3。由表3可看出,自西向東C3、C6、C8、C9水源井錳含量均較低,在0.04～0.09mg/L之間,基本呈上升趨勢,所有水源井含錳量指標均能滿足標準要求,最大占標率為0.9,綜合指標值為2.5。(4)水源井水質(zhì)現(xiàn)狀評價深層地下水總硬度指標見表3。由表3可看出,自西向東C3、C6、C8、C9水源井總硬度呈降低—升高趨勢,在C6水源井處總硬度值最低,最大占標率為1.06,有少量超標,綜合指標值為3.13。根據(jù)水源地中300m水源井水質(zhì)報告及《地下水質(zhì)量標準》,采用綜合污染指數(shù)法對各水源井水質(zhì)進行綜合評價,結(jié)果見表4。由表4可看出,采用綜合污染指數(shù)法其評價結(jié)果大部分為優(yōu)良,表明該區(qū)域深層地下水水質(zhì)狀況優(yōu)良。4地下水綜合指標值a.鄭州市沿黃地區(qū)水源地地下水的水化