鄭汴新區(qū)淺層地下水質(zhì)量評價

唐輝　李自濤

[摘要]本文以鄭汴新區(qū)所采取的182組淺層地下水水樣分析結(jié)果為基礎(chǔ)，采用"內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法"，選取pH值、總硬度、溶解性總固體等31項指標，參照我國地下水質(zhì)量標準，對研究區(qū)淺層地下水水質(zhì)進行了評價，將研究區(qū)分為水質(zhì)優(yōu)良、水質(zhì)良好、水質(zhì)較差以及水質(zhì)極差四個區(qū)，并針對淺層地下水中主要超標因子總硬度、NO2-、Fe分布特征及賦存機理進行了分析。為地方政府制定地下水污染防治等方面的政策提供了水文地質(zhì)方面的科學依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]鄭汴新區(qū) 地下水 水質(zhì)量評價 內(nèi)梅羅指數(shù)法

[中圖分類號] X824 [文獻碼] A [文章編號] 1000-405X（2015）-8-141-2

0引言

鄭汴新區(qū)是河南省經(jīng)濟社會發(fā)展的核心增長極和改革發(fā)展綜合試驗區(qū)，建設(shè)鄭汴新區(qū)是構(gòu)建河南省現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、現(xiàn)代城鎮(zhèn)體系和自主創(chuàng)新體系的首要任務(wù)和重要突破口。隨著鄭汴新區(qū)不斷發(fā)展，與地下水有關(guān)的環(huán)境問題也日益受到人們的重視。地下水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到城市的經(jīng)濟建設(shè)、人民的生產(chǎn)生活和環(huán)境保護等一系列問題[1]。因此，開展鄭汴新區(qū)地下水質(zhì)量綜合評價，對于促進鄭汴社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境持續(xù)健康發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。

地下水水質(zhì)評價是地下水資源評價的一項十分重要內(nèi)容，它的主要任務(wù)是根據(jù)地下水的主要物質(zhì)成份和給定的水質(zhì)標準，分析地下水水質(zhì)的時空分布狀況，為地下水資源的開發(fā)利用規(guī)劃和管理提供科學依據(jù)[2]。目前，我們實行的是1993年制定的《地下水質(zhì)量標準（ GB/14848- 93）》，該標準根據(jù)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準值及地下水質(zhì)量保護目標，參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求，將地下水質(zhì)量劃分為五類。

1研究區(qū)概況

鄭汴新區(qū)位于河南省中北部，省會鄭州與開封市之間，北臨黃河，西依邙嶺，面積約2150km2。研究區(qū)北部為黃河沖積平原，地面標高一般90～75m，地勢向東南緩傾斜；南部為山前沖洪積平原，地形緩傾，地面標高100～160m。地面較平坦開闊，微向東北、東、東南傾斜。

研究區(qū)廣泛分布新生代新近紀和第四紀松散堆積物，主要含水類型為松散巖類孔隙水。長期以來，大面積區(qū)域生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水以淺層地下水為主，因此本文以淺層地下水為研究對象。

淺層含水層組的分布大致以隴海鐵路為界，北部淺層含水層組由黃河沖積形成，包括全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)上段含水砂層。含水層巖性主要為中砂、中細砂、細砂，開采井深一般60～80m。

工作區(qū)南部淺層含水層主要由山前沖洪積細砂層形成，時代主要為上更新統(tǒng)和新近系，該含水層組埋藏淺，為農(nóng)業(yè)用水主要開采層，井深25～55m。

2評價過程

2.1評價方法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是國家技術(shù)監(jiān)督局于1994年實施的地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-93）中推薦的方法。該方法具備的數(shù)學過程簡潔、運算方便等優(yōu)點是其他綜合評價方法所不具備的[3]。本文采用 “內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法”進行淺層地下水質(zhì)量評價。首先，對各個采樣點參照表1進行單項組分進行打分，然后利用“內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法”公式進行計算。計算公式為：

式中：F——綜合評價分值；F——各單項組份評價分值Fi的平均值；Fmax——單項組份評價分值最大值；Fi——單項組份評價分值；n——參加評分的項數(shù)。

2.2評價參數(shù)的擇定

評價指標按照《地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-93）》中的要求的指標進行，評價項目有：感管指標，包括肉眼可見物、色度、渾濁度、嗅和味；水化學指標pH值、總硬度、溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、鐵、銅、錳、鋅、等，毒理指標氟化物、氨氮、汞、砷、硒、鎳、鈷、鈹、鉻、鉛、鎘、鋇、碘、揮發(fā)酚、666、DDT共計31項指標。

3評價結(jié)果

3.1單項指標評價結(jié)果

在所選的無機指標中，超Ⅲ類水級別比例較高的指標依次為錳（54.2%）、鐵（22.5%）、總硬度（18.1%）、亞硝酸亞（16.4%）、氟化物（9.8%）；其中Ⅴ類水級別比例較高依次為總硬度（8.6%）、鐵（7.7%）、亞硝酸亞（6.9%）。

3.2綜合指數(shù)評價結(jié)果

水質(zhì)優(yōu)良區(qū)主要分布在三官廟鄉(xiāng)東至馮堂鄉(xiāng)東部的小部分地區(qū)（圖1），面積為27.08km2，占鄭汴新區(qū)總面積的1.26%。水質(zhì)良好區(qū)分布在孟莊鎮(zhèn)以南龍王鄉(xiāng)以北、三官廟鄉(xiāng)——姚家鄉(xiāng)——韓寺鎮(zhèn)——杏花營鄉(xiāng)一線的東南部地區(qū)，面積為449.56km2，占鄭汴新區(qū)總面積的20.91%。水質(zhì)較差區(qū)分布在鄭州東區(qū)、中牟縣、汴西新區(qū)的大部分地區(qū)，面積為1563.09km2，占鄭汴新區(qū)總面積的72.7%。水質(zhì)極差區(qū)分布在雁鳴湖鎮(zhèn)與大孟鄉(xiāng)之間的部分地區(qū)，以及謝莊鎮(zhèn)——孟莊鎮(zhèn)——張莊鎮(zhèn)——八崗鄉(xiāng)之間的地區(qū)，面積為110.27km2，占鄭汴新區(qū)總面積的5.13%，影響淺層地下水質(zhì)量級別的主要因子有總硬度、NO2- 、TDS、NH4+、Fe、Mn以及氟化物等。

4超標因子分布特征分析

4.1淺層地下水總硬度特征

據(jù)統(tǒng)計，鄭汴新區(qū)淺層地下水總硬度為23.82～1126.5 mg/L，平均值為353.46 mg/L。以《地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-93）》中Ⅲ類水的總硬度標準值作為參照，將淺層地下水分為3個區(qū)，分別為硬度M≤450mg/L，硬度450 mg/L900mg/L的地區(qū)的面積為40.4km2。

引起工作區(qū)淺層地下水總硬度超標的原因是多方面的，歸納起來主要有地表污水的滲入和地下水過量開采。

隨著城市化進程的加快，城鎮(zhèn)人口急劇膨脹，污水排放量相應(yīng)增加，這些污水基本未經(jīng)處理便排入地表水。從圖2可以看出總硬度超標區(qū)主要分布在賈魯河、引黃渠、小清河以及丈八溝沿岸。地表污水中很多酸、堿、鹽類等物質(zhì)被帶進土壤層，經(jīng)過化合分解、離子交換與離子效應(yīng)等化學作用，把土壤中的鈣、鎂物質(zhì)溶解或置換出來，造成地下水硬度升高。

經(jīng)過與區(qū)域淺層地下水等水位線圖的對比發(fā)現(xiàn)，地下水總硬度超標區(qū)基本上都位于區(qū)域地下水水位降落漏斗區(qū)或水位急劇下降區(qū)。地下水過量開采引起水動力場和水文地球化學環(huán)境的改變，污染載體與包氣帶和含水圍巖之間發(fā)生一系列的水文地球化學作用，促使土壤及其下層沉積物的鈣鎂易溶鹽、難溶鹽及交換性鈣鎂由固相向水中轉(zhuǎn)移，從而使地下水硬度增高[4-5]。

4.2淺層地下水NO2-含量分布特征

據(jù)統(tǒng)計，鄭汴新區(qū)淺層地下水NO2-含量為0.003～4.98 mg/L，平均值為0.11mg/L。以《地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-93）》中Ⅲ類水的標準值作為參照，計算出淺層地下水NO2-超標指數(shù)，繪制超標區(qū)分布圖（圖3），將淺層地下水分為3個區(qū)，分別為NO2-未超標區(qū)，NO2-超標指數(shù)>1區(qū)，NO2-超標指數(shù)>5區(qū)?？梢钥闯?，淺層地下水NO2-含量超標區(qū)主要分布在花園口鎮(zhèn)東南至姚橋鄉(xiāng)、萬灘鎮(zhèn)——東漳鄉(xiāng)附近、狼城崗鎮(zhèn)——水稻鄉(xiāng)之間的區(qū)域、杏花營鄉(xiāng)至開封西區(qū)、韓寺鎮(zhèn)東部以及張莊鎮(zhèn)——八崗鄉(xiāng)——鄭庵鎮(zhèn)東，總面積為353.65km2，其中超標指數(shù)>5的嚴重超標地區(qū)的面積為59.76km2。

近年來，農(nóng)業(yè)中氮肥的施用強度越來越大，加上農(nóng)村生活廢水和污染物的任意排放，使得土壤中總氮的增加。不同氮源所形成的氮通過土壤進入含水層，在一定生態(tài)條件和微生物的作用下，以 NO3-、NO2-、NH4+等形式存在，從而導致了NO2-、NO3-等含氮化合物的超標。

4.3淺層地下水鐵含量分布特征

據(jù)統(tǒng)計，鄭汴新區(qū)淺層地下水鐵含量為0.04～12.24mg/L，平均值為0.69mg/L。以《地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-93）》中Ⅲ類水的鐵含量標準值作為參照，將淺層地下水分為3個區(qū)，分別為鐵含量未超標區(qū)，鐵含量超標指數(shù)>1區(qū)，鐵含量超標指數(shù)>5區(qū)（圖4）?？梢钥闯?，淺層地下水鐵含量超標區(qū)主要分布在花園口鎮(zhèn)至姚橋鄉(xiāng)東一帶、萬灘鎮(zhèn)及附近區(qū)域、東漳鄉(xiāng)至開封市西區(qū)、大孟鄉(xiāng)至姚家鄉(xiāng)、鄭庵鎮(zhèn)附近、八崗鄉(xiāng)至馮堂鄉(xiāng)、薛店鎮(zhèn)東以及刁家鄉(xiāng)北，總面積為646km2，其中超標指數(shù)>5的嚴重超標地區(qū)的面積為85.76km2。

鄭汴新區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達，土壤中含有豐富的有機質(zhì)，淺層含水層為松散堆積砂層、砂礫卵石層，孔隙中富含有機質(zhì)，當有機物發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生相當數(shù)量的硫化氫、二氧化碳和沼氣，地層中的三價鐵被還原為二價鐵而溶于水中，三價鐵的氧化物被硫化氫還原的過程如下：

生成的硫化鐵在碳酸的作用下溶于水中：

另外，人類活動造成的污水進入地下水中激發(fā)地層中的鐵和某些組分發(fā)生交換也會使鐵含量升高[6]。

5結(jié)論

從分析結(jié)果上看，鄭汴新區(qū)水質(zhì)較差區(qū)分布在鄭州東區(qū)、中牟縣、汴西新區(qū)的大部分地區(qū)，占總面積的72.7%。水質(zhì)極差區(qū)分布在雁鳴湖鎮(zhèn)與大孟鄉(xiāng)之間的部分地區(qū)，以及謝莊鎮(zhèn)——孟莊鎮(zhèn)——張莊鎮(zhèn)——八崗鄉(xiāng)之間的地區(qū)，占總面積的5.13%，影響淺層地下水質(zhì)量的主要因子有總硬度、NO2- 、TDS、NH4+、Fe、Mn以及氟化物等。通過研究初步查明主要超標因子的分布特征以及形成機理，為以后做改善淺層地下水水質(zhì)方面的研究打下了良好的基礎(chǔ)，為地方政府制定地下水污染防治等方面的政策提供了水文地質(zhì)方面的科學依據(jù)。

參考文獻

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