地表水污染對地下水質(zhì)影響試驗研究

付銘韜 臧紅霞

（河南省水文水資源局 鄭州 450000 商丘水文水資源勘測局 商丘 476000）

地表水污染對地下水質(zhì)影響試驗研究

付銘韜 臧紅霞

（河南省水文水資源局 鄭州 450000 商丘水文水資源勘測局 商丘 476000）

為探索地表水污染對地下水質(zhì)的影響程度，本研究選取平原區(qū)污染嚴重的河流——古宋河河段作為試驗區(qū)域，布設(shè)河流觀測斷面和觀測井，進行地下水位、水質(zhì)及地表水質(zhì)監(jiān)測，滲透系數(shù)實驗等，分析污染物濃度之間的相關(guān)性，探索河流污染對地下水質(zhì)影響范圍和程度。

河流 污染 地下水質(zhì) 影響

長期污染的河流對地下水的影響是復(fù)雜的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)過程，不同的水環(huán)境、不同的污染物質(zhì)、不同的地質(zhì)條件、不同的土壤條件下，地表水對地下水質(zhì)影響的差異是很大的。為了探索河流污染對地下水影響的程度，選取平原區(qū)嚴重污染河流——古宋河開展地表水污染對地下水質(zhì)影響試驗性研究。

1 古宋河概況

古宋河位于豫東平原，發(fā)源于民權(quán)縣孫六鄉(xiāng)任莊村，流經(jīng)寧陵縣、梁園區(qū)，于睢陽區(qū)李口鎮(zhèn)大任樓村入大沙河，全長73.2km，流域面積412km2，平均坡降1/4800，是流經(jīng)河南省商丘市的一條污染嚴重河流。

根據(jù)商丘水文水資源勘測局對古宋河南關(guān)斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，古宋河常年水質(zhì)均劣Ⅴ類，主要超標項目有高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、氟化物等。古宋河接納有城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水，2009年監(jiān)測古宋河廢污水量為1158.42萬t：其中工業(yè)污水排放量為628.62萬t，占總量的54.3%；混合式廢水排放量529.8萬t，占總量的45.7%。

2 監(jiān)測斷面及監(jiān)測指標

本研究選取了古宋河老南關(guān)、紅旗二閘兩個地表水監(jiān)測斷面，共布設(shè)兩組地下水監(jiān)測井，一組沿老南關(guān)斷面垂直河流方向，在左岸新打監(jiān)測井5個，距岸邊距離分別為：10、20、30、40、90m。另一組沿紅旗二閘斷面垂直河流方向，在左岸新打監(jiān)測井6 個，距岸邊距離分別為：5、10、20、30、40、90m。測點布設(shè)見圖1。監(jiān)測水質(zhì)項目有pH值、總硬度、氯化物、硫酸鹽、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、揮發(fā)酚、總磷、氰化物、砷、汞、鎘、銅、鋅、六價鉻、鉛、鐵、錳共22項。后期主要監(jiān)測氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、揮發(fā)酚等重污染項目。

3 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 污染物濃度分布情況

選取8月12日至10月15日之間監(jiān)測的高錳酸鹽指數(shù)進行污染物濃度分布分析，其中，老南關(guān)監(jiān)測結(jié)果見圖2。

從濃度分布圖來看，地表水水質(zhì)濃度變化幅度大于地下水濃度變化幅度，地下水濃度隨地表水變化趨勢不明顯。

3.2 污染物濃度隨時間變化

表1 滲透試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)

從高錳酸鹽指數(shù)的濃度分布可以看出河水污染物濃度遠大于地下水污染物濃度，而且在土壤介質(zhì)中衰減很快。為了解地表和地下水中污染物隨時間變化過程，采用2009年8月12日至2010年6月28日老南關(guān)斷面地表水和地下水中高錳酸鹽指數(shù)濃度進行分析，該時間過程如圖3。

從變化圖可以看到，地表水中高錳酸鹽指數(shù)濃度隨時間變化較大；各地下水監(jiān)測井高錳酸鹽指數(shù)濃度相差不大且隨時間變化很小，從污染物濃度隨時間變化圖來看，地表水和地下水中的污染物沒有明顯的相關(guān)性。

4 滲透系數(shù)試驗

滲透系數(shù)K，也稱水力傳導(dǎo)系數(shù)，是一個重要的水文地質(zhì)參數(shù)。本次試驗采用現(xiàn)場試驗法測定河道底泥的滲透系數(shù)，試驗共選取3個斷面，其中老南關(guān)斷面命名為Ⅰ斷面，紅旗二閘斷面為Ⅲ斷面，在此兩斷面的大致中間位置選?、驍嗝妗＠夏详P(guān)斷面測定結(jié)果見表1。

測試結(jié)果顯示三個滲透系數(shù)試驗斷面的滲透系數(shù)都非常小，且相差甚微，平均值為0.0035m/d。天然條件下河流滲透一般是符合達西定律的，由達西滲透公式Q=kAI知：當滲透系數(shù)k非常小時，河流對地下水的補給也是非常小的。由于污染物的轉(zhuǎn)移必須依附于水的運移，當河流對地下水的補給非常小時，所能從河水中遷移至地下水的污染物質(zhì)也非常少。

5 地表水和地下水污染物關(guān)系分析

從河流污染對地下水影響研究物理過程來看，在河水與地下水存在濃度差和水位差條件下，污染物通過土壤介質(zhì)在地下含水層中擴散運移，并沿程衰減，污染物在土壤含水層中運移有一個時間過程，為了考慮污染物運移時間過程，采取漸進錯位相關(guān)分析法，首先分析兩個斷面上的1號井，即河水與地下水1號井26組監(jiān)測資料按時間順序水平對齊排列，由地表水第一次對地下水第一次測得的資料序列相關(guān)得出第一個相關(guān)系數(shù)；舍去地下水第一次和地表水最后一次，即由地表水第一次對地下水第二次資料序列相關(guān)，得出第二個相關(guān)系數(shù)；依次舍去地下水資料序列前諸次，刪除地表水資料序列后諸次，取中間序列不少于五組資料做相關(guān)分析，得出一組系列相關(guān)系數(shù)值，從中選取最大的一個作為河水與地下水相關(guān)關(guān)系，而最大相關(guān)系數(shù)所處的時段可認為是地表水與某處地下水污染物相關(guān)的傳播時間如圖4。

由錯位相關(guān)分析得出：老南關(guān)斷面氨氮傳播到第1號井的時間分別是126d，高錳酸鹽指數(shù)傳播到第1口井的時間分別為是105d。對其他監(jiān)測井做氨氮、高錳酸鹽指數(shù)的相關(guān)分析，同樣沒有明顯的關(guān)系。

6 結(jié)論

在該研究區(qū)域所做滲透系數(shù)試驗表明該區(qū)域滲水系數(shù)很小，河流污染對地下水影響主要靠污染物在土壤飽和水中的分子擴散和土壤的吸附作用而沿程衰減。因此可以推斷該區(qū)域地表水污染對地下水的影響可能很小。

對水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行污染物濃度分布、污染物隨時間變化分析，沒有發(fā)現(xiàn)地表水和地下水污染物之間存在相關(guān)性。此研究可以證明在一定的地質(zhì)條件下,地表水污染對地下水水質(zhì)的影響不大