和靜縣平原區(qū)地下水質量評價與影響因素分析

王小艷，曾妍妍，劉鳳嬌

(1.巴音郭楞職業(yè)技術學院，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

和靜縣地處天山中段南麓，隸屬巴音郭楞蒙古自治州，是連接南北疆的交通要道，地理坐標東經(jīng)86.39°，北緯42.32°。該區(qū)是以灌溉農業(yè)為基礎的地區(qū)，近年來，隨著工農業(yè)步伐的加快，水資源開發(fā)利用中的問題在該區(qū)日益凸顯[1-2]。對地下水進行質量評價是反映區(qū)域水質狀況的重要途徑。2015年，趙江濤等對焉耆盆地平原區(qū)地下水進行了質量評價和污染成因探討，結果表明焉耆盆地地下水整體質量較好，但部分地區(qū)呈現(xiàn)已受污跡象[3]。2016年，張瀚等提出規(guī)?；?jié)水驅動下和靜縣灌區(qū)地下水系統(tǒng)演化研究，表明研究區(qū)地下水位下降較為嚴重，河道滲漏、渠系滲漏、田間入滲是該區(qū)地下水主要補給方式[4]。2018年，孫英等對環(huán)博斯騰湖地區(qū)地下水有機污染現(xiàn)狀進行了分析評價，發(fā)現(xiàn)焉耆盆地北部和孔雀河流域局部地區(qū)地下水呈現(xiàn)有機污染物跡象[5-6]。目前，科學、全面評價和靜縣地下水水質的報到較少。本文采用單因子評價法和內羅梅污染指數(shù)法評價研究區(qū)地下水水質和污染現(xiàn)狀，進而分析水質劣化的影響因素，為和靜縣地下水污染防治提供理論參考依據(jù)。

1 材料與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

和靜縣位于焉耆盆地西北部，是典型山間盆地，受新構造差異性斷塊活動影響，其西北部山區(qū)斷塊強烈隆升，山區(qū)占地面積92.6%，平均海拔1 100 m，自西向東地形逐漸平緩，東部系開都河和黃水溝沖洪積平原，和靜縣工農業(yè)和人口集中在這一帶。該區(qū)屬典型中溫帶干旱荒漠氣侯，降水稀少，年平均降水量62.6 mm；蒸發(fā)強烈，年平均蒸發(fā)量2 302 mm；夏季炎熱，冬季寒冷少雪，年平均氣溫8.6℃，平均水氣壓6.5 hPa，年相對濕度52%[7]。該區(qū)地表水儲量豐富，有著名的開都河、黃水溝、清水河等諸多河流，年凈流量約57.76×108m3。研究區(qū)地層巖性為第四紀松散堆積地層，從山前沖洪積平原到細土平原，巖性從單一卵礫石層逐漸過渡為含礫中粗砂、中砂、中細砂、粉細砂夾粉土的多層結構含水巖組。該區(qū)地下水補給方式主要有河道滲漏、渠系滲漏、田間入滲[8]，排泄方式主要有側向徑流、蒸發(fā)蒸騰、人工開采等[9]。

1.2 水樣的采集

按照《區(qū)域地下水污染調查評價規(guī)范(DZ/T0288-2015)》統(tǒng)一技術要求，重點考慮農業(yè)、工業(yè)、人口等污染源密集區(qū)域，合理布設采樣點，具體采樣點位置見圖1。水樣嚴格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范(HJ/T164-2004)》進行采集、保存和運送。采樣時間為2017年6月，共采集水樣38組(其中潛水8組，淺層承壓水21組，深層承壓水9組)。

圖1 和靜縣平原區(qū)地下水采樣點分布圖

1.3 水樣的檢測

水樣的檢測依據(jù)《地下水質量標準(GB/T14848-2017)》。主要測試項目有pH、溶解性總體(TDS)、總硬度(以CaCO3計)(TH)、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH4+)、NO2-、NO3-、F-、I-、偏硅酸、Cu、Pb、Zn、Fe、Mn、Cr6+、Cd、Hg、As、Se等指標。其中K+和Na+使用火焰原子吸收分光光度法測定，Ca2+和 Mg2+用乙二胺四乙酸二鈉滴定法，Cl-用硝酸銀容量法，SO42-用硫酸鋇比濁法，HCO3-用鹽酸滴定法，pH用玻璃電極法測定。

1.4 評價方法

采用Excel進行統(tǒng)計性分析，篩選出檢出率較高且有超標跡象的10項指標：pH、溶解性總體(TDS)、總硬度(TH)、K++Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-作為評價指標。繪制Piper三線圖，分析研究區(qū)地下水化學類型及其空間變化規(guī)律。

采用單因子評價法，對38個采樣點水樣進行質量評價。該法采用一票否決制，依據(jù)《地下水質量標準(GB/T 14848-2017)》，當有一項指標超過相應功能限值時，表示該水體已不能滿足該功能需求，地下水質量按單項指標結果的最高級別確定[10-11]。

采用內梅羅污染指數(shù)法對水樣進行污染綜合評價。該法計算步驟：首先用單指標的檢測值計算單因子污染指數(shù)Ii；然后代入公式(2)計算綜合污染指數(shù)Pi；最后將計算結果與表1中的限值進行比較，確定污染等級[12]。計算公式如下：

(1)

(2)

表1 多項指標的綜合污染指數(shù)Pi分級標準

2 評價結果

2.1 地下水化學類型

表2是和靜縣38組地下水測試指標的數(shù)理統(tǒng)計結果。表明，潛水中陽離子含量：Ca2+>Mg2+>K++Na+；陰離子含量：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為1.11、1.09；TDS平均值為298.70 mg/L，TH平均值為498.81 mg/L，水質偏硬水；pH變化范圍7.50～8.13，屬中性偏弱堿性水。淺層承壓水中陽離子：Mg2+>Ca2+>K++Na+；陰離子：HCO3->SO42->Cl-；Mg2+、K++Na+、Cl-、SO42-空間變化差異大，變異系數(shù)分別為3.00、1.82、1.78、1.61；TDS平均值306.3 mg/L，TH平均值695.8 mg/L，水質為極硬水；pH范圍7.50～8.30，屬中性偏弱堿性水。深層承壓水中陽離子：Ca2+>K++Na+>Mg2+；陰離子：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為1.07、1.04；TDS平均值244.3 mg/L，TH平均值464.7 mg/L，水質為硬水；pH范圍7.50～8.60，屬中性偏弱堿性水。

圖2 和靜縣平原區(qū)潛水、淺層承壓水、深層承壓水Piper三線圖

圖2是根據(jù)研究區(qū)地下水離子當量百分比繪制的Piper三線圖。由圖可知，研究區(qū)潛水水化學類型為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，淺層承壓水為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深層承壓水為HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。水樣在陽離子三角區(qū)的落點表明，研究區(qū)地下水中Ca2+、Mg2+含量較多；水樣在陰離子三角區(qū)的落點表明，該區(qū)地下水中HCO3-、SO42-含量偏多，屬碳酸鹽、硫酸鹽富集區(qū)。從山前洪積平原到細土平原，陽離子逐漸由Ca2+→Mg2+→Na+遞變，陰離子逐漸由HCO3-→SO42-→Cl-遞變，水化學類型逐漸由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型過渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型，這可能與人類活動排放相關。

表2 和靜縣地下水各評價指標數(shù)理統(tǒng)計值

2.2 地下水質量評價

從和靜縣地下水質量評價結果統(tǒng)計表3可知，和靜縣地下水整體質量較好，局部地區(qū)存在水質超標。潛水以Ⅱ類水為主，8個潛水水樣中Ⅰ∽Ⅲ類水占總數(shù)的75%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占12.5%和12.5%.Ⅲ類水以人體健康為依據(jù)，適用于集中式生活飲用及工農業(yè)用水。以Ⅲ類水為基準，潛水超標率為25%. 淺層承壓水以Ⅱ類、Ⅲ類水為主，21個淺層承壓水水樣中Ⅰ～Ⅲ類水占比80.94%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占4.76%和14.29%，超標率為19.05%. 深層承壓水以Ⅲ類水為主，9個深層承壓水水樣中Ⅰ～Ⅲ類水占總數(shù)的66.67%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占11.11%和22.22%，超標率為33.33%.

從空間分布來看，從山前平原到細土平原，含水層結構由單一結構潛水逐漸過渡到到多層承壓水，水質逐漸由Ⅱ類過渡到Ⅲ類。從單個指標的超標率可知，TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化學超標是引起研究區(qū)地下水質量下降的主要因素。

表3 和靜縣地下水質量評價結果統(tǒng)計

2.3 地下水污染評價

和靜縣地下水污染評價結果統(tǒng)計見表4可以看出，研究區(qū)8個潛水采樣點中有6個屬未受污染狀態(tài)，有2個屬輕微污染，污染率達25%，這兩個受污點分別位于21團5連飲水井和21團2連2號飲水井(表5)。21個淺層承壓水采樣點中未受污染的有18個，中度污染的有2個，嚴重污染的有1個，中度污染和嚴重污染的比例分別為9.52%和4.76%，總體污染情況較潛水嚴重，淺層承壓水的三個污染點分別位于22團4連滴灌2號井、22團7連3號井和223團園六連4號抗旱井(表5)，單項超標因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-。

9個深層承壓水采樣點中未受污染的有7個，輕微污染的有2個，污染率為22.22%，污染情況較淺層承壓水有所好轉，深層承壓水的兩個污染點分別位于協(xié)比乃爾布呼鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府和223團水廠(表5)，單項超標因子有TDS、TH、Mg2+、SO42-。

從空間分布來看，和靜縣平原區(qū)地下水受污染程度依次為：淺層承壓水>潛水>深層承壓水，這與該區(qū)地層巖性、地下水超采、工農業(yè)排放等因素直接相關。

2.4 地下水污染影響因素分析

研究區(qū)地下水局部已受污染，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，這與該區(qū)氣候因素、地層巖性等關系密切。根據(jù)水化學類型遞變規(guī)律可知，從山前平原到細土平原，Ca2+、HCO3-含量逐漸降低，Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量增加，這與人類活動密切相關。

2.4.1 氣候因素的影響

和靜縣屬中溫帶干旱荒漠氣侯，年降水稀少，蒸發(fā)強烈。干旱直接導致地表水和風化圍巖中的化學成分在水體中濃縮，致使Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-等離子含量增加，TDS和TH含量升高，這些成分通過垂直入滲進入地下水含水層，這是該區(qū)地下水TDS、TH、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-超標的重要因素[8]。

2.4.2 地層巖性的影響

研究區(qū)地下水受污較重的是淺層承壓水，這在很大程度上受該區(qū)包氣帶巖性和含水層特性影響。從山前到細土平原，地層巖性由單一結構砂土過渡到粉土、粉砂互夾的多層結構[4]。在砂土為主的區(qū)域，巖層滲透能力好，污染物易通過徑流滲入地下水；在粉土或粉砂互夾區(qū)域，巖層透水性變差，污染物一旦進入不易發(fā)生遷移，尤其在淺層承壓水區(qū)段更易聚集[9]。

表4 和靜縣地下水污染評價結果統(tǒng)計表

表5 和靜縣地下水受污點位的綜合污染指數(shù)及污染評價結果統(tǒng)計

2.4.3 地下水超采的影響

近年來，隨著高效節(jié)水的大規(guī)模推廣，和靜縣地下水開采量逐年陡增。2005年累積成井數(shù)為191眼，到2015年遞增到900多眼[4]。由于開采速度過快，導致部分機井缺乏有效管理，部分機井防滲措施做的不到位。地下水超采和機井滲漏引起的垂直入滲污染是研究區(qū)承壓水受污的重要原因。

2.4.4 工農業(yè)生產和生活排放的影響

隨著和靜縣城鎮(zhèn)化水平逐年提高，工農業(yè)生產和城市人口陡增，產生了大量的工業(yè)廢水、生活污水和生活垃圾。工業(yè)廢水雖絕大部分經(jīng)過處理，水中仍含有少量Cl-、SO42-、NH4+、NO3-、NO2-等有毒成分；生活污水處理規(guī)模有限，水中仍含有大量Na+、Ca2+、Cl-、SO42-等成分，這些排放到水中都會對地下水造成影響[12]。工業(yè)廢棄物和生活垃圾幾乎都采用傳統(tǒng)方式焚燒或填埋，垃圾腐蝕產生的Na+、Cl-、NO3-等污染物通過垂直下滲流入地下水。農藥化肥的大量使用，使土壤中滯留過量的Cl-、NO3-、NO2-等將造成水質惡化。

3 結語

(1)和靜縣平原區(qū)潛水化學類型主要為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，淺層承壓水為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深層承壓水為HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。從山前平原到細土平原，陽離子逐漸由Ca2+→Mg2+→Na+遞變，陰離子由HCO3-→SO42-→Cl-遞變，水化學類型逐漸由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型過渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。

(2)研究區(qū)地下水整體質量較好，潛水以Ⅱ類水為主，淺層承壓水以Ⅱ類、Ⅲ類水為主，深層承壓水以Ⅲ類水為主，潛水、淺層承壓水、深層承壓水質量超標率分別為25%、19.05%和33.33%從潛水到承壓水，水質略有降低。TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化學超標是影響水質劣化的主要因素。

(3)研究區(qū)地下水局部已受污染。從空間分布來看，受污染程度依次為：淺層承壓水>潛水>深層承壓水。從單項指標的污染指數(shù)來看，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，這與質量評價結果基本一致。

(4)影響研究區(qū)地下水污染的主要因素有氣候因素、地層巖性、地下水超采、工農業(yè)生產和生活排放。