淮北平原浅层地下水水质评价研究

(1.安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001；2．合肥工业大学，安徽 合肥 230001)

1 淮北平原地下水监测及水质状况

淮北平原位于安徽省北部，地处黄淮海平原南侧，总面积约3.74万 km2，地表水资源匮乏，地下水资源为主要供水水源，淮北平原地区地下水监测工作始于上世纪七八十年代，主要通过地下水监测井对区内浅层、中深层及深层松散岩类孔隙水水位、水温及水质进行长期连续性监测。随着淮北平原工业化、城市化水平不断提高，环境问题正日趋严重，尤其地下水环境问题犹为突出。根据多年来淮北平原地下水监测资料反映情况来看，目前淮北地区地下水水质状况多为Ⅳ类、Ⅴ类水，Ⅲ类及以上水分布较少。为了掌握地下水水质情况，从源头上控制下水污染，开展地下水监测及水质评价工作意义重大。

本次评价以2017年淮北平原枯水期取样测试结果数据为依据，收集了99个浅层地下水监测点水质结果进行分析研究。

2 地下水水质评价标准及方法

2.1 评价标准

根据《地下水水质标准》(GB/14848-2017)及地调局统一颁布的相关技术标准，在水质单指标评价的基础上进行综合评价。

2.2 评价因子

参照相关技术规范、标准，评价因子主要有25项，分别为总硬度、溶解性总固体、pH、Cl-、SO42-、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、挥发酚类、阴离子表面活性剂、COD、NH4+、Na、NO3-、NO2-、CN-、F-、Hg、As、Se、Pb、Cd、Cr6+。

2.3 单指标质量评价

对每一组样品的各项指标进行质量分级(表1)，不同类别指标限值相同时，从优不从劣，确定单组样品所有指标的质量等级，如一组样品的某项指标Ⅰ、Ⅱ类标准值均为0.02 mg/L，若水质分析结果为0.02 mg/L，则该样品这组指标的单指标质量等级定为Ⅰ类。一般Ⅰ-Ⅲ类水为可饮用水、Ⅳ类水为经适当处理可饮用水、Ⅴ类水为不宜饮用水，在单指标评价过程中，其含量超过Ⅲ类水标准就认为该指标为超标组分。

图1 淮北平原浅层孔隙水枯水期单指标质量等级占比图

2.4 地下水质量综合评价

参照《地下水质量标准(GB/T14848-93)》要求采用综合水质指数法进行地下水质量综合评价。具体步骤如下：

(1)首先进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别。

(2)在对各单项组分评价划分组分所属质量类别的基础上，对各类别按下列规定分别确定单项组分评价分值Fi(表2)。

(3)按照下式计算综合评价分值F。

(4)根据F值，按地下水质量分级表划分地下水质量级别(表3)。

3 水质评价结果及变化原因分析

3.1 水质评价结果

单指标评价结果如图1所示，超标组份有:Mn、Fe、总硬度、TDS、F-、NO3-，其超标率分别为79.8%、41.4%、30.3%、30.3%、13.1%、9.1%。综合评价结果： 9.1%为Ⅲ类水、70.7%为Ⅳ类水、20.2%为Ⅴ类水。(表4、图2)。

表1 地下水单指标质量分类标准一览表

表2 单项组分评价分值Fi表

表3 地下水质量分级表

3.2 水质退化原因分析

2017年淮北平原水质退化的主要超标指标为Fe、Mn、F、NO2-、总硬度、TDS。分析其原因主要有：

3.2.1 Fe、Mn、F-

根据前人对我省淮北平原第四系地层的研究结果[1]，在晚更新世颍上组、黄口组及其以前的地层中，铁、锰结核普遍存在，为该区域地下水中铁、锰的来源之一。加之，含水层夹有淤泥质亚粘土，使其处于强还原环境，有利于含铁矿物的溶解。酸性条件、还原环境、HCO3-Ca为主的水化学类型、地下水的流动等都有利于铁离子的富集。总之，本土母岩的溶滤及酸碱条件改变对铁锰离子的激发，为我省淮北平原地下水中铁锰异常的主要原因之一。

地下水中氟含量与含水介质及其上覆土层的岩石性质有着密切的内在关系。地下水中控制F-浓度的边界相矿物主要是萤石(CaF2)，故Ca2+的浓度对F-的浓度有重要影响。欲使F-含量保持在饮用水标准(1 mg/L)以下，Ca2+需要达到近400 mg/L的浓度。淮北平原浅层地下水中Ca2+浓度在300 mg/L以下，远低于400 mg/L的浓度。故而，在我省地下水中Fe、Mn、F-三项，属原生异常。

表4 2017年淮北平原枯水期浅层孔隙水水质评价结果表

图2 2017年枯水期淮北平原浅层孔隙水质量综合评价图

3.2.2 NO2-、总硬度、TDS

此4项指标的变化既与原生背景有关，但更多的是与人为污染有关，且不同组份相互之间互相影响。这些组份在地下水中的变化，还要从区域地下水流动系统的类型、形成史、埋深及参与循环变化的情况说起，前人已对淮北平原进行专门的研究[2]。浅层孔隙水埋深大致在50 m以浅，与大气降水联系密切，可直接接受大气降水补给，与地表水具有成生联系，并存在水量交换，容易遭受外界污染，参与现代水循环，对降水反映灵敏，地下水年龄不超过10 Ka，属全新世补给。

NO2-是地下水中“三氮”形式之一，是一个相对不稳定的氧化态氮，与NO3-、NH4+在一定条件下可以相互转化。在浅层地下水中，NH4+和NO2-都不稳定，很容易转变为NO3-，故其含量很低。而地下水中硝酸盐的来源主要包括生活污水、动物粪便、氮肥和土壤有机氮等，从NO2-与NO3-、NH4+的转化过程可知，NO2-亦是反映地下水遭受人为污染的指标之一。可以理解为NO2-指标的变化是人为污染增加或者是长期以来污染物累积加之反硝化菌丰富的结果。

总硬度是指地下水中Ca2+、Mg2+离子的含量。研究证实总硬度与地下水质各监测指标之间的关联性较好，总硬度的变化趋势基本上可以代表地下水环境质量演化的趋势[3]，地下水中硬度升高主要是包气带矿物溶解和离子交换的结果[4]。污灌地区土壤中积累的大量次生易溶盐；地下水中的Na+与粘土矿物中的可交换性Ca2+、Mg2+之间发生的离子交换反应；氨氮的离子交换作用和硝化作用；温度、压力和pH条件变化时，特别是二氧化碳分压的增加，加快含钙、镁难溶性矿物的风化和溶解；地下水位的下降，造成水在包气带中溶淋时间延长及还原氧化环境的变化等都会加速矿物溶解，使地下水硬度升高[5,6]。

TDS指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。TDS值越高，表明水中含有的溶解物越多。地下水中TDS与电导率、总硬度、SO42-、Cl-、K++Na+、Mg2+、Ca2+显著相关，与宏量阴离子SO42-、Cl-相关性明显大于阳离子。淮北平原地下水溶解性总固体空间变异性较氟离子小，其空间分布主要受水动力条件、降雨蒸发条件及水文地球化学作用控制。TDS值的多年演变特征既受到自然因素的影响，也受到人类活动的影响。降雨量和水位埋深决定的净补给量是浅层TDS变化的重要影响因素[7]。

4 结语

(1)通过对淮北平原浅层地下水水质进行监测分析评价显示，目前淮北平原浅层地下水水质多以Ⅳ、Ⅴ类水分布，Ⅲ类以上水分布较少，总体上来讲，淮北平原浅层地下水水质状况较差；

(2)淮北平原浅层地下水补给主要为地表水入渗补给，水质状况的好坏除因地层因素影响外还与地表污染物的分布情况有重要关系；

(3)淮北平原浅层地下水的利用，首先需要科学规划，水源地及附近要对地表污染源进行严格控制。其次要根据具体情况对地下水进行处理，水质满足相关标准后方可使用。最后，要继续加强淮北地区地下水资源的监测工作，密切关注淮北平原地下水环境问题，为当地在经济建设中合理开发利用地下水资源提供一套极有参考价值的基础数据，确保取水、供水、用水安全，实现地下水资源的可持续开发利用。