晉祠泉域巖溶地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

高嵚山

（山西省水文水資源勘測(cè)局，山西 太原 030001）

1 泉域概況

晉祠泉為山西省19個(gè)重點(diǎn)保護(hù)巖溶大泉之一，泉域總面積2 030 km2，其中裸露可溶巖面積達(dá)375.25 km2。

泉域東部邊界沿柳林河與獅子河的分水嶺向南至王封村，折向三給村，沿汾河至汾河二壩。南部邊界從汾河二壩經(jīng)清徐縣西高白沿古交市與交城縣的行政分界線至郭家梁村。西部邊界沿婁煩縣、古交市、靜樂(lè)縣的交界處往南經(jīng)牛頭山、羅家曲村、白家灘村、康莊村至郭家梁村。北部邊界為古交市與靜樂(lè)縣的行政分界線。

晉祠泉域地勢(shì)西北高、東南低，屬呂梁山脈東翼，面積約1 771 km2，海拔高度900～1 500 m，相對(duì)高差300～500 m。灰?guī)r裸露區(qū)主要分布于泉域北部，為典型的北方巖溶地貌，巖溶裂隙發(fā)育，可見(jiàn)溶洞、溶孔、巖溶洼地，東西部邊緣地區(qū)有零星出露，但面積很小，形不成獨(dú)立的巖溶地貌。泉域中部和南部被晚古生代砂頁(yè)巖覆蓋，局部可見(jiàn)中生代地層和黃土覆蓋。

2 巖溶地下水化學(xué)特征及分布規(guī)律

2.1 地下水化學(xué)特征

泉域內(nèi)巖溶地下水補(bǔ)給主要是大氣降水入滲和河道滲漏補(bǔ)給，地下水化學(xué)成份受地下水補(bǔ)給條件和運(yùn)動(dòng)距離控制外，與地質(zhì)構(gòu)造和地層變化有密切關(guān)系。監(jiān)測(cè)資料表明，晉祠泉域巖溶水從補(bǔ)給徑流區(qū)到排泄區(qū)，總硬度、礦化度、SO42-及水化學(xué)類(lèi)型等具有明顯變化規(guī)律。

2.2 地下水化學(xué)類(lèi)型及分布規(guī)律

地下水化學(xué)類(lèi)型采用阿廖金分類(lèi)和舒卡列夫分類(lèi)兩種方法。

綜上分析，巖溶水地下水水質(zhì)類(lèi)型由西北向東南地下水流向呈HS－CM，SH－CM的規(guī)律變化，總硬度、礦化度、等多種離子含量也隨著由低到高的規(guī)律變化。沿邊山斷裂帶，中部巖溶水水質(zhì)明顯好于兩側(cè)，南部最次，表明中部巖溶水循環(huán)交替作用強(qiáng)烈，而南部相對(duì)較慢，基本處于滯流狀態(tài)，并在上游所經(jīng)煤系地層較多所致。

3 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

地下水是該區(qū)域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)生活的主要供水水源，對(duì)優(yōu)化泉域水資源配置、合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)地下水資源、保障城鄉(xiāng)居民飲水安全、防止水污染、保護(hù)水環(huán)境、促進(jìn)泉域水資源在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的可持續(xù)利用、加強(qiáng)泉域地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)和地下水質(zhì)保護(hù)具有十分重要的作用。此次評(píng)價(jià)采用長(zhǎng)期定點(diǎn)和隨機(jī)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的辦法，綜合研究地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、水質(zhì)演變過(guò)程，分析影響地下水的污染源頭及防治措施。在泉域內(nèi)持續(xù)對(duì)8個(gè)巖溶水井水質(zhì)站點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期采樣分析，評(píng)價(jià)以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，通過(guò)對(duì)各監(jiān)測(cè)因子單項(xiàng)評(píng)價(jià)后再進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.1 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)以地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，分為單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)，共選取pH值、總硬度、礦化度、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、高錳酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷化物、六價(jià)鉻、鎘、鉛等21項(xiàng)評(píng)價(jià)因子。

地下水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)分值的計(jì)算和質(zhì)量級(jí)別計(jì)算方法如下：

單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi按表1規(guī)定執(zhí)行，然后根據(jù)公式1—2計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值F。

表1 單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi表

式中：Fmax——為各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi中的最大值；

n——評(píng)價(jià)的單項(xiàng)數(shù)目；

根據(jù)F值，按表2劃分地下水質(zhì)量級(jí)別。

表2 地下水質(zhì)量級(jí)別劃分表

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)成果分析，巖溶水水化學(xué)類(lèi)型沿補(bǔ)給徑流區(qū)至排泄區(qū)為HS-CM→SH-CM，水質(zhì)質(zhì)量級(jí)別由良好向較差、極差變化，總體上補(bǔ)給徑流區(qū)巖溶水水質(zhì)比較穩(wěn)定，呈良好到較好的變化趨勢(shì)。排泄區(qū)總硬度、礦化度、硫酸鹽、鐵、氨氮、氟等呈逐漸增高趨勢(shì)，并引起離子超標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 晉祠泉域巖溶地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表

3.2 地下水污染源

本區(qū)地下水污染源主要分原生污染和次生污染，原生污染受地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件控制，次生污染與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)。

3.2.1 汾河滲漏污染

汾河流經(jīng)該區(qū)域時(shí)，經(jīng)過(guò)兩段裸露灰?guī)r區(qū)，并發(fā)生強(qiáng)烈滲漏現(xiàn)象。

第一段是從羅家曲—鎮(zhèn)城底，地下水位低于河水位，河床底部巖石節(jié)理較發(fā)育，對(duì)河水滲漏補(bǔ)給地下水形成有利條件，但汾河流經(jīng)該段時(shí)，污染程度甚微，不構(gòu)成對(duì)巖溶水系統(tǒng)污染的威脅。第二段是從河下村—小塔村，該段有古交斷層通過(guò)，河床地表水水位與地下水位相差40～90 m，使汾河水強(qiáng)烈補(bǔ)給地下水，補(bǔ)給段長(zhǎng)21 km。這一地段位于古交市下游，匯入古交市大量的生活污水、礦坑水及其他工業(yè)廢水，是危及晉祠泉重要的污染源。該段滲入的水，一部分在玄泉寺溢出，再與地表水匯合向蘭村方向流去，另一部分地下徑流向晉祠泉方向運(yùn)移。由于該段距離晉祠泉較遠(yuǎn)，污水滲入地下后，在長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離運(yùn)移中被凈化，而該巖溶水系統(tǒng)又有較大的環(huán)境容量，因此，短時(shí)間內(nèi)在晉祠泉及其他巖溶水井中不會(huì)產(chǎn)生大的影響。古交汾河段地表水污染如長(zhǎng)期得不到治理，該段污染源影響到西邊山沿線，一旦作為太原西邊山沿線城市、農(nóng)村生產(chǎn)生活供水的主要供水源被污染，其后果將十分嚴(yán)重。

3.2.2 王封溝滲漏污染

王封溝滲漏地段是地方小煤窯和煉焦場(chǎng)的集中分布區(qū)，為酸性礦坑水、生活污水和煉焦場(chǎng)的綜合污染體。該地段污水化學(xué)成分復(fù)雜，污染物種類(lèi)多、遷移性強(qiáng)，礦坑水大量滲入地下，而距晉祠比河下—小塔滲漏段較近，且凈化與稀釋能力比不上河下—小塔滲漏段。因此，該段是形成污染最應(yīng)注意的地段，以上均可稱(chēng)為遠(yuǎn)源污染。

對(duì)晉祠泉來(lái)說(shuō)，在近處能造成污染的主要是風(fēng)峪溝。2008年以來(lái)，風(fēng)峪溝在店頭以上的多處小煤礦均已停產(chǎn)關(guān)閉，礦坑排水大量減少，地表水環(huán)境已初步得到改善，但仍有一些國(guó)營(yíng)大礦向外排放礦坑水，而且水質(zhì)極差。因其特殊的地質(zhì)條件和地理位置，對(duì)晉祠泉的影響和威脅較大，因此，對(duì)該溝上游煤礦礦坑排水及店頭村生活污水應(yīng)采取必要的治理措施。除此之外，對(duì)官地、白家莊、杜兒坪和西銘礦產(chǎn)生的近源污染也應(yīng)給予高度關(guān)注。

3.3 地下水污染的主要特征

3.3.1 地下水類(lèi)型的改變

從補(bǔ)給徑流區(qū)到排泄區(qū)地下水類(lèi)型總體上是從HS-CM向SH-CM型轉(zhuǎn)變，表明地下水污染通過(guò)煤系地層、奧陶系峰峰組石膏地層的自然淋溶、侵蝕等綜合因數(shù)影響的結(jié)果。

3.3.2 地下水硬度的增高

地下水硬度增高是城市化過(guò)程中過(guò)度開(kāi)采地下水導(dǎo)致采補(bǔ)失調(diào)后的一種地下水污染現(xiàn)象，主要是由于地下水位持續(xù)下降，大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給排泄周期延長(zhǎng)所致。另外，城市工業(yè)、生活污水和垃圾降解產(chǎn)生的有機(jī)污染物、酸堿鹽污染及由此產(chǎn)生的二氧化碳、鈣、鎂和促進(jìn)碳酸鹽的溶解作用，也會(huì)促使地下水硬度增高。

3.3.3 地下水礦化度增高

地下水礦化度的高低，除與水文地質(zhì)條件有關(guān)外，還與污染狀況有密切的關(guān)系，也是反映地下水污染的一種主要特征。

3.3.4 硫酸根離子含量的增高

硫酸根離子變化幅度較大，補(bǔ)給徑流區(qū)巖溶水硫酸鹽含量由84.1 mg/L增至176 mg/L，排泄區(qū)巖溶水硫酸鹽含量在325～534 mg/L之間。

總之，巖溶地下水從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)，沿著地下水運(yùn)移方向，水溶液中多項(xiàng)水化學(xué)離子含量不同程度地增高，充分說(shuō)明地下水水質(zhì)的變化主要受上覆煤系地層和奧陶系峰峰組地層入滲水量的影響，同時(shí)與人類(lèi)活動(dòng)的影響息息相關(guān)。地下水污染人為因素首先是泉域地下水資源無(wú)節(jié)制的開(kāi)采，工業(yè)、生活污水的任意排放，煤礦開(kāi)采過(guò)程中大規(guī)模破壞水環(huán)境，煤矸石長(zhǎng)期露天堆放以及煉焦污染和煤炭運(yùn)輸，都會(huì)對(duì)地下水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其次是地下水超采造成原生水環(huán)境、水流場(chǎng)改變，使地下水循環(huán)深度加深，循環(huán)周期延長(zhǎng)，補(bǔ)給、徑流、排泄條件不暢，地下水環(huán)境逐步惡化。

4 結(jié)語(yǔ)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，泉域水環(huán)境質(zhì)量整體較為穩(wěn)定，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)成果分析，巖溶水水化學(xué)類(lèi)型沿補(bǔ)給徑流區(qū)至排泄區(qū)總體上呈HS-CM向SH-CM變化，局部區(qū)域水質(zhì)異常，總硬度、硫酸鹽等呈逐漸增高趨勢(shì)，泉域水資源實(shí)現(xiàn)根本好轉(zhuǎn)。