南襄盆地淺層地下水質量影響因子解析

田夏+費宇紅+李亞松+崔向向+張學慶+敦宇

摘要：在現場調查和地下水樣品檢測分析的基礎上，采用單指標評價和綜合評價相結合的方法對南襄盆地淺層地下水質量進行評價：Ⅱ至Ⅲ類占2627%，Ⅳ類占4322%，Ⅴ類占3051%；南襄盆地地下水質量受地質營力作用的原生指標和人類活動的次生指標共同影響，人類生活生產、采油采礦活動是影響該地區地下水質量的主要因素。通過“單指標超Ⅲ類水貢獻率”和“人類活動影響度”的計算，來識別影響地下水質量的主要因素。單指標超Ⅲ類水貢獻率最大的為硝酸鹽，達5632%，其次為總硬度、鐵、錳等指標。南襄盆地淺層地下水人類活動影響度為5487%，主要影響指標為“三氮”。

關鍵詞：地下水；質量評價；人類活動影響度；貢獻率；南襄盆地

中圖分類號：P6416文獻標識碼：A文章編號：

16721683（2017）06013205

Abstract：This study is based on the field investigation and analysis of groundwater samplesIt used singleindex evaluation and comprehensive evaluation methods to evaluate the groundwater quality of the NanyangXiangyang basin：The ⅡⅢ type shallow groundwater accounted for 2627% in the NanyangXiangyang basin；the Ⅳ type shallow groundwater accounted for 4322%，and the Ⅴ type shallow groundwater accounted for 3051%The primary indices affected by geological forces and the secondary indices affected by human activities jointly influenced the groundwater quality of NanyangXiangyang basinHuman living and production，oil extraction，and mining activities were the main factors affecting the quality of groundwater in the areaIn this study，the main factors influencing the quality of groundwater were identified through the calculation of ″single index′s contribution rate to ⅥⅤ type groundwater" and "human activities influence degree"The single index with the largest contribution rate to ⅥⅤ type groundwater was nitrate，which contributed 5632%It was followed by total hardness，iron，and manganeseThe human activities influence degree to the shallow groundwater in NanyangXiangyang basin was 5487%，and the main impact index was the "three nitrogens"

Key words：groundwater；quality evaluation；human activities influence degree；contribution rate；NanyangXiangyang basin

地下水質量評價是根據地下水中的主要物質成份和給定的水質標準限值，對水化學資料和水質時空分布狀況進行分析，評價出區域地下水體的質量狀況。在《地下水質量標準》（GBT 14848-93）中，將地下水質量劃分為五類[1]。其中Ⅰ、Ⅱ類地下水化學組分含量較低，適用于各種用途，Ⅲ類水以生活飲用水標準為限值，適用于集中供水水源及工農業用水，Ⅳ、Ⅴ類水已超出生活飲用水標準，不宜直接飲用。第15卷 總第93期·南水北調與水利科技·2017年12月

田夏等·南襄盆地淺層地下水質量影響因子解析

國內外專家、學者提出了多種水質評價的方法和模型，如單因子指數法、綜合指數法、灰色聚類法、模糊綜合評價法、人工神經網絡評價法等，有學者對這些評價方法做了綜合對比，并進行了改進應用[26]。這些評價方法多集中于數學手段的改善，沒有注重評價結果的物理意義，并主要以無機指標作為地下水質量的評價指標，較少考慮地下水的痕量重金屬與有機指標，而這些指標在部分地區已對地下水水質造成影響[710]，并對人體健康帶來了一定的危害[1113]。此外，地下水質量評價的結果是眾多指標共同作用的體現，如在地下水質量評價中選用“三氮”、毒性重金屬和有機指標時，其結果則會反映人類活動影響的地下水質量。

本研究依托于國土資源大調查項目，以南襄盆地為研究區，開展地下水質量調查。調查發現區內地表水系發育，農業生產是主要的人類活動，采礦和采油工程零星分布。地下水埋深較淺，幾米至十余米，是生活和經濟活動的重要供水水源，其地下水質量的好壞將直接影響區內經濟發展和居民的日常生活。本研究采用更為科學的評價方法對該區淺層地下水質量做出評價，分析地下水質量影響指標，為南襄盆地地下水資源的可持續開發利用與管理提供科學依據。endprint

1南襄盆地概況

南襄盆地位于河南省西南部和湖北省的西北部，包括南陽市和襄陽市。南襄盆地由湍河、白河、唐河和漢江沖積形成，地貌類型為崗地和平原；東西長約177 km，南北寬約134 km，面積17 120 km2；屬北亞熱帶季風氣候區，多年平均氣溫151 ℃，多年平均降水量6781～9678 mm；屬于長江流域，該區水系發育，地表水與地下水聯系密切[14]。

南襄盆地地下水主要賦存于第四系松散孔隙層中[15]，第四系全新統（Q4）、上更新統（Q3）、中更新統（Q2）含水層以細砂、中砂及粉砂為主，儲存淺層水，為淺層含水組；第四系下更新統（Q1）含水層以砂礫石、泥質砂礫石為主，儲存中深層水，為中深層含水組。降水入滲、渠系滲漏及河水側滲為該區的主要補給來源；排泄方式有徑流、蒸發、開采等，其中開采排泄主要有工礦企業生產、農業灌溉、居民生活飲用等。

隨著城市規模擴大和人口數量的快速增加，該區地下水已受到不同程度影響，自上世紀70年代起，南陽市部分地區由于超采地下水便開始出現地下水降落漏斗[16]，前人于20世紀90年代、2005年、2013年分別對南陽市或南陽盆地進行了地下水質量及污染評價，結果表明在人口、工業密集的地區，地表水及淺層地下水污染較重，水質較差，影響該區地下水質量的主要指標為總硬度、溶解性總固體與硝酸鹽等[1721]。

2取樣測試與評價方法

21樣品采集與測試

2014年6月-9月在南襄盆地進行地下水質量及污染調查，按照《地下水污染調查評價規范》的采樣要求，山區和丘陵區按05～1組100 km2取樣，平原地區按3～4組100 km2取樣[22]，利用現有供水井為采樣井，共采集淺層地下水樣品118組（圖1）。樣品測試項目包括現場理化性質檢測指標、無機檢測指標和有機檢測指標三類，共計85項。由具有國家CMA計量認證的國土資源部地下水礦泉水及環境監測中心和河南省地質環境監測院實驗測試中心進行分析檢測。有機指標主要采用氣相色譜質譜法（GCMS）進行測定，依據標準為EPA8270、EPA8260；無機測試指標主要采用ICP電感耦合等離子體光譜法、比色法、分光光度法、原子熒光法、容量法、滴定法等分析方法進行測定，依據標準為DZT 0064-1993。

22地下水質量評價

為了使地下水質量評價結果具有物理意義，應用單指標評價與綜合評價相結合的方法，具體如下：單指標評價是依據《地下水質量標準》（GBT1484893）中各參評指標級別限值，對地下水樣品各測試指標進行質量分級，指標限值相同而地下水質量類別不同時，按照從優不從劣的原則進行評定[1]。綜合評價是在單指標評價結果的基礎上，以單指標評價結果的最高類別確定為該組樣品地下水質量分級，并指出最高類別的評價指標[23]。評價指標包含一般化學指標12項，無機毒理指標5項，毒性重金屬指標5項，揮發性有機指標21項，半揮發性有機指標5項，共計48項。

評價結果顯示：Ⅱ至Ⅲ類地下水點占總取樣點的2627%，Ⅳ類地下水占4322%，Ⅴ類占3051%（圖2）。南襄盆地淺層地下水無Ⅰ類水，Ⅱ至Ⅲ類地下水主要分布在盆地北部、西北部及中部河谷地帶，屬于白河、湍河、唐河的一、二級階地，水系發育，支流眾多；含水層厚度較大，地下水與河水存在較強的水力聯系和季節性的互補關系，地下水徑流條件較好，人類活動產生的污染指標易于降解，故水質較好。

Ⅳ、Ⅴ類地下水主要分布在南襄盆地西、西南部和東部。盆地西南部的山前崗地、丘陵區域地下水富水性差，單井涌水量小于10 m3d；地下水埋藏較淺，普遍在05～5 m之間；水動力條件弱，人類活動產生的污染指標易透過包氣帶進入含水層，影響地下水質量。人類工業活動的影響區主要位于南襄盆地東部的唐河縣、泌陽縣，在該區形成了地下水超Ⅲ類水富集區，該區域是南陽油田與安棚堿礦的主要采礦區，在采礦生產過程中由于操作不規范或油管線老化及各種事故致使原油、采油廢水、廢液、添加劑等污染物灑落至地表，隨降雨入滲進入包氣帶或地表徑流至地表河水，在入滲作用及河水與地下水交替互補的作用下，污染物進入含水層，進而對該區地下水質量造成影響。安棚堿礦深部采礦過程中，由于長期高壓注水溶采破壞了地層結構，導致礦溶水與不同層位的含水層發生水力聯系，礦溶液沿導水通道上升污染該區淺層地下水。在該區的地下水樣品中，總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、鐵、鋁、錳超標率較高，有機測試指標1，2二氯苯檢出率較高，但未超標。個別采樣點總硬度與溶解性總固體達到了2 2905 mgL、3 57120 mgL，分別是地下水Ⅲ類水限值的509倍和357倍；硫酸鹽與氯化物也高達1 79488 mgL、47787 mgL，分別是地下水Ⅲ類水限值的718倍和191倍。

3結果與討論

按上述方法評價出的地下水質量，不能反映出影響地下水質量的具體指標，進而不能得出地下水質量的毒性程度及具體的化學物質的來源。因此本研究通過“單指標超Ⅲ類水貢獻率”和“人類活動影響度”的計算，來識別影響地下水質量的主要因素?！叭祟惢顒佑绊懚取笔窃陔y以科學合理獲取背景值的條件下初步判定人類活動影響的方法，可用于各種地區和不同時間段，能夠量化地下水質量受人類活動影響的程度，該方法能更明確地指導管理者識別地下水環境問題。

31單指標貢獻率

“單指標超Ⅲ類水貢獻率（C單）”定義為某指標超Ⅲ類水個數（N單）與總超Ⅲ類水個數（N總）之比計算，公式如下：

C單=[SX（]N單[]N總×100%（1）

單指標超Ⅲ類水貢獻率最大的指標為硝酸鹽，達5632%，其次為總硬度、鐵、錳、亞硝酸鹽、溶解性總固體，分別為4368%、3908%、2874%、2414%、1954%。氯化物、硫酸鹽、碘化物、鈉、鉛、氟化物、銨氮的貢獻率在2%～12%之間，有機污染指標對超Ⅲ類水無貢獻（圖3）。硝酸鹽、亞硝酸鹽對南襄盆地淺層超Ⅲ類地下水的貢獻率較高，而地下水中“三氮”是人類活動影響的重要標志，說明本區淺層地下水受人類活動影響已較為明顯；鐵、錳指標主要受天然地質背景控制，與該地區的原生水文地質條件有關，受人類活動影響較??；總硬度、溶解性總固體、氯化物等指標受天然地質背景控制和人類活動影響的共同作用，對該區地下水質量造成一定影響。endprint

32人類活動影響度

為進一步剖析地下水質量中人類活動的后果，本研究引入了“人類活動影響度”的評價理念，思路如下：地下水質量評價中的“三氮”（硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨氮）、重金屬（鎘、六價鉻、鉛、汞）和有機指標主要是由人類農業、生活和工業活動而產生，這些指標毒性強、危害大，本研究將這三類劃定為受人活動影響的次生指標，以此計算人類活動對該區淺層地下水質量造成的影響。其他一般化學指標（pH值、鐵、錳、銅、鋅、鈉、硫酸鹽）和無機毒理指標（碘化物、氟化物、硒）多是由地質背景控制，受人類活動影響較小，將其定為地質背景原生指標。并據此定義人類活動影響度（I人類）為：次生指標超Ⅲ類水個數與總指標超Ⅲ類水個數之比，公式為：

I人類=[SX（]N次生[]N原+N次生×100%（2）

式中：I人類為人類活動影響度；

N次生為次生指標超Ⅲ類水個數；N原為原生指標超Ⅲ類水個數。

淺層地下水超Ⅲ類水原生指標個數為51個，次生指標個數為62個，主要影響指標為“三氮”，人類活動影響度為5487%。由此可以看出，南襄盆地淺層地下水質量受地質營力作用產生的原生指標和人類活動影響的次生指標的共同作用。

4結論

（1）地下水質量評價結果顯示，南襄盆地淺層地下水質量受地質營力作用產生的原生指標和人類活動影響的次生指標的共同作用。人類生活生產、采油采礦活動是影響該地區地下水質量的主要因素。

（2）南襄盆地Ⅱ至Ⅲ類淺層地下水占2627%，Ⅳ類地下水4322%，Ⅴ類地下水3051%；Ⅱ～Ⅲ類地下水主要分布在河谷地帶，Ⅳ、Ⅴ類地下水多在崗地、丘陵地帶及工礦業集聚區。

（3）南襄盆地單指標超Ⅲ類水貢獻率最大的為硝酸鹽，達5632%，其次為總硬度、鐵、錳等指標；淺層地下水人類活動影響度為5487%，主要影響指標為“三氮”。

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