2018年沈陽地區全年地下水水化學相關分析

孫婧妍

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110003)

0 引言

在我國供水水源中，地下水的作用十分重要，尤其在干旱或者半干旱地區，甚至唯一的工農業生產和生活的供水水源，可能是地下水[1]。根據《全國地下水污染防治規劃(2011-2020年)》[2]統計，在我國北方地區，65%的生活用水、50%的工業用水和33%的農業灌溉用水均為地下水，全國655個城市中有400多個城市飲用水源被地下水覆蓋。近年來，由于我國工業化、城市化進程加快的迅速程度，人類活動對地下水環境的影響也越來越強。由于自然因素和人為因素的共同影響，部分地區地下水蒸發，濃縮越來越強、地下水超采嚴重、水質趨于惡化、甚至地表水遭到了污染，同時，地下水位不斷下降，造成了地面沉降、土地荒漠化等問題，對我國經濟社會可持續發展具有十分強烈的制約作用[3]。因此，地下水環境的保護，關系到經濟社會的可持續發展，更關系到我們子孫后代的生存安全問題。因此，評價區域地下水環境風險，應針對區域不同、尺度不同地下水的防污能力，找到地下水特征污染物的源頭，確定地下水污染與人類活動之間的關系，從而發現易受污染的地下水高風險區，才能提供地下水水資源管理和環境保護針對性的決策意見[4]。因此，地下水化學類型的分類十分重要。

1 沈陽市地下水水質監測井站點分布

2018年沈陽市監測的42個監測井站點分布在沈陽市8個縣區(新民、法庫、康平、遼中區、蘇家屯區、沈北新區、渾南區、于洪區)。其中新民14個，法庫3個，康平4個，遼中區8個，蘇家屯區5個，沈北新區4個，渾南區1個，于洪區3個。具體分布位置見表1。

表1 沈陽市縣區地下水監測井站點一覽表

2 沈陽市地下水水質監測項目及其監測頻次

監測項目有水溫、pH、色度、濁度、肉眼可見物、臭和味、總堿度、重碳酸鹽、碳酸鹽、總硬度、鈣、鎂、鉀、鈉、礦化度、溶解性總固體、硫酸鹽、陰離子表面活性劑、氯化物、銅、鋅、鐵、錳、揮發酚、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、氟化物汞、砷、硒、六價鉻、高錳酸鹽指數、鉛、鎘、氰化物、總大腸菌群、細菌總數等38項指標。

2018年沈陽地區地下水一共監測了4次，分別在3月、5月、9月和11月。本文選取全年平均值。

3 地下水水化學類型評價方法

采用阿列金分類法對沈陽市2018年全年42個站點的地下水進行分類。此法首先將天然水按優勢陰離子劃分為三類：重碳酸鹽水(HCO3-+CO32-)、硫酸鹽水和氯化物水，它們的礦化度按該順序越來越大，水質則越來越差。然后，又按優勢陽離子在每一類中分為鈣質、鎂質和鈉質(鉀加鈉)三個組。最后，再按陰陽離子間毫克當量的相對比例關系在每個組內劃分為4個水型，見表2。

表2 地下水化學阿列金分類表

第Ⅰ型離子間的比例為[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]；

第Ⅱ型離子間的比例為[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]；

第Ⅲ型離子間的比例為[HCO3-+SO42+]<[Ca2++Mg2+]或[Cl-]>[Na+]；

第Ⅳ型離子間的比例為[HCO3-]=0，即酸性水。

第Ⅰ型水的特點是[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]，即堿度大于硬度。這一型水中含有很多Na+與K+的火成巖成分。水中主要離子成分為碳酸氫根(HCO3-)并且鈉離子(Na+)含量也較多，這一型水一般硬度不大、水質很好，屬于低礦化度水。

第Ⅱ型水的特點是[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]，堿度小于硬度。從成因上來說，這個類型的水的形成與沉積巖有關，為混合類型的水。這類水大多為礦化度中等或者較低的河水。

第Ⅲ型水的特點是[HCO3-+SO42-]<[Ca2++Mg2+]或者為[Cl-]>[Na+]。這型水也是混合水，天然水中的Na+被土壤底泥或含水層中的Ca2+或Mg2+交換，導致其成分發生很大變化。此種類型包含海水、大洋水等許多高礦化度的地下水。

第Ⅳ型水的特點是[HCO3-]=0，即酸性水。重碳酸類水中不含此型，只有氯化物類水和硫酸鹽類水中，Ca2+組與Mg2+組中才可能有這一型水。一般自然界中天然水均不是這個類型(pH≤4.0)。

本分類中，各性質的水均用化學元素表示，“類”用相應的陰離子(C、S、Cl)的化學符號表示，“組”用陽離子(Ca、Mg、Na)的符號表示，寫在“類”的方次位置。“型”則用羅馬數字標在“類”符號的右下角。全符號寫成下列形式：如CⅢCa表示重碳酸鹽類鈣組第三型水，CⅠMg表示氯化物類，鎂組第二型水。

4 地下水水化學類型評價結果

4.1 全年地下水水化學類型評價

取沈陽地區2018年42個地下水站點，四個季度的監測平均值，按照阿列金法進行水化學類型劃分，共分為6種類型(見圖1)。這6種類型中，以CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井為主，其中CⅠCa型井有5眼，占11.9%；CⅡCa型井有6眼，占14.3%；CⅢCa型井共有27眼，占64.3%。此外，CⅢMg型井1眼，為楊士崗子，占2.4%；ClⅢCa井共有2眼，分別為馬虎山和劉二堡，占4.8%；SⅡNa型井有1眼，為茨榆坨，占2.4%。由此可見，沈陽地區優勢的地下水類型為CⅢCa，地下水高礦化度，高硬度，說明該地區居民生活不適宜使用該地下水。

圖1 2018年全年沈陽地區地下水化學類型比例圖

經過漫長的地質變化過程，在一定的自然環境和地質環境下，地下水化學的成分及其存在形式的才會趨于穩定，均勻分布。以下8種離子在地下水中含量最多，即Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+。

2018年沈陽地區地下水陰離子中，重碳酸鹽占比92.86%，氯化物占比4.76%，硫酸鹽占比2.38%，優勢陰離子為重碳酸鹽，硫酸鹽和氯化物含量不多，這說明沈陽地區的水化學特征以碳酸鹽巖的溶解為主，沈陽地區地下水優勢陰離子所占比例見圖2。

圖2 2018年沈陽地區地下水優勢陰離子所占比例圖

由圖3可以看出：沈陽地區地下水鈣離子(Ca2+)為優勢陽離子，占95.24%，而鈉離子(Na+)和鎂離子(Mg2+)含量較低，均為2.38%。

圖3 2018年沈陽地區地下水優勢陽離子所占比例圖

總硬度與總堿度在地下水水化學類型中的關系見圖4。第Ⅰ型、第Ⅱ型水低硬度、低礦化度、水質相對較好；第Ⅲ型水高硬度、高礦化度、水質較差。由圖可以發現，2018年沈陽地區地下水以Ⅲ型水占71.43%，為主要水型，；而Ⅰ型水和Ⅱ型水較少，分別占11.90%和16.67%，故Ⅲ型水占優勢，這也說明2018年沈陽地區地下水為高硬度、高礦化度、水質相對不是很好，日常居民生活飲用不適宜。

圖4 2018年沈陽地區地下水水型所占比例圖

4.2 全年沈陽地區水化學類型分布情況

2018年沈陽市各縣區地下水水化學類型分布見表3及圖5，優勢水化學類型在沈陽市各縣區為CⅢCa型井，法庫縣、沈北新區及東陵區CⅢCa型井占比均達到100%，康平縣、新民市次之，CⅢCa型井占比分別為75.00%和71.73%，其余縣區如于洪區、蘇家屯區及遼中區，CⅢCa型井占比也較高，其中遼中區能夠達到42.86%，于洪區及蘇家屯區均為33.33%。其次，除法庫縣、沈北新區及東陵區外，其余站點均有CⅡCa型井分布，分別為康平縣1眼，占25%，新民市1眼，占7.14%，于洪區1眼，占33.33%，蘇家屯區2眼，占40.00%，遼中區1眼，占14.29%；CⅠCa型井僅有新民市，于洪區和蘇家屯區有分布，分別為新民市2眼，占14.29%，于洪區1眼，占33.33%，蘇家屯區1眼，占20.00%。此外，其余水化學類型僅在新民市和遼中區有所分布，新民市僅有1眼ClⅢCa型井，占7.14%，遼中區有CⅢMg型井、ClⅢCa型井和SⅡNa型井各一眼，占比均為14.29%。

圖5 2018年沈陽市各縣區地下水水化學類型分布圖

表3 2018年沈陽市各縣區地下水水化學類型分布情況及所占比例

由此可見，從優勢陰離子角度，沈陽市各縣區地下水優勢陰離子均為重碳酸鹽，此外，硫酸鹽類和氯化物類水在新民市及遼中區也有分布，硫酸鹽類水在遼中區為1眼，占比14.29%，氯化物類水在新民市為1眼，占比7.14%，在遼中區為1眼，占比14.29%。鈣組從優勢陽離子角度占絕對優勢，除遼中區有鈉組井1眼及鎂組井1眼外，其余各縣區均為鈣組井。

水質較好的Ⅰ型水在新民市、于洪區和蘇家屯區均存在，分別為新民市2眼，占比14.29%，于洪區1眼，占比33.33%，蘇家屯區1眼，占比20.00%；Ⅱ型水除法庫縣、沈北新區和東陵區外各縣區均有分布，其中康平縣1眼，占比25.00%，新民市1眼，占比7.14%，于洪區1眼，占比33.33%，蘇家屯區2眼，占比40.00%，遼中區2眼，占比28.58%；從水型角度，除于洪區和蘇家屯區外，沈陽市其余各縣區均為Ⅲ型水比重大，占比分別為康平縣75%、法庫縣100%、新民市92.86%、沈北新區100%、于洪區33.33%、東陵區100%、蘇家屯區40%、遼中區71.42%。

從現有監測數據來看，各縣區中，新民市、遼中區的水化學類型均比較多，其中三種優勢陰離子均在遼中區出現，另外，鈣組和鎂組這兩種優勢陽離子也存在，遼中區一共有五種水化學類型，分別為CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、ClⅢCa和SⅡNa，這五種化學類型除CⅢCa型井為3眼，占比42.86%外，其余四種類型均為1種，占比14.29%；新民市分布了重碳酸鹽和氯化物這兩種優勢陰離子，鈣組和鈉組這兩種優勢陽離子、一共有四種水化學類型，分別為；CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、ClⅢCa，這四種化學類型除CⅢCa型井為10眼，占比71.43%，CⅠCa型井為2眼，占比14.29%外，其余兩種類型均為1種，占比7.14%。這說明新民市和遼中區地下水存在的巖層相對結構十分復雜，同時當地人人類日常生活也嚴重影響了地下水類型。

5 結論

(1)沈陽地區優勢地下水水化學類型為CⅢCa型，重碳酸鹽為優勢陰離子，占比92.86%、鈣離子為優勢陽離子，Ⅲ型為優勢水型，在日常的生產生活中，如涉及到此類地下水的使用，需重點考慮其優缺點，從而使運用更加合理。

(2)從各縣區看，沈陽市各縣區水化學類型均以為CⅢCa型井為主，康平縣水化學類型為CⅡCa和CⅢCa；法庫縣水化學類型為CⅢCa；新民市水化學類型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、和ClⅢCa；沈北新區水化學類型為CⅢCa；于洪區水化學類型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa；東陵區水化學類型為CⅢCa；遼中區水化學類型為CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、和ClⅢCa和SⅢNa；蘇家屯區水化學類型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa。各縣區中，Ⅲ型水均為水化學類型主要類型，說明沈陽市地下水高礦化度，總堿度小于總硬度，不適宜居民日常生活使用。