2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期與非汛期地下水水化學(xué)相關(guān)對(duì)比分析

孫婧妍

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

0 引言

地下水是水資源的重要的一部分，在我國(guó)生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉中都十分重要，是支撐維持自然生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要因素。水在循環(huán)過(guò)程中，持續(xù)與周圍環(huán)境長(zhǎng)期作用，而形成了地下水化學(xué)成分的穩(wěn)定[1-2]，對(duì)一個(gè)地區(qū)水體主要離子特征的研究，能夠?qū)υ搮^(qū)水化學(xué)演化的控制因素進(jìn)行有效分析確定，同時(shí)還對(duì)該區(qū)的水文地質(zhì)化學(xué)發(fā)展歷史的研究有所幫助[3]。目前對(duì)地下水水化學(xué)進(jìn)行分類的方法有很多，其中阿列金分類法是應(yīng)用較為廣泛的方法之一。

1 沈陽(yáng)市地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井站點(diǎn)分布

2018年沈陽(yáng)市監(jiān)測(cè)的42個(gè)監(jiān)測(cè)井站點(diǎn)分布在沈陽(yáng)市8個(gè)縣區(qū)(新民，法庫(kù)，康平，遼中區(qū)，蘇家屯區(qū)，沈北新區(qū)，渾南區(qū)，于洪區(qū))。其中新民14個(gè)，法庫(kù)3個(gè)，康平4個(gè)，遼中區(qū)8個(gè)，蘇家屯區(qū)5個(gè)，沈北新區(qū)4個(gè)，渾南區(qū)1個(gè)，于洪區(qū)3個(gè)。具體分布位置見(jiàn)表1。

2 沈陽(yáng)市地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其監(jiān)測(cè)頻次

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水溫、pH、色度、濁度、肉眼可見(jiàn)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、陰離子表面活性劑、硫酸鹽、氯化物、銅、鋅、鐵、錳、揮發(fā)酚、硝酸鹽氮、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)、汞、砷、氰化物、六價(jià)鉻、鉛、硒、鎘、亞硝酸鹽氮、氨氮、總大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)等38項(xiàng)指標(biāo)。

2018年沈陽(yáng)市地下水共監(jiān)測(cè)4次，分別在3月、5月、9月和11月。本論文選取非汛期期3月、5月、11月的平均值和汛期9月數(shù)據(jù)作為代表進(jìn)行編寫(xiě)。

表1 沈陽(yáng)市縣區(qū)地下水監(jiān)測(cè)井站點(diǎn)一覽表

3 地下水水化學(xué)類型評(píng)價(jià)方法

采用阿列金分類法對(duì)沈陽(yáng)市2018年全年42個(gè)站點(diǎn)的地下水進(jìn)行分類。此方法的具體劃分方法見(jiàn)表2。

表2 地下水化學(xué)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：

按照“十三五”的預(yù)計(jì)，2020年，全國(guó)60歲以上老年人口將增加到約為2.55億人，根據(jù)民政部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照5%最弱老年群體入住養(yǎng)老機(jī)構(gòu)計(jì)算，需要1.275×107張床位，對(duì)比“十二五”的6.727×106張的養(yǎng)老床位數(shù)，缺口約為6×106張。不考慮土地費(fèi)用，僅床位建設(shè)就需要上千億元的投資。

[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(diǎn)是[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]，即硬度小于堿度。這一型水的形成是由于較多Na+與K+的火成巖存在的地區(qū)。

第Ⅱ型水的特點(diǎn)是[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]，硬度大于堿度。各種沉積巖的存在與本型水的形成有關(guān)，主要是混合水。大多屬于礦化度低或中等的河水。

第Ⅲ型水的特點(diǎn)是[HCO3-+SO42-]<[Ca2++Mg2+]或者為[Cl-]>[Na+]。這型水也是混合水。

第Ⅳ型水的特點(diǎn)是[HCO3-]=0，即酸性水。這一類型的水只存在于氯化物與硫酸鹽類水中的Ca2+組與Mg2+組中。天然水中一般不存在(pH≤4.0)。

本分類中每一性質(zhì)的水用符號(hào)表示，全符號(hào)寫(xiě)成下列形式：如ClⅡNa表示氯化物類鈉組第二型水，CⅡMg表示碳酸鹽類，鎂組第二型水。

4 沈陽(yáng)地區(qū)汛期和非汛期水化學(xué)類型評(píng)價(jià)對(duì)比

對(duì)2018年汛期和非汛期沈陽(yáng)地區(qū)42眼地下水井的水化學(xué)類型分別進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其中四方臺(tái)僅有5月份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故本次不加入評(píng)價(jià)。

4.1 沈陽(yáng)地區(qū)汛期水化學(xué)類型評(píng)價(jià)

汛期水化學(xué)類型為6種(圖1)，這6種類型中，主要是CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井，其中4眼CⅠCa型井，占9.8%；8眼CⅡCa型井，占19.5%；22眼CⅢCa型井，占53.7%。此外，4眼CⅢCa型井，分別為徐家窩堡、大屯、馬虎山、劉二堡，占9.8%；1眼SⅡCa型，為周坨子，占2.4%；2眼SⅢCa型井，分別為三道崗子和茨榆坨，占4.9%。由此可見(jiàn)，2018年汛期沈陽(yáng)地區(qū)地下水優(yōu)勢(shì)水化學(xué)類型為CⅢCa，地下水具有較高的礦化度，較大的硬度，說(shuō)明沈陽(yáng)地區(qū)居民在日常生活中飲用及使用地下水時(shí)應(yīng)格外注意。

圖1 2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水化學(xué)類型比例圖

2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水陰離子中，34個(gè)重碳酸鹽型井，所占比重為82.93%，4個(gè)氯化物型井，占比9.76%，3個(gè)硫酸鹽型井，占比7.32%，優(yōu)勢(shì)陰離子為重碳酸鹽，并且具有含量較少的氯化物和硫酸鹽(見(jiàn)圖2)。

圖2 2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水優(yōu)勢(shì)陰離子所占比例圖

由圖3可以看出，沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子為鈣離子(Ca2+)，占100%，全部41個(gè)站點(diǎn)均為鈣離子(Ca2+)型水，鈉離子(Na+)和鎂離子(Mg2+)均沒(méi)有。

圖3 2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子所占比例圖

地下水水化學(xué)類型中是總堿度與總硬度的關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水類型中，以Ⅲ型水為主，共有28個(gè)，占比68.29%；而Ⅰ型水和Ⅱ型水較少，分別為4個(gè)Ⅰ型水，占比9.76%，9個(gè)Ⅱ型水，占比21.95%，故Ⅲ型水占優(yōu)勢(shì)，這也說(shuō)明2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水居民日常生活飲用并不適合。

圖4 2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水水型所占比例圖

4.2 沈陽(yáng)地區(qū)非汛期水化學(xué)類型評(píng)價(jià)

非汛期水化學(xué)類型為6種(圖5)，這6種類型中，以CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井為主，其中4眼CⅠCa型井，占9.8%；7眼CⅡCa型井，占17.1%；24眼CⅢCa型井，占58.5%。此外，1眼CⅢMg型井，為楊士崗子，占2.4%；2眼CⅢNa型井，分別為茨榆坨和押牛街，占4.9%；3眼CⅢCa型井，分別為前鴨雞房、馬虎山、劉二堡，占7.3%。由此可見(jiàn)，CⅢCa為2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水優(yōu)勢(shì)水化學(xué)類型，地下水具有較大硬度的特點(diǎn)，水質(zhì)不是很好，建議當(dāng)?shù)鼐用裰?jǐn)慎選擇日常飲用。

圖5 2018年沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水化學(xué)類型比例圖

2018年沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水陰離子中，重碳酸鹽型井共有38個(gè)，所占比重為92.68%，氯化物型井共有3個(gè)，所占比重為7.32%，沒(méi)有硫酸鹽型井，故優(yōu)勢(shì)陰離子為重碳酸鹽，氯化物和硫酸鹽含量較少(見(jiàn)圖6)。

圖6 2018年沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水優(yōu)勢(shì)陰離子所占比例圖

由圖7可以看出，沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子為鈣離子(Ca2+)，占92.68%，而鈉離子(Na+)和鎂離子(Mg2+)含量較低，分別為4.88%和2.44%。

圖7 2018年沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子所占比例圖

地下水水化學(xué)類型中是總堿度與總硬度的關(guān)系見(jiàn)圖8。由圖8可以發(fā)現(xiàn)，2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期地下水類型中，以Ⅲ型水為主，共有30個(gè)，占比73.17%；而Ⅰ型水和Ⅱ型水較少，分別為Ⅰ型水4個(gè)，占比9.76%，Ⅱ型水7個(gè)，占比17.07%，故Ⅲ型水占優(yōu)勢(shì)，這也說(shuō)明2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水礦化度較高、硬度較大、水質(zhì)較差，不適宜居民日常生活飲用。

圖8 2018年沈陽(yáng)地區(qū)非汛期地下水水型所占比例圖

4.3 沈陽(yáng)地區(qū)汛期與非汛期水化學(xué)類型評(píng)價(jià)對(duì)比

2018年沈陽(yáng)地區(qū)汛期與非汛期優(yōu)勢(shì)陰離子所占比例對(duì)比見(jiàn)圖9。重碳酸鹽類水是沈陽(yáng)地區(qū)地下水汛期及非汛期優(yōu)勢(shì)陰離子，同時(shí)還含有較少含量的氯化物和硫酸鹽。此外，非汛期重碳酸鹽所占比例為92.68%，氯化物所占比例為7.32%，沒(méi)有硫酸鹽，而汛期重碳酸鹽所占比例為82.93%，氯化物為9.76%，硫酸鹽為7.32%，重碳酸鹽比例汛期比非汛期有所降低，硫酸鹽比例明顯提高，說(shuō)明大氣降水與硫酸鹽有關(guān)，汛期降水量較大，可能有含硫煤等化石燃料的燃燒后，隨降雨或降雪滲入地下水。

圖9 2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水優(yōu)勢(shì)陰離子對(duì)比圖

由圖10可以看出，沈陽(yáng)地區(qū)汛期及非汛期地下水的優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子均為Ca2+，汛期Ca2+所占比例為100%，非汛期占92%以上，Na+含量較低，為4.88%，Mg2+組僅有1個(gè)站點(diǎn)，占2.44%。優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子在汛期與非汛期時(shí)相比較，種類和比重基本一致，與季節(jié)性變化關(guān)系不大，可能是因?yàn)檩^長(zhǎng)的地下徑流造成的。

圖10 2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子對(duì)比圖

由圖11可以看出，2018年非汛期Ⅲ型水占73.17%、Ⅱ型水占17.07%，，Ⅲ型水占優(yōu)勢(shì)、但其具有較差的水質(zhì)特點(diǎn)；汛期Ⅲ型水占68.29%、Ⅱ型水占21.95%，二者Ⅰ型水均占9.76%，汛期Ⅲ型水所占比例比例較非汛期變小，汛期和非汛期各水型種類及其所占比例基本持平。

圖11 2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水水型對(duì)比圖

5 結(jié)論

對(duì)比沈陽(yáng)市各縣區(qū)汛期和非汛期的水化學(xué)類型，可以發(fā)現(xiàn)CⅢCa全年都為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，非汛期占比(58.5%)較汛期(53.7%)更大；非汛期水化學(xué)類型六種CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、CⅢNa和CⅢCa，汛期水化學(xué)類型六種，CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、CⅢCa、SⅡCa和SⅢCa。

重碳酸鹽類水是沈陽(yáng)地區(qū)地下水汛期及非汛期優(yōu)勢(shì)陰離子，同時(shí)還含有較少含量的氯化物和硫酸鹽。同時(shí)，非汛期重碳酸鹽所占比例為92.68%，氯化物所占比例為7.32%，沒(méi)有硫酸鹽，而汛期重碳酸鹽所占比例為82.93%，氯化物為9.76%，硫酸鹽為7.32%，重碳酸鹽比例汛期比非汛期有所降低，硫酸鹽比例明顯提高，說(shuō)明大氣降水與硫酸鹽有關(guān)，汛期降水量較大，可能有燃料燃燒后成分溶于降水后混入地下水系統(tǒng)。