南四湖流域地表水水化學(xué)特征分析

孔 舒，尹靜章，許銘玉

(1.濟(jì)寧市水文中心，山東 濟(jì)寧 272000；2.德州市水文中心，山東 德州 253000)

1 概況

南四湖是我國北方最重要的湖泊之一，全湖面積1266km2，總庫容約47億m3。是山東省第一大湖泊，也是中國重要的淡水湖泊之一。

南四湖在山東省內(nèi)的流域面積為27075km2，其中濟(jì)寧市境內(nèi)11213km2、棗莊市境內(nèi)3010km2、泰安市境內(nèi)1103km2、菏澤市境內(nèi)11749km2。南四湖屬淺水富營養(yǎng)型湖泊，物產(chǎn)豐富、自然資源眾多，是山東省重要的漁業(yè)養(yǎng)殖業(yè)基地。沿湖城市發(fā)達(dá)，工業(yè)以煤炭、電力為主；農(nóng)業(yè)以小麥、玉米糧油等經(jīng)濟(jì)作物為主，是魯西南重要的魚米之鄉(xiāng)。

南四湖流域地質(zhì)地貌特點是大地單元構(gòu)造屬中朝準(zhǔn)地臺一魯西中臺隆的濟(jì)寧一成武凹斷束，西部聊考斷裂以西東明一帶為華北臺坳開封臺陷花園口臺凹，東部寧陽。滕州一線以東為魯西中臺隆魯西拱斷束尼山穹斷束。斷裂和隆起頗多。主要褶皺方向為北東向、北東東向，主要有寧陽背斜、滋陽背斜等。主要斷裂分為北東、北東東向和近南北向兩組，前者主要有汶泗、鄆城等斷裂，后者主要有嶧山、濟(jì)寧等斷裂。巖性主要有黑云母花崗片麻巖、黑云母變質(zhì)巖、粘土等。

南四湖流域及主要河流示意如圖1所示。

圖1 南四湖流域及主要河流示意圖

2 監(jiān)測方案

2.1 評價范圍

本次調(diào)查評價的范圍為南四湖流域及南四湖重要河流斷面流域(泗河流域、書院控制站以上流域)。調(diào)查匯總單元為南四湖流域套地級行政區(qū)。評價成果匯總單元為南四湖流域套地級行政區(qū)。

2.2 站點的布設(shè)原則

為了能夠全面真實的反映南四湖流域地表水水化學(xué)特點，本次評價中，對南四湖湖區(qū)監(jiān)測點進(jìn)行加密布設(shè)，共布設(shè)11處湖區(qū)站點。在南四湖流域山東區(qū)域中的大型河流的入湖口處均布設(shè)監(jiān)測點。

為客觀的反映各縣市水域水化學(xué)性質(zhì)的不同，在各大型河流經(jīng)過的市界、縣界處加密布設(shè)監(jiān)測點。南四湖流域山東區(qū)域共布設(shè)了82處水環(huán)境監(jiān)測站點。

2.3 監(jiān)測項目及頻次

為分析南四湖流域地表水水化學(xué)特性，本次評價中選取鈣、重碳酸鹽、碳酸鹽、總硬度、鉀、鐵、汞、鈉等37個項目進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量檢測，使得所測項目成果滿足水化學(xué)特性評價的要求。

選取評價區(qū)域的水質(zhì)站點每月監(jiān)測1次，全年監(jiān)測12次，本次評價成果使用年度檢測結(jié)果平均值進(jìn)行分析評價。

2.4 評價方法

地表水水化學(xué)特征評價一般分為總硬度評價、水化學(xué)類型評價和礦化度評價3個部分，本次評價過程均采用國際通用的阿列金分類法進(jìn)行。

水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其中包括碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。總硬度評價是將水體中的總硬度按照數(shù)值的大小分為5個等級，見表1。

表1 地表水水體總硬度分級情況表 單位：mg/L

水體中的礦化度是指水中的金屬離子形成的無機(jī)鹽的總含量。本次評價將礦化度按照含量的數(shù)值大小分為五級，見表2。

表2 地表水礦化度分級標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

阿列金分類法是由俄國學(xué)者提出的，按水體中陰、陽離子的優(yōu)勢組成成分和陰陽離子間的比例關(guān)系確定水體水化學(xué)類型的分類方法。阿列金分類法首先按照評價水體中含量最多的陰離子，將水分為3類：氯化物類(Cl)和碳酸鹽類(C)、硫酸鹽類(S)。然后在陰離子分類的基礎(chǔ)上，按照陽離子含量最多的3個種類，將水分為3組，分別為：鈣組(Ca)鎂組(Mg)和鈉組(Na)。在完成以上評價的基礎(chǔ)上，再根據(jù)水體中陽離子的成分及比例關(guān)系分為4個型：

Ⅰ型：碳酸鹽和重碳酸鹽的含量高于鈣鎂離子的總和，這種水體中碳酸鹽含量較高。

Ⅱ型：鈣鎂離子的總量高于碳酸氫鹽的含量，但是小于碳酸氫鹽和硫酸鹽含量的總和，淺層地下水符合此種特點的較多。

第Ⅰ型水的特點水中鉀、鈉離子含量較多。這種類型的水體成分大多來自于火成巖的沖刷溶融。水中主要成分是碳酸氫鹽和較多的鈉離子，由于鈣鎂離子含量較低，此類型的水礦化度含量一般較低，水體的總硬度較小。這類水體水質(zhì)較好。

第Ⅱ型水體中含有較多的鈣離子和鎂離子，這類水與沉積巖的性質(zhì)有關(guān)，水中的總硬度大于水中的堿度。地下水和部分湖泊(水庫)水質(zhì)屬于這種類型。

第Ⅲ型水的特點是鈣鎂離子的含量高于碳酸鹽的硫酸鹽含量的總和，或者氯化物的含量高于鈉離子的量。一般礦化度較高的水體都是這一類型，比如海洋水和高鹽度的地下水。

第Ⅳ型水的特點是碳酸鹽含量很小，水體呈酸性。天然水體中幾乎不存在這種水。

水化學(xué)類型的不同是由于水體所在的自然環(huán)境造成的，土壤地質(zhì)不同，含水層地質(zhì)不同，導(dǎo)致水中的離子含量成分不同。

3 水化學(xué)特征評價結(jié)果

3.1 總硬度

本次流域評價共確定82處總硬度評價站點，根據(jù)檢測結(jié)果：符合總硬度三級標(biāo)準(zhǔn)的評價站點有19處，占總數(shù)的23.2%；有44處站點達(dá)到總硬度四級標(biāo)準(zhǔn)，占評價站點總數(shù)的53.6%；達(dá)到總硬度五級標(biāo)準(zhǔn)的有19個站點，占評價站點總數(shù)的23.2%。評價區(qū)域中站點均不符合一級或二級標(biāo)準(zhǔn)。可見，南四湖流域內(nèi)的水體總硬度分屬三、四、五級，總硬度檢測最低值是濟(jì)寧市東部的西葦水庫評價站點；總硬度檢測最高值是棗莊滕州市群樂橋評價站點。

由評價結(jié)果看出：南四湖流域總硬度呈現(xiàn)有規(guī)律的片狀分布，其中濟(jì)寧泗水縣、鄒城東部、滕州市東北部和山亭區(qū)東北部屬于三級硬度區(qū)，總硬度值在250mg/L以下；其余地區(qū)總硬度均大于250mg/L。與礦化度的分布特點相符合。

總體來說，南四湖流域內(nèi)地表水體中的總硬度含量自東向西增加，呈現(xiàn)有規(guī)律性的分布特點，總硬度分布特點與南四湖流域的地形地貌特征緊密相關(guān)。總硬度三級區(qū)集中在流域的東北部山區(qū)(包括泗水縣東北部、曲阜市東南部、鄒城市中東部和山亭區(qū)東北部地區(qū))；濟(jì)寧中部(包括鄒城市西部、任城區(qū)、梁山縣和微山縣)總硬度水平均為四級，濟(jì)寧西部和菏澤市總硬度均屬五級。棗莊地區(qū)以硬水為主。評價區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)是高硬度(>250mg/L)區(qū)。南四湖流域地表水總硬度特征分布如圖2所示。

圖2 南四湖流域地表水總硬度特征分布圖

3.2 礦化度

評價流域中共設(shè)置監(jiān)測點82處；達(dá)到礦化度二級標(biāo)準(zhǔn)的評價站點有1處，占評價總站點的1.2%；達(dá)到礦化度三級標(biāo)準(zhǔn)的評價站點有12處，占評價總站點的14.6%；達(dá)到礦化度四級標(biāo)準(zhǔn)的評價站點有33處，占評價總站點的40.3%；評價區(qū)域內(nèi)沒有站點符合礦化度一級標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到礦化度五級標(biāo)準(zhǔn)的評價站點有36處，占評價總站點的43.9%。礦化度檢測最低值出現(xiàn)在濟(jì)寧市東部的西葦水庫；礦化度最高檢測值出現(xiàn)在菏澤市沙土集。

從整體情況看，流域內(nèi)礦化度呈現(xiàn)有規(guī)律的分布狀態(tài)，流域內(nèi)礦化度在三級至五級之間，流域內(nèi)主要為礦化度四級區(qū)和五級區(qū)。評價流域中西部(濟(jì)寧市西部和菏澤市東部)礦化度較高，為五級區(qū)；流域的中東部(濟(jì)寧市中西部和滕州市大部分地區(qū))和流域西部(曹縣、東明縣大部分和單縣西部)均為礦化度四級區(qū)，流域的東北部(包括泗水縣大部分、曲阜市東南部、鄒城市中東部和棗莊市東北部地區(qū))為礦化度三級區(qū)。

從行政區(qū)來看，三級礦化度出現(xiàn)在濟(jì)寧泗水縣、鄒城東部和滕州市東北部；呈片狀分布；五級礦化度出現(xiàn)在菏澤市東部和濟(jì)寧市西部，呈片狀分布；四級礦化度出現(xiàn)在濟(jì)寧市中東部和菏澤市西部，滕州市和山亭區(qū)大部分地區(qū)均屬礦化度四級區(qū)。這與總硬度評價結(jié)果相符。南四湖流域地表水礦化度特征分布如圖3所示。

圖3 南四湖流域地表水礦化度特征分布圖

3.3 水化學(xué)類型

地表水中主要離子有鉀離子、鈣離子、硫酸鹽、氯化物和碳酸鹽等水中8種主要離子。這些離子的總量數(shù)值上接近水體的礦化度。本次評價按照水體中陰、陽離子間的成分組成和比例關(guān)系來決定水化學(xué)類型的分類。然后按照阿列金分類法進(jìn)行評價。

以水資源分區(qū)來看，湖西區(qū)以Cl類Na組Ⅱ型為主；西部少量分布有C類Na組Ⅱ型分布；評價區(qū)東部為山區(qū)，以Cl類Na組Ⅲ型為主，與地形特征相符；北部有S類Na組Ⅲ型出現(xiàn)，應(yīng)該與此處靠近黃河有關(guān)；西南部有S類Ca組Ⅱ型出現(xiàn)；湖東區(qū)西部為Cl類Na組Ⅱ型，與湖西區(qū)相同。

以行政區(qū)來看，棗莊薛城區(qū)、山亭區(qū)南部和微山東南部為S類Ca組Ⅱ型；泗水縣、曲阜市、鄒城市和滕州市大部、山亭區(qū)北部均屬于Cl類Na組Ⅲ型，微山縣和寧陽縣北部及兗州部分地區(qū)出現(xiàn)S類Na組Ⅲ型；濟(jì)寧市西部和菏澤大部分地區(qū)屬于Cl類Na組Ⅱ型。菏澤市東明縣南部、曹縣西部和單縣西北部為C類Na組Ⅱ型。南四湖流域地表水水化學(xué)類型分區(qū)如圖4所示。

圖4 南四湖流域地表水水化學(xué)類型分區(qū)圖

4 成果合理性分析

4.1 評價結(jié)果與地質(zhì)地貌特征相符

4.2 總硬度、礦化度和水化學(xué)類型三者關(guān)系合理

本文對南四湖流域主要河流水體的化學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測評價，對南四湖流域地表水的總硬度、礦化度和水化學(xué)特征進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明：南四湖流域礦化度以三級、四級為主，少部分地區(qū)處于礦化度二級區(qū)，南四湖流域水體屬于較高礦化度水體；總硬度評級以三級為主，部分地區(qū)屬于總硬度二級區(qū)或一級區(qū)，屬于適度硬度水。通過對水化學(xué)類型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：南四湖流域大部分地區(qū)屬于Cl類，流域東部山區(qū)屬于C類，極少部分區(qū)域?qū)儆赟；流域內(nèi)Na組Ⅱ型和Na組Ⅲ型均有分布。

與上次南四湖流域水化學(xué)評價成果相比，流域內(nèi)地表水礦化度和總硬度含量變大，礦化度和總硬度分級逐級變高。

5 水化學(xué)影響因素分析及保護(hù)措施

地表水水化學(xué)分布特征容易受到諸多因素的影響，例如：降水、環(huán)境條件，水源補(bǔ)給地地質(zhì)條件和人類活動等因素。通過對分析：地質(zhì)地貌條件的影響對南四湖流域的水化學(xué)特性起主導(dǎo)作用，區(qū)域內(nèi)的地形地貌條件、巖石成分組成、土壤成分類型等直接影響區(qū)域內(nèi)的地表水水化學(xué)類型。南四湖流域水化學(xué)分布規(guī)律和流域內(nèi)地形地貌特點相符。可見，南四湖流域水化學(xué)特點主要受流域內(nèi)地形地貌影響，其主要的水化學(xué)類型特征分類并未改變。

由于受人類活動和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，區(qū)域內(nèi)地表水礦化度和總硬度的含量持續(xù)升高，礦化度和總硬度級別也對應(yīng)升高。流域內(nèi)水化學(xué)特征類型呈現(xiàn)相應(yīng)的變化。我們應(yīng)實施相應(yīng)的措施，法制化、規(guī)范化的管理利用流域水資源。實現(xiàn)生活、生產(chǎn)和生態(tài)的合理分配，水資源和經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。確保南四湖流域水資源的可持續(xù)利用。

6 結(jié)語

南四湖流域是我國重要的自然生態(tài)水域，南四湖流域水資源的開發(fā)與利用對我國社會發(fā)展和生態(tài)安全的保障，具有十分重要的作用。通過對南四湖流域地表水水化學(xué)特征的探究，可以為南四湖流域的環(huán)境治理提供有效的基礎(chǔ)資料，對促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，提供了可靠地數(shù)據(jù)支撐。對保護(hù)南四湖生態(tài)安全和實現(xiàn)南四湖的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

通過本次對水化學(xué)站點的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：由于監(jiān)測站點布設(shè)密度的問題和水環(huán)境監(jiān)測頻率等條件的制約，本文在地表水水化學(xué)分布規(guī)律的總結(jié)上還不盡完美。