雙鴨山市區地下水污染脆弱性分析

尤 然

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院,哈爾濱 150080)

1 概 況

雙鴨山市屬中溫帶大陸性季風氣候,受內蒙古和西伯利亞氣候的影響,四季冷曖分明,春秋兩季多風少雨,夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥漫長。多年平均氣溫3.7℃左右,一月份最冷,平均氣溫-18.2℃,七月份最熱,平均氣溫21.7℃。多年平均降水量548mm,4～6月降水量占全年降水量的27%,7～9月份降水量占全年降水量的62%,降水年內分配不均,時空、地域分配不均,差異較大。多年平均蒸發量為1150mm。

雙鴨山域內蘊藏著得天獨厚的礦產資源。以煤為主的礦產資源是雙鴨山市的主要產業,煤炭資源占全省總儲量的 47%。近年來,雙鴨山市經濟保持了持續健康發展的好勢頭,綜合實力和城市競爭力明顯增強,居民生活水平不斷提高。隨著城市規模日益擴大,各種需水量也逐年增加。因此,加強地下水資源保護,科學、合理地利用地下水資源,確保雙鴨山市可持續發展,是需要重點關注的問題。

地下水脆弱性研究,是地下水有序開發、合理利用與有效保護地下水資源的重要支撐,可以對某一地區地下水可能受到污染的難易程度進行分級,評價地下水的潛在污染性,對地下水的脆弱性進行分區。可以為水行政主管部門制訂地下水利用、保護方案、管理管理提供依據。可以對容易受到污染的地區,采取事先預防、加強監督、合理開采等措施,最大限度地保護地下水資源。可以為地下水源地的選取提供技術支撐。

2 地下水污染脆弱性分析

“地下水脆弱性”是指污染物達到上層含水層某特定位置的傾向性與可能性。也可稱為地下水容易受到污染的可能性。一般可將其分為兩類,一類是本質脆弱性,一類是特殊脆弱性。本質脆弱性是指不考慮人類活動影響,而只考慮水文地質條件等自然因素來判斷地下水易污染程度;特殊脆弱性是指地下水對某一特定污染源或人類活動影響的脆弱性。文章重點研究地下水的本質脆弱性。

地下水污染脆弱性評價的主要方法有水文背景值法、參數評價法,關系分析與數值模型法。目前多以參數評價法為主,包括GOD指標法,DIVERSITY法以及DRASTIC指標體系法。文章采用DRASTIC指標體系法,對雙鴨山市區地下水污染脆弱性進行評價[1-3]。

2.1 DRASTIC指標體系法簡介

1)評價參數賦值:DRASTIC指標體系法主要考慮以下7項參數:地下水埋藏深度(D)、凈補給量(R)、含水層介質類型(A)、土壤介質類型(S)、地形坡度(T)、含水層厚度(I)、含水層滲透系數(K)。再此7項參數的基礎上,將每個參數分成幾個區間,每個區間分別賦予一個分值,見表1。

表1 各評價參數賦值表

2)評價參數權重:每一個參數都賦以一個權重,權重的范圍在1～5之間,對地下水最具影響的參數權重為5,影響程度最小的參數權重為1。見表2。

表2 DRASTIC指標體系法中各參數權重

3)DRASTIC指標確定:DRASTIC指標由下式確定:

DRASTIC=5*D+4*R+3*A+2*S+1*T+ 3*I+3*C

一旦確定了DRASTIC指標,就可以確定哪些區域的地下水相對容易污染。指標數值越大,代表該地區易污染程度就越高,脆弱性分級越高。DRASTIC指標只是一個相對的概念,在正常情況下,DRASTIC指標的范圍在23～226之間。地下水脆弱性評價分級標準見表3。

表3 DRASTIC指標值綜合評價范圍

2.2 地下水脆弱性評價

2.2.1 評價單元劃分

地下水的本質脆弱性研究一般只考慮水文地質內部因素的影響,不考慮人類活動和人為污染源。因此,脆弱性評價單元的劃分主要依據地貌類型分區及地下水類型分區,將雙鴨山市區劃分為3個評價單元:河谷平原孔隙水區、山前沖積洪積臺地孔隙裂隙水區、低山丘陵基巖裂隙水區。

2.2.2 研究區地質概況

2.2.2.1 地形地貌

根據地貌成因和形態特征,地貌類型可分為侵蝕剝蝕低山丘陵、剝蝕堆積山前臺地和堆積河谷平原三種地貌類型。

侵蝕剝蝕低山丘陵:主要分布于市區南部的三道壩、老禿頂子山、長白頂一帶,海拔高程220～855.7m不等,切割深度中等,山頂為渾圓狀,溝谷界面為“U”字型,其巖性以火山碎屑巖、平崗玄武巖和花崗巖為主。

剝蝕堆積山前臺地:主要分布在嶺東區一帶及安邦河兩岸的低山丘陵前緣,海拔高程110～240m。

堆積河谷平原:主要分布在安邦河河谷兩側,地勢向河床方向傾斜,海拔高程106～130m。

2.2.2.2 地層及侵入巖

區內主要發育第四系、新近系、白堊系,低山丘陵地區大面積分布侵入巖。

1)第四系全新統:分布于安邦河、扁石河、七星河及其支流山間河谷平原,厚度變化大,干流河谷厚,支流河谷薄;下游厚,上游薄,安幫河及扁石河下游厚可達40m左右,上游及山間河谷厚度一般<10m。上部巖性為薄層粉質黏土,下部為砂、砂礫石,山間支流河谷常以黏性土為主,夾有砂或砂礫石,下伏不同時代基巖。

2)第四系上更新統:分布于山前臺地,巖性為黃褐色粉質黏土,塊狀或似角礫狀結構,富含鐵錳質結核,黏塑性較強,臺地前緣厚,后緣薄,下伏前第四系。厚度5m～30m。

3)新近系富錦組:隱伏于第四系之下,地表未見出露。巖性為砂礫巖、粗砂巖、泥巖、泥礫巖。厚度>100m。

4)侵入巖:廣泛分布于地山丘陵區,主要由混合花崗巖巖組、混合花崗閃長巖巖組構成。巖性主要為花崗片麻巖、黑云母花崗巖、斑狀斜長花崗巖等。

2.2.2.3 水文地質條件

1)第四系松散巖類孔隙水:主要分布于河谷平原的漫灘和階地區,河流兩側的第四系含水層中。含水層巖性為中粗砂、砂礫石,厚2～50m,地下水埋深0.4～7.0m,水位年變幅1.0m左右。

根據富水性將本區劃分為2個分區:中等富水區,分布在本區定國山水庫以下安邦河河谷、扁石河河谷及七星河河谷兩側,單井涌水量500～2000m3/d,滲透系數15～40m/d,礦化度0.19～0.48g/L,地下水化學類型為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca.Na型水;弱富水區,主要分布在定國山水庫以上安邦河河谷兩側的大型沖溝中。單井涌水量100～500m3/d。礦化度0.22～0.30g/L,地下水化學類型為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na型水。

2)新近系碎屑巖類孔隙裂隙水:賦存于山前沖積洪積臺地第四系之下的新近系孔隙裂隙含水層中。巖性為半膠結的砂礫巖、粗砂巖和泥巖,均具有承壓性,含水層累計厚度40～50m,地下水位埋深5～75m。透水性較弱,單井涌水量50～1000m3/d。

3)基巖裂隙水:廣泛分布于低山丘陵區,含水層(帶)為興東群變質巖、中生界碎屑巖及元古界火成巖風化裂隙帶。隨著深度增加,風化裂隙發育程度變低,富水性減弱。風化裂隙帶厚度一般50～60m。泉流量一般10～100m3/d,水位埋深5～15m。

2.2.3 脆弱性評價

通過收集資料、野外調查、室內分析等方法,獲得各評價單元的基本條件。

地下水埋深:調查各評價單元地下水水位,把每個評價單元內的水井水位埋深平均值作為該單元的地下水埋深;凈補給量:采用多年平均降水量乘以降水入滲系數;含水層介質類型:研究區東北部和西南大部巖性主要為花崗片麻巖、石英片巖、綠泥石片巖,中部、北部一小部分、南部小部分巖性為層狀砂巖、深灰色的粉砂巖、淺灰色的細砂巖、中砂巖,中部的河谷平原主要為第四系砂、礫石、黏性土等;土壤介質類型:南部和北部基巖山區無表層土壤覆蓋,中部河谷平原地區土壤介質類型為黏土、砂,山前臺地為粉砂質亞黏土;地形坡度:低山丘陵區地形坡度較大,在6～12%之間,山前臺地區地形坡度在2～6%之間,河谷平原地形坡度在0～2%之間;含水層厚度:根據收集的鉆孔資料,一般在50m以內;含水層滲透系數:河谷平原含水層介質以第四系為主,由砂、礫石等組成,滲透系數一般30～40m/d,山前臺地主要為砂巖、礫巖,滲透系數多為1～3m/d,低山丘陵區風化層滲透系數一般0.5～3.5m/d之間[4-6]。

依據各評價單元的基本條件,對各評價參數進行賦值、結合各參數權重,綜合確定DRASTIC指標。脆弱性評價綜合指數值計算結果及計算單元脆弱性級別見表4。

表4 地下水脆弱性評價指標計算統計表

3 小 結

從地下水脆弱性評價指標統計結果來看,雙鴨山市河谷平原孔隙潛水區地下水脆弱性分區屬于易污染區;山前臺地孔隙裂隙承壓水區地下水脆弱性分區為較不易污染區;低山丘陵基巖裂隙水區地下水脆弱性分區為難污染區[7-8]。