不同水文地質條件對城市地下水資源污染的影響研究

關鍵詞：水文地質條件；地下水資源污染；六價鉻；蒸發濃縮；地下水水流

中圖分類號：X523 文獻標志碼：B

前言

地下水，作為中國城市重要的供水源之一，在人類生產生活和城市發展的雙重作用下，城市地下水污染愈發嚴重，對此，中國國內的相關專家學者對此展開了深入的研究。如劉玲等人在Galerkin有限元法的基礎上，針對六價鉻污染建立了土壤-地下水三維模型。通過不斷改變補給條件，觀察模型中淺水面的變化規律，同時結合阻滯系數和反應常數，實現對城市地下水污染的研究分析。趙興茹等人對不同水文地質下的石家莊滹沱河地下水污染情況展開了分析，并得出具體結論，該條河流由于處于沖洪積扇地區，受地表化學污染較為嚴重，其中，磷酸三乙酯和二叔丁基對甲酚超出標準值好幾倍，對地下水造成了較為嚴重的污染。

不同的水文地質條件對城市地下水資源污染的影響不相同，上述的兩種方法未對不同水文地質進行深入的研究。通過分析山前平原水文地質、山前交接洼地水文地質、沖擊平原水文地質以及石灰巖水文地質4種水文地質下的城市地下水資源污染情況后，針對某個城市文章建立了地下水水流模型和水質模擬算法，經過分析論證后可以得出結論。證明應用所提方法得到的結果非常接近觀測井結果，驗證了所提方法的合理性和可行性。

1研究區域概況

研究區域為太行山南、黃沁河北，涵蓋多種水文地質條件。地下水埋深較淺，主要為淺層孔隙水，由地表水入滲、大氣降水及礦坑排水渠道滲漏補給，天然補給量達1.723m³/s。

開采地下水導致淺層儲量銳減和流場變化。山前平原主要依賴地表水和降水補給，但因下游過度開采和煤礦排水，含水層呈干旱或半干旱狀態。山前交接洼地坡度較緩，以上游徑流為主，輔以降水和農業灌溉滲透。開采時，補給與排水平衡，水位變化小，年際變幅約1.0m。沖擊平原為地下水降落漏斗區，水位年際變化較小，為1.94m。

2研究方法

構建地下水水流和水質模擬算法利用三維穩定流數學模型對研究區域內地下水資源的水流情況進行模擬，并且為了提高準確性，增加水文地質條件因子，構建如式（1）所示的地下水水流模擬算法：

3水文地質條件對城市地下水資源污染影響結果及分析

利用式（1）和式（3）建立不同水文地質地下水水流和水質模型，對研究區域內六價鉻的分布、遷移和污染機理進行模擬。同時，在研究區域內選取5個合適的點作為觀測井，將所提方法模擬數據與觀測井觀測數據進行對比，結果如下文分析，確保反映不同水文地質條件下地下水資源污染的狀況。這些觀測井的地理位置經過精心布置，旨在捕捉不同地質條件下的水流動態和水質變化。關于觀測井上游的補給情況，注意到上游地區的補給主要受到降雨、河流側向補給等多種因素的影響。這些補給水源在經過不同地質環境時，會與地下水發生相互作用，影響地下水的化學組分和流動特性。通過分析觀測井上游的補給情況，可深入地理解地下水污染的來源和傳播機制，為制定有效的水資源保護和管理策略提供重要依據。

通過對比模擬數據與觀測井觀測數據，準確地評估不同水文地質條件下地下水資源污染的影響，為后續的環境保護和治理工作提供科學依據。以下是5個合適的點作為觀測井的地理位置布置圖見圖1。

3.1山前平原水文地質對地下水資源污染影響分析

山前平原水文地質區域的物質沉積有著明顯的分帶現象，距離山區較近的區域，沉積物顆粒相對來說要大一些，距離遠的則小一些。因此，山前平原也形成了不同的水文地質條件。將距離山麓較近的區域稱為沖積扇頂部區域，這個區域的沉積物顆粒較大，給水度較大，沉積物蓄水能力較弱。

在沖積扇頂部區域，地表保護層較薄，極易受到自然環境和人類活動的破壞。雖然該地區吸收大量地表水和大氣降水，為地下水作了充分補充，但是該地區同樣吸收了大量的地表廢水和污水，在水流的作用下快速擴散，導致該區域受污染情況嚴重。

山前平原水文地質地帶城市地下水資源污染主要來自于生活污水、工廠排污以及利用超標廢水進行人工加灌，使得山前平原沖積扇頂部區域要比中下部區域更容易被污染。當沖積扇頂部區域受到污染后，隨著地下水的流動同樣污染了中下部區域，所以，位于沖積扇頂部區域的城市，應將排污量大的工廠和居民點盡量布置在中下部區域，從而減少城市地下水污染。

3.2山前交接洼地水文地質對地下水資源污染影響分析

山前交接洼地污染物濃度低于山前平原但高于沖擊平原。河流最終匯入湖泊或海洋，河口區匯集大量沖擊物，長時間沉積形成松散砂層與黏性土結合，含有地下水資源。河口區地形為濱海三角洲平原，城市區域地下水含咸水，由海水入侵和倒灌導致。山前交接洼地淡水層沉積物顆粒小，地下水流速慢，對城市補給較少。

3.3沖擊平原水文地質對地下水資源污染影響分析

河流攜帶的沉積物形成沖擊平原，階地是河流兩側的臺階狀地形，沉積物厚度分層明顯，多為二元結構。階地底層基巖存水性能優秀，為砂礫石層貯存地下水，河水和沖擊平原地下水存在相互補給關系。

3.4石灰巖水文地質對地下水資源污染影響分析

如圖2所示，石灰巖水文地質區域的污染物濃度要高于沖擊平原水文地質、山前交接洼地水文地質，但是低于山前平原水文地質。石灰巖水文地質是一種可溶性巖石，當接觸到含有二氧化碳和各類酸性物質的降水時，將會逐步開始出現化學反應，被稱為溶蝕作用。

巖溶發育程度對石灰巖地區地下水的分布、貯存以及埋藏深度均產生影響，但是同一地區巖溶發育程度又存在著差異，因此，地下水資源含量也有所不同。巖溶區的地表水常常會出現突然消失的情況，這是由于地表水進入地下暗河中，在下游的某個區域流出地表。由此看出，巖溶地下水與地表水二者之間是可以相互轉化的。

整體觀察圖1-圖2看出，所提方法模擬值與觀測井觀測值擬合情況較為優秀，證明所提方法建立的水流和水質模型可以真正反映研究區域內的實際水文地質條件。

3.5不同水文地質條件對地下水資源污染的影響整體分析

地下水中六價鉻的標準含量為0.05 mg/L，研究區域內六價鉻的分布情況見圖3。

圖3顯示，六價鉻污染濃度在山前平原最高，隨后依次減少，高出標準值約4倍。盡管山前平原包氣帶較厚，但地下水六價鉻含量卻遠高于其他區域。這歸因于山前平原的粗砂卵礫石和含黏土卵礫石沉積物，使地表水和降水易滲透至地下，補給地下水資源。

山前平原水文地質作為研究區域地下水系統的勢源，當該區域地下水資源受到污染后，影響另外兩個水文地質條件區域。從圖3看出，六價鉻的遷移方向受河流影響較大，基本與水流方向一致，由西北向東南方向遷移，流速逐漸減小。這是由于在河流的帶動下，六價鉻通過徑流擴散的方式滲透到地下水資源中。

地下水資源總硬度的標準值為450mg/L，研究區域內地下水的總硬度分布情況見圖4。

如圖4所示，總硬度污染濃度隨水文地質條件的變化趨勢與六價鉻相似，其中山前平原的總硬度超過標準值6倍。受太行山屏障和海拔差異影響，研究區域蒸發量遠超降水量，導致干旱。山前交接洼地地下水埋藏淺，沉積物顆粒小，毛細作用強，蒸發量是滲透量的4～6倍，使鹽分積累，導致總硬度逐年惡化。

4結束語

地下淡水資源是人們生活和社會發展離不開的自然資源之一，具有開采難度低、水質優良以及其他諸多優點。為此，針對某個區域不同的水文地質條件進行分析，研究其對地下水資源污染的影響。文章研究區域位于太行山以南、黃沁河沖積平原以北，水文地質條件分為山前平原水文地質、山前交接洼地水文地質、石灰巖地區水文地質和沖擊平原水文地質四種不同的類型。通過對研究區域建立水流和水質模擬算法，確定了兩種對地下水污染最嚴重的污染物，分別是六價鉻和總硬度。通過對這兩類污染物的遷移方向、污染機理和擴散機理進行分析后，確定兩種污染物的污染方式分別為徑流擴散和蒸發濃縮，遷移方向與河流方向一致。