馬 莉，康衛(wèi)東，王潤蘭，孫繼朝

(1.西北大學地質(zhì)學系，陜西西安710069;2.中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北石家莊050061)

近幾十年來，工業(yè)化和城市化進程帶來的地下水水量衰竭和水質(zhì)惡化，從中檢測出的不同元素及其化合物的濃度，對于天然條件下形成的地下水而言是罕見的[1]。地下水環(huán)境背景值的建立對于水質(zhì)評價、水資源評價、地下水環(huán)境污染程度評價、研究污染源和污染物運移變化規(guī)律等均具有重要意義。因此研究區(qū)域地下水環(huán)境背景值就顯得極為迫切。環(huán)境背景值是指在目前的環(huán)境條件下，研究區(qū)域內(nèi)相對清潔區(qū)(人類活動影響相對較小的地區(qū))化學元素的含量及能量值[2]。它反映了地下水各要素隨自然環(huán)境變化而演化的特征。進行地下水環(huán)境背景值研究，需要獲取真實可靠的地下水化學資料，以反映地下水在形成過程中的天然狀況。

本文以神府礦區(qū)淺層地下水為研究對象，為合理的評價神府礦區(qū)的地下水水質(zhì)及污染程度，進行了地下水環(huán)境背景值初步研究。

1 研究區(qū)概況

神府礦區(qū)位于陜西省北部，晉、陜、蒙三省(區(qū))接壤地帶，是國家級陜北能源化工基地的核心區(qū)域。該地區(qū)常年干旱少雨、蒸發(fā)強烈，地表水資源匱乏，地下水成為該區(qū)生產(chǎn)、生活用水的主要水源。全區(qū)地勢西北高而東南低，境內(nèi)西北部為風沙灘地區(qū)，地勢比較平坦，屬以堆積為主的地形;東南部為黃土丘陵溝壑區(qū)，地面支離破碎，溝壑縱橫，以侵蝕為主。區(qū)內(nèi)地下水依據(jù)賦存條件、水力特征和含水介質(zhì)分為第四系松散巖類孔隙、裂隙孔洞潛水和碎屑巖類裂隙潛水及裂隙承壓水。

2 地下水環(huán)境背景值研究方法與應用

2.1 地下水環(huán)境背景值研究方法

地下水環(huán)境背景值的研究方法主要包括比擬法、平均值法、趨勢面分析法、剖面圖法、數(shù)理統(tǒng)計分析法、等值線法等[3－5]。其中數(shù)理統(tǒng)計方法能充分利用水質(zhì)資料，較全面的描述各組分背景含量的統(tǒng)計特征，因此神府礦區(qū)地下水環(huán)境背景值的研究采用數(shù)理統(tǒng)計法。

2.2 研究區(qū)地下水環(huán)境背景值

2.2.1 地下水環(huán)境單元劃分

為更好的研究神府礦區(qū)地下水化學元素背景值的特征及其演化規(guī)律，將該區(qū)進行地下水環(huán)境單元劃分。神府礦區(qū)地下水環(huán)境單元的劃分，是依據(jù)地下水的形成條件、埋藏特征和介質(zhì)特點等，并結(jié)合氣象、水文條件及地理位置等。

1)沙漠灘地區(qū)水環(huán)境單元。在地貌上主要表現(xiàn)為沙丘沙地和湖盆灘地，沙丘沙地環(huán)抱湖盆草灘，多為固定、半固定沙丘。地形較平坦，地下水位埋深淺，含水層巖性垂向上有下細上粗的沉積規(guī)律。富水性較富水。

2)河谷區(qū)水環(huán)境單元。河谷較開闊，階地普遍發(fā)育，地面平坦，相對高度差0－50m。從低到高依次為低河漫灘、高河漫灘、一級階地、二級階地、三級階地。多由沖積砂土母質(zhì)組成。地下水埋深較淺，含水層含水層上部多為細砂、粉細砂，下部主要為中細砂及細砂，富水性中等。

3)黃土區(qū)水環(huán)境單元。以黃土梁峁和沙蓋黃土區(qū)為主，成長斜梁或短梁形態(tài)，其上斷續(xù)分布有黃土峁，局部地段黃土坡面發(fā)育有細溝和沖溝，地形破碎，溝谷密度大，梁峁特別發(fā)育，溝谷多為“V”型谷，梁頂?shù)綔瞎鹊撞肯鄬Ω卟钶^大;沙蓋區(qū)表面溝谷切割較為強烈，樹枝狀的溝谷無定向展布，部分呈階梯狀。含水層主要由粉土、粉質(zhì)粘土和粘土層組成，其間夾數(shù)層古土壤，含鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)致密堅硬，具垂直節(jié)理，厚度變化較大，地下水主要賦存于黃土的裂隙中。富水性貧乏。

2.2.2 地下水背景值計算

1)異常值得剔除。為了獲取真實的水環(huán)境背景值，除在布點、采樣、貯運和分析過程中進行全面的質(zhì)量保證，盡量避免人為污染外，還必須對測定數(shù)據(jù)進行檢驗[6]。在此采取的剔除異常值的方法是:Grubbs準則法，在此采用Grubbs檢驗法(取顯著水準為:α=0.01時判斷為異常值)，對統(tǒng)計單元內(nèi)數(shù)據(jù)進行檢驗，對那些表明異常數(shù)據(jù)予以剔除。

2)檢驗分布類型。本次背景值研究選用 Kolmogorov－Smirnov法，偏度、峰度法，以及SPSS中的P－P圖或Q－Q圖法，對各環(huán)境統(tǒng)計單元的各元素含量概率分布類型進行綜合判定(信度選為0.05)。分別以兩個以上檢驗方法判定的一致結(jié)果作為確定分布類型的依據(jù)[7]。其判定結(jié)果見表1。

表1 神府礦區(qū)地下水環(huán)境背景值統(tǒng)計表

3)確定背景值。地下水背景值是統(tǒng)計性的，即按照統(tǒng)計學的要求進行采樣設計與樣品采集，分析結(jié)果經(jīng)頻數(shù)分布類型檢驗，確定其分布類型。以其特征值表達元素背景值的集中趨勢，以一定的置信度表達該元素背景值的范圍，可以說地下水背景值是一個范圍值，而不是一個確定值。在分析各個不同采樣點的各離子分布類型的基礎上，綜合不同采樣點，由上述方法對研究單元內(nèi)的地水化學成分的背景值確定見表1。

2.2.3 計算結(jié)果及初步分析

本次數(shù)據(jù)來源于2012年陜北神府礦區(qū)1:25萬地下水污染調(diào)查，共采集地下水樣品75組，取樣點布置依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，樣品測試單位為國土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測中心，所有樣品的采集和測試均進行了嚴格的室內(nèi)和室外質(zhì)量控制?？紤]各組分對地下水污染的影響程度，本文采用無機常規(guī)指標中較常見的 7項污染組分 TDS、TH、Cl－、、Fe、Mn、，神府礦區(qū)地下水環(huán)境背景值計算結(jié)果(表1)。分區(qū)環(huán)境條件差異比較明顯，水文地球化學作用各有不同，各元素的背景值特征因地而異，在空間上也顯示了一定的分布規(guī)律:

(1)總硬度(TH)、總?cè)芙夤腆w(TDS)在全區(qū)的總體分布情況為河谷區(qū)、黃土區(qū)偏高，而沙漠灘地區(qū)偏低。由于神府礦區(qū)煤炭的開采，導致地下水位下降使包氣帶厚度變大，補給量減少，同時使地表水及降水補給地下水路徑變長，易于礦物質(zhì)溶解，含水層變薄使地下水對鹽分的稀釋能力逐漸減弱，從而使TDS、TH濃度增加[8]。

(2)區(qū)內(nèi)Cl－以河谷區(qū)背景值最高，其次為黃土區(qū)，沙漠灘地區(qū)背景含量最低。在水文地球化學中Cl－是常用的保守和惰性示蹤成分，Cl－含量用來表征人類活動污染物對地下水的影響程度。河谷區(qū)來自人類活動有關(guān)的污染源，如垃圾滲濾液、生活廢水等廢水的排放，直接改變地下水中Cl－的含量。

(3)神府礦區(qū)沙漠灘地區(qū)松散孔隙水含鐵、錳質(zhì)較高，主要由于地形平坦，不利于地下水的徑流和排泄。研究區(qū)地下水中Fe、Mn的污染程度基本相當，但Fe略重于Mn。這是因為Fe、Mn的化學性質(zhì)十分相近，所以當它們所處的水文地球化學環(huán)境基本相同時，在地下水中經(jīng)常是共存的[9]。

3 結(jié)論

神府礦區(qū)淺層地下水受外界影響比較大。由于當?shù)孛禾考跋嚓P(guān)工業(yè)的生產(chǎn)，地下水與外界交流較密切。并且地形地貌、地下水的形成條件、水動力條件、和含水層介質(zhì)等，不同地下水環(huán)境單元顯示出這些化學元素的分布差異。地下水化學元素以對數(shù)正態(tài)分布和偏態(tài)分布為主，反映了這些元素的形成條件比較復雜。

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