孫婧妍

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

0 引言

在我國(guó)供水水源中，地下水的作用十分重要，尤其在干旱或者半干旱地區(qū)，甚至唯一的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活的供水水源，可能是地下水[1]。根據(jù)《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃(2011-2020年)》[2]統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)北方地區(qū)，65%的生活用水、50%的工業(yè)用水和33%的農(nóng)業(yè)灌溉用水均為地下水，全國(guó)655個(gè)城市中有400多個(gè)城市飲用水源被地下水覆蓋。近年來(lái)，由于我國(guó)工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快的迅速程度，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響也越來(lái)越強(qiáng)。由于自然因素和人為因素的共同影響，部分地區(qū)地下水蒸發(fā)，濃縮越來(lái)越強(qiáng)、地下水超采嚴(yán)重、水質(zhì)趨于惡化、甚至地表水遭到了污染，同時(shí)，地下水位不斷下降，造成了地面沉降、土地荒漠化等問(wèn)題，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有十分強(qiáng)烈的制約作用[3]。因此，地下水環(huán)境的保護(hù)，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，更關(guān)系到我們子孫后代的生存安全問(wèn)題。因此，評(píng)價(jià)區(qū)域地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)針對(duì)區(qū)域不同、尺度不同地下水的防污能力，找到地下水特征污染物的源頭，確定地下水污染與人類(lèi)活動(dòng)之間的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)易受污染的地下水高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，才能提供地下水水資源管理和環(huán)境保護(hù)針對(duì)性的決策意見(jiàn)[4]。因此，地下水化學(xué)類(lèi)型的分類(lèi)十分重要。

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。

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

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、硫酸鹽、陰離子表面活性劑、氯化物、銅、鋅、鐵、錳、揮發(fā)酚、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、氟化物汞、砷、硒、六價(jià)鉻、高錳酸鹽指數(shù)、鉛、鎘、氰化物、總大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)等38項(xiàng)指標(biāo)。

2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水一共監(jiān)測(cè)了4次，分別在3月、5月、9月和11月。本文選取全年平均值。

3 地下水水化學(xué)類(lèi)型評(píng)價(jià)方法

采用阿列金分類(lèi)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(lèi)。此法首先將天然水按優(yōu)勢(shì)陰離子劃分為三類(lèi)：重碳酸鹽水(HCO3-+CO32-)、硫酸鹽水和氯化物水，它們的礦化度按該順序越來(lái)越大，水質(zhì)則越來(lái)越差。然后，又按優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子在每一類(lèi)中分為鈣質(zhì)、鎂質(zhì)和鈉質(zhì)(鉀加鈉)三個(gè)組。最后，再按陰陽(yáng)離子間毫克當(dāng)量的相對(duì)比例關(guān)系在每個(gè)組內(nèi)劃分為4個(gè)水型，見(jiàn)表2。

表2 地下水化學(xué)阿列金分類(lèi)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[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+]，即堿度大于硬度。這一型水中含有很多Na+與K+的火成巖成分。水中主要離子成分為碳酸氫根(HCO3-)并且鈉離子(Na+)含量也較多，這一型水一般硬度不大、水質(zhì)很好，屬于低礦化度水。

第Ⅱ型水的特點(diǎn)是[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]，堿度小于硬度。從成因上來(lái)說(shuō)，這個(gè)類(lèi)型的水的形成與沉積巖有關(guān)，為混合類(lèi)型的水。這類(lèi)水大多為礦化度中等或者較低的河水。

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，天然水中的Na+被土壤底泥或含水層中的Ca2+或Mg2+交換，導(dǎo)致其成分發(fā)生很大變化。此種類(lèi)型包含海水、大洋水等許多高礦化度的地下水。

第Ⅳ型水的特點(diǎn)是[HCO3-]=0，即酸性水。重碳酸類(lèi)水中不含此型，只有氯化物類(lèi)水和硫酸鹽類(lèi)水中，Ca2+組與Mg2+組中才可能有這一型水。一般自然界中天然水均不是這個(gè)類(lèi)型(pH≤4.0)。

本分類(lèi)中，各性質(zhì)的水均用化學(xué)元素表示，“類(lèi)”用相應(yīng)的陰離子(C、S、Cl)的化學(xué)符號(hào)表示，“組”用陽(yáng)離子(Ca、Mg、Na)的符號(hào)表示，寫(xiě)在“類(lèi)”的方次位置?！靶汀眲t用羅馬數(shù)字標(biāo)在“類(lèi)”符號(hào)的右下角。全符號(hào)寫(xiě)成下列形式：如CⅢCa表示重碳酸鹽類(lèi)鈣組第三型水，CⅠMg表示氯化物類(lèi)，鎂組第二型水。

4 地下水水化學(xué)類(lèi)型評(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 全年地下水水化學(xué)類(lèi)型評(píng)價(jià)

取沈陽(yáng)地區(qū)2018年42個(gè)地下水站點(diǎn)，四個(gè)季度的監(jiān)測(cè)平均值，按照阿列金法進(jìn)行水化學(xué)類(lèi)型劃分，共分為6種類(lèi)型(見(jiàn)圖1)。這6種類(lèi)型中，以CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井為主，其中CⅠCa型井有5眼，占11.9%；CⅡCa型井有6眼，占14.3%；CⅢCa型井共有27眼，占64.3%。此外，CⅢMg型井1眼，為楊士崗子，占2.4%；ClⅢCa井共有2眼，分別為馬虎山和劉二堡，占4.8%；SⅡNa型井有1眼，為茨榆坨，占2.4%。由此可見(jiàn)，沈陽(yáng)地區(qū)優(yōu)勢(shì)的地下水類(lèi)型為CⅢCa，地下水高礦化度，高硬度，說(shuō)明該地區(qū)居民生活不適宜使用該地下水。

圖1 2018年全年沈陽(yáng)地區(qū)地下水化學(xué)類(lèi)型比例圖

經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)變化過(guò)程，在一定的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境下，地下水化學(xué)的成分及其存在形式的才會(huì)趨于穩(wěn)定，均勻分布。以下8種離子在地下水中含量最多，即Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+。

2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水陰離子中，重碳酸鹽占比92.86%，氯化物占比4.76%，硫酸鹽占比2.38%，優(yōu)勢(shì)陰離子為重碳酸鹽，硫酸鹽和氯化物含量不多，這說(shuō)明沈陽(yáng)地區(qū)的水化學(xué)特征以碳酸鹽巖的溶解為主，沈陽(yáng)地區(qū)地下水優(yōu)勢(shì)陰離子所占比例見(jiàn)圖2。

圖2 2018年沈陽(yáng)地區(qū)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)地下水鈣離子(Ca2+)為優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子，占95.24%，而鈉離子(Na+)和鎂離子(Mg2+)含量較低，均為2.38%。

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

總硬度與總堿度在地下水水化學(xué)類(lèi)型中的關(guān)系見(jiàn)圖4。第Ⅰ型、第Ⅱ型水低硬度、低礦化度、水質(zhì)相對(duì)較好；第Ⅲ型水高硬度、高礦化度、水質(zhì)較差。由圖可以發(fā)現(xiàn)，2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水以Ⅲ型水占71.43%，為主要水型，；而Ⅰ型水和Ⅱ型水較少，分別占11.90%和16.67%，故Ⅲ型水占優(yōu)勢(shì)，這也說(shuō)明2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水為高硬度、高礦化度、水質(zhì)相對(duì)不是很好，日常居民生活飲用不適宜。

圖4 2018年沈陽(yáng)地區(qū)地下水水型所占比例圖

4.2 全年沈陽(yáng)地區(qū)水化學(xué)類(lèi)型分布情況

2018年沈陽(yáng)市各縣區(qū)地下水水化學(xué)類(lèi)型分布見(jiàn)表3及圖5，優(yōu)勢(shì)水化學(xué)類(lèi)型在沈陽(yáng)市各縣區(qū)為CⅢCa型井，法庫(kù)縣、沈北新區(qū)及東陵區(qū)CⅢCa型井占比均達(dá)到100%，康平縣、新民市次之，CⅢCa型井占比分別為75.00%和71.73%，其余縣區(qū)如于洪區(qū)、蘇家屯區(qū)及遼中區(qū)，CⅢCa型井占比也較高，其中遼中區(qū)能夠達(dá)到42.86%，于洪區(qū)及蘇家屯區(qū)均為33.33%。其次，除法庫(kù)縣、沈北新區(qū)及東陵區(qū)外，其余站點(diǎn)均有CⅡCa型井分布，分別為康平縣1眼，占25%，新民市1眼，占7.14%，于洪區(qū)1眼，占33.33%，蘇家屯區(qū)2眼，占40.00%，遼中區(qū)1眼，占14.29%；CⅠCa型井僅有新民市，于洪區(qū)和蘇家屯區(qū)有分布，分別為新民市2眼，占14.29%，于洪區(qū)1眼，占33.33%，蘇家屯區(qū)1眼，占20.00%。此外，其余水化學(xué)類(lèi)型僅在新民市和遼中區(qū)有所分布，新民市僅有1眼ClⅢCa型井，占7.14%，遼中區(qū)有CⅢMg型井、ClⅢCa型井和SⅡNa型井各一眼，占比均為14.29%。

圖5 2018年沈陽(yáng)市各縣區(qū)地下水水化學(xué)類(lèi)型分布圖

表3 2018年沈陽(yáng)市各縣區(qū)地下水水化學(xué)類(lèi)型分布情況及所占比例

由此可見(jiàn)，從優(yōu)勢(shì)陰離子角度，沈陽(yáng)市各縣區(qū)地下水優(yōu)勢(shì)陰離子均為重碳酸鹽，此外，硫酸鹽類(lèi)和氯化物類(lèi)水在新民市及遼中區(qū)也有分布，硫酸鹽類(lèi)水在遼中區(qū)為1眼，占比14.29%，氯化物類(lèi)水在新民市為1眼，占比7.14%，在遼中區(qū)為1眼，占比14.29%。鈣組從優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子角度占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，除遼中區(qū)有鈉組井1眼及鎂組井1眼外，其余各縣區(qū)均為鈣組井。

水質(zhì)較好的Ⅰ型水在新民市、于洪區(qū)和蘇家屯區(qū)均存在，分別為新民市2眼，占比14.29%，于洪區(qū)1眼，占比33.33%，蘇家屯區(qū)1眼，占比20.00%；Ⅱ型水除法庫(kù)縣、沈北新區(qū)和東陵區(qū)外各縣區(qū)均有分布，其中康平縣1眼，占比25.00%，新民市1眼，占比7.14%，于洪區(qū)1眼，占比33.33%，蘇家屯區(qū)2眼，占比40.00%，遼中區(qū)2眼，占比28.58%；從水型角度，除于洪區(qū)和蘇家屯區(qū)外，沈陽(yáng)市其余各縣區(qū)均為Ⅲ型水比重大，占比分別為康平縣75%、法庫(kù)縣100%、新民市92.86%、沈北新區(qū)100%、于洪區(qū)33.33%、東陵區(qū)100%、蘇家屯區(qū)40%、遼中區(qū)71.42%。

從現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，各縣區(qū)中，新民市、遼中區(qū)的水化學(xué)類(lèi)型均比較多，其中三種優(yōu)勢(shì)陰離子均在遼中區(qū)出現(xiàn)，另外，鈣組和鎂組這兩種優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子也存在，遼中區(qū)一共有五種水化學(xué)類(lèi)型，分別為CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、ClⅢCa和SⅡNa，這五種化學(xué)類(lèi)型除CⅢCa型井為3眼，占比42.86%外，其余四種類(lèi)型均為1種，占比14.29%；新民市分布了重碳酸鹽和氯化物這兩種優(yōu)勢(shì)陰離子，鈣組和鈉組這兩種優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子、一共有四種水化學(xué)類(lèi)型，分別為；CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、ClⅢCa，這四種化學(xué)類(lèi)型除CⅢCa型井為10眼，占比71.43%，CⅠCa型井為2眼，占比14.29%外，其余兩種類(lèi)型均為1種，占比7.14%。這說(shuō)明新民市和遼中區(qū)地下水存在的巖層相對(duì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，同時(shí)當(dāng)?shù)厝巳祟?lèi)日常生活也嚴(yán)重影響了地下水類(lèi)型。

5 結(jié)論

(1)沈陽(yáng)地區(qū)優(yōu)勢(shì)地下水水化學(xué)類(lèi)型為CⅢCa型，重碳酸鹽為優(yōu)勢(shì)陰離子，占比92.86%、鈣離子為優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子，Ⅲ型為優(yōu)勢(shì)水型，在日常的生產(chǎn)生活中，如涉及到此類(lèi)地下水的使用，需重點(diǎn)考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，從而使運(yùn)用更加合理。

(2)從各縣區(qū)看，沈陽(yáng)市各縣區(qū)水化學(xué)類(lèi)型均以為CⅢCa型井為主，康平縣水化學(xué)類(lèi)型為CⅡCa和CⅢCa；法庫(kù)縣水化學(xué)類(lèi)型為CⅢCa；新民市水化學(xué)類(lèi)型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、和ClⅢCa；沈北新區(qū)水化學(xué)類(lèi)型為CⅢCa；于洪區(qū)水化學(xué)類(lèi)型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa；東陵區(qū)水化學(xué)類(lèi)型為CⅢCa；遼中區(qū)水化學(xué)類(lèi)型為CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、和ClⅢCa和SⅢNa；蘇家屯區(qū)水化學(xué)類(lèi)型為CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa。各縣區(qū)中，Ⅲ型水均為水化學(xué)類(lèi)型主要類(lèi)型，說(shuō)明沈陽(yáng)市地下水高礦化度，總堿度小于總硬度，不適宜居民日常生活使用。