王小艷，曾妍妍，劉鳳嬌

(1.巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

和靜縣地處天山中段南麓，隸屬巴音郭楞蒙古自治州，是連接南北疆的交通要道，地理坐標(biāo)東經(jīng)86.39°，北緯42.32°。該區(qū)是以灌溉農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的地區(qū)，近年來，隨著工農(nóng)業(yè)步伐的加快，水資源開發(fā)利用中的問題在該區(qū)日益凸顯[1-2]。對(duì)地下水進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)是反映區(qū)域水質(zhì)狀況的重要途徑。2015年，趙江濤等對(duì)焉耆盆地平原區(qū)地下水進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià)和污染成因探討，結(jié)果表明焉耆盆地地下水整體質(zhì)量較好，但部分地區(qū)呈現(xiàn)已受污跡象[3]。2016年，張瀚等提出規(guī)模化節(jié)水驅(qū)動(dòng)下和靜縣灌區(qū)地下水系統(tǒng)演化研究，表明研究區(qū)地下水位下降較為嚴(yán)重，河道滲漏、渠系滲漏、田間入滲是該區(qū)地下水主要補(bǔ)給方式[4]。2018年，孫英等對(duì)環(huán)博斯騰湖地區(qū)地下水有機(jī)污染現(xiàn)狀進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)焉耆盆地北部和孔雀河流域局部地區(qū)地下水呈現(xiàn)有機(jī)污染物跡象[5-6]。目前，科學(xué)、全面評(píng)價(jià)和靜縣地下水水質(zhì)的報(bào)到較少。本文采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)羅梅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)地下水水質(zhì)和污染現(xiàn)狀，進(jìn)而分析水質(zhì)劣化的影響因素，為和靜縣地下水污染防治提供理論參考依據(jù)。

1 材料與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

和靜縣位于焉耆盆地西北部，是典型山間盆地，受新構(gòu)造差異性斷塊活動(dòng)影響，其西北部山區(qū)斷塊強(qiáng)烈隆升，山區(qū)占地面積92.6%，平均海拔1 100 m，自西向東地形逐漸平緩，東部系開都河和黃水溝沖洪積平原，和靜縣工農(nóng)業(yè)和人口集中在這一帶。該區(qū)屬典型中溫帶干旱荒漠氣侯，降水稀少，年平均降水量62.6 mm；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年平均蒸發(fā)量2 302 mm；夏季炎熱，冬季寒冷少雪，年平均氣溫8.6℃，平均水氣壓6.5 hPa，年相對(duì)濕度52%[7]。該區(qū)地表水儲(chǔ)量豐富，有著名的開都河、黃水溝、清水河等諸多河流，年凈流量約57.76×108m3。研究區(qū)地層巖性為第四紀(jì)松散堆積地層，從山前沖洪積平原到細(xì)土平原，巖性從單一卵礫石層逐漸過渡為含礫中粗砂、中砂、中細(xì)砂、粉細(xì)砂夾粉土的多層結(jié)構(gòu)含水巖組。該區(qū)地下水補(bǔ)給方式主要有河道滲漏、渠系滲漏、田間入滲[8]，排泄方式主要有側(cè)向徑流、蒸發(fā)蒸騰、人工開采等[9]。

1.2 水樣的采集

按照《區(qū)域地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范(DZ/T0288-2015)》統(tǒng)一技術(shù)要求，重點(diǎn)考慮農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人口等污染源密集區(qū)域，合理布設(shè)采樣點(diǎn)，具體采樣點(diǎn)位置見圖1。水樣嚴(yán)格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T164-2004)》進(jìn)行采集、保存和運(yùn)送。采樣時(shí)間為2017年6月，共采集水樣38組(其中潛水8組，淺層承壓水21組，深層承壓水9組)。

圖1 和靜縣平原區(qū)地下水采樣點(diǎn)分布圖

1.3 水樣的檢測(cè)

水樣的檢測(cè)依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-2017)》。主要測(cè)試項(xiàng)目有pH、溶解性總體(TDS)、總硬度(以CaCO3計(jì))(TH)、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH4+)、NO2-、NO3-、F-、I-、偏硅酸、Cu、Pb、Zn、Fe、Mn、Cr6+、Cd、Hg、As、Se等指標(biāo)。其中K+和Na+使用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，Ca2+和 Mg2+用乙二胺四乙酸二鈉滴定法，Cl-用硝酸銀容量法，SO42-用硫酸鋇比濁法，HCO3-用鹽酸滴定法，pH用玻璃電極法測(cè)定。

1.4 評(píng)價(jià)方法

采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析，篩選出檢出率較高且有超標(biāo)跡象的10項(xiàng)指標(biāo)：pH、溶解性總體(TDS)、總硬度(TH)、K++Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。繪制Piper三線圖，分析研究區(qū)地下水化學(xué)類型及其空間變化規(guī)律。

采用單因子評(píng)價(jià)法，對(duì)38個(gè)采樣點(diǎn)水樣進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。該法采用一票否決制，依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848-2017)》，當(dāng)有一項(xiàng)指標(biāo)超過相應(yīng)功能限值時(shí)，表示該水體已不能滿足該功能需求，地下水質(zhì)量按單項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果的最高級(jí)別確定[10-11]。

采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)水樣進(jìn)行污染綜合評(píng)價(jià)。該法計(jì)算步驟：首先用單指標(biāo)的檢測(cè)值計(jì)算單因子污染指數(shù)Ii；然后代入公式(2)計(jì)算綜合污染指數(shù)Pi；最后將計(jì)算結(jié)果與表1中的限值進(jìn)行比較，確定污染等級(jí)[12]。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

表1 多項(xiàng)指標(biāo)的綜合污染指數(shù)Pi分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 地下水化學(xué)類型

表2是和靜縣38組地下水測(cè)試指標(biāo)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表明，潛水中陽離子含量：Ca2+>Mg2+>K++Na+；陰離子含量：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為1.11、1.09；TDS平均值為298.70 mg/L，TH平均值為498.81 mg/L，水質(zhì)偏硬水；pH變化范圍7.50～8.13，屬中性偏弱堿性水。淺層承壓水中陽離子：Mg2+>Ca2+>K++Na+；陰離子：HCO3->SO42->Cl-；Mg2+、K++Na+、Cl-、SO42-空間變化差異大，變異系數(shù)分別為3.00、1.82、1.78、1.61；TDS平均值306.3 mg/L，TH平均值695.8 mg/L，水質(zhì)為極硬水；pH范圍7.50～8.30，屬中性偏弱堿性水。深層承壓水中陽離子：Ca2+>K++Na+>Mg2+；陰離子：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為1.07、1.04；TDS平均值244.3 mg/L，TH平均值464.7 mg/L，水質(zhì)為硬水；pH范圍7.50～8.60，屬中性偏弱堿性水。

圖2 和靜縣平原區(qū)潛水、淺層承壓水、深層承壓水Piper三線圖

圖2是根據(jù)研究區(qū)地下水離子當(dāng)量百分比繪制的Piper三線圖。由圖可知，研究區(qū)潛水水化學(xué)類型為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，淺層承壓水為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深層承壓水為HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。水樣在陽離子三角區(qū)的落點(diǎn)表明，研究區(qū)地下水中Ca2+、Mg2+含量較多；水樣在陰離子三角區(qū)的落點(diǎn)表明，該區(qū)地下水中HCO3-、SO42-含量偏多，屬碳酸鹽、硫酸鹽富集區(qū)。從山前洪積平原到細(xì)土平原，陽離子逐漸由Ca2+→Mg2+→Na+遞變，陰離子逐漸由HCO3-→SO42-→Cl-遞變，水化學(xué)類型逐漸由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型過渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型，這可能與人類活動(dòng)排放相關(guān)。

表2 和靜縣地下水各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)理統(tǒng)計(jì)值

2.2 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

從和靜縣地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表3可知，和靜縣地下水整體質(zhì)量較好，局部地區(qū)存在水質(zhì)超標(biāo)。潛水以Ⅱ類水為主，8個(gè)潛水水樣中Ⅰ∽Ⅲ類水占總數(shù)的75%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占12.5%和12.5%.Ⅲ類水以人體健康為依據(jù)，適用于集中式生活飲用及工農(nóng)業(yè)用水。以Ⅲ類水為基準(zhǔn)，潛水超標(biāo)率為25%. 淺層承壓水以Ⅱ類、Ⅲ類水為主，21個(gè)淺層承壓水水樣中Ⅰ～Ⅲ類水占比80.94%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占4.76%和14.29%，超標(biāo)率為19.05%. 深層承壓水以Ⅲ類水為主，9個(gè)深層承壓水水樣中Ⅰ～Ⅲ類水占總數(shù)的66.67%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占11.11%和22.22%，超標(biāo)率為33.33%.

從空間分布來看，從山前平原到細(xì)土平原，含水層結(jié)構(gòu)由單一結(jié)構(gòu)潛水逐漸過渡到到多層承壓水，水質(zhì)逐漸由Ⅱ類過渡到Ⅲ類。從單個(gè)指標(biāo)的超標(biāo)率可知，TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化學(xué)超標(biāo)是引起研究區(qū)地下水質(zhì)量下降的主要因素。

表3 和靜縣地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.3 地下水污染評(píng)價(jià)

和靜縣地下水污染評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4可以看出，研究區(qū)8個(gè)潛水采樣點(diǎn)中有6個(gè)屬未受污染狀態(tài)，有2個(gè)屬輕微污染，污染率達(dá)25%，這兩個(gè)受污點(diǎn)分別位于21團(tuán)5連飲水井和21團(tuán)2連2號(hào)飲水井(表5)。21個(gè)淺層承壓水采樣點(diǎn)中未受污染的有18個(gè)，中度污染的有2個(gè)，嚴(yán)重污染的有1個(gè)，中度污染和嚴(yán)重污染的比例分別為9.52%和4.76%，總體污染情況較潛水嚴(yán)重，淺層承壓水的三個(gè)污染點(diǎn)分別位于22團(tuán)4連滴灌2號(hào)井、22團(tuán)7連3號(hào)井和223團(tuán)園六連4號(hào)抗旱井(表5)，單項(xiàng)超標(biāo)因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-。

9個(gè)深層承壓水采樣點(diǎn)中未受污染的有7個(gè)，輕微污染的有2個(gè)，污染率為22.22%，污染情況較淺層承壓水有所好轉(zhuǎn)，深層承壓水的兩個(gè)污染點(diǎn)分別位于協(xié)比乃爾布呼鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府和223團(tuán)水廠(表5)，單項(xiàng)超標(biāo)因子有TDS、TH、Mg2+、SO42-。

從空間分布來看，和靜縣平原區(qū)地下水受污染程度依次為：淺層承壓水>潛水>深層承壓水，這與該區(qū)地層巖性、地下水超采、工農(nóng)業(yè)排放等因素直接相關(guān)。

2.4 地下水污染影響因素分析

研究區(qū)地下水局部已受污染，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，這與該區(qū)氣候因素、地層巖性等關(guān)系密切。根據(jù)水化學(xué)類型遞變規(guī)律可知，從山前平原到細(xì)土平原，Ca2+、HCO3-含量逐漸降低，Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量增加，這與人類活動(dòng)密切相關(guān)。

2.4.1 氣候因素的影響

和靜縣屬中溫帶干旱荒漠氣侯，年降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈。干旱直接導(dǎo)致地表水和風(fēng)化圍巖中的化學(xué)成分在水體中濃縮，致使Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-等離子含量增加，TDS和TH含量升高，這些成分通過垂直入滲進(jìn)入地下水含水層，這是該區(qū)地下水TDS、TH、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-超標(biāo)的重要因素[8]。

2.4.2 地層巖性的影響

研究區(qū)地下水受污較重的是淺層承壓水，這在很大程度上受該區(qū)包氣帶巖性和含水層特性影響。從山前到細(xì)土平原，地層巖性由單一結(jié)構(gòu)砂土過渡到粉土、粉砂互夾的多層結(jié)構(gòu)[4]。在砂土為主的區(qū)域，巖層滲透能力好，污染物易通過徑流滲入地下水；在粉土或粉砂互夾區(qū)域，巖層透水性變差，污染物一旦進(jìn)入不易發(fā)生遷移，尤其在淺層承壓水區(qū)段更易聚集[9]。

表4 和靜縣地下水污染評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表5 和靜縣地下水受污點(diǎn)位的綜合污染指數(shù)及污染評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.4.3 地下水超采的影響

近年來，隨著高效節(jié)水的大規(guī)模推廣，和靜縣地下水開采量逐年陡增。2005年累積成井?dāng)?shù)為191眼，到2015年遞增到900多眼[4]。由于開采速度過快，導(dǎo)致部分機(jī)井缺乏有效管理，部分機(jī)井防滲措施做的不到位。地下水超采和機(jī)井滲漏引起的垂直入滲污染是研究區(qū)承壓水受污的重要原因。

2.4.4 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活排放的影響

隨著和靜縣城鎮(zhèn)化水平逐年提高，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市人口陡增，產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水、生活污水和生活垃圾。工業(yè)廢水雖絕大部分經(jīng)過處理，水中仍含有少量Cl-、SO42-、NH4+、NO3-、NO2-等有毒成分；生活污水處理規(guī)模有限，水中仍含有大量Na+、Ca2+、Cl-、SO42-等成分，這些排放到水中都會(huì)對(duì)地下水造成影響[12]。工業(yè)廢棄物和生活垃圾幾乎都采用傳統(tǒng)方式焚燒或填埋，垃圾腐蝕產(chǎn)生的Na+、Cl-、NO3-等污染物通過垂直下滲流入地下水。農(nóng)藥化肥的大量使用，使土壤中滯留過量的Cl-、NO3-、NO2-等將造成水質(zhì)惡化。

3 結(jié)語

(1)和靜縣平原區(qū)潛水化學(xué)類型主要為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，淺層承壓水為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深層承壓水為HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。從山前平原到細(xì)土平原，陽離子逐漸由Ca2+→Mg2+→Na+遞變，陰離子由HCO3-→SO42-→Cl-遞變，水化學(xué)類型逐漸由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型過渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。

(2)研究區(qū)地下水整體質(zhì)量較好，潛水以Ⅱ類水為主，淺層承壓水以Ⅱ類、Ⅲ類水為主，深層承壓水以Ⅲ類水為主，潛水、淺層承壓水、深層承壓水質(zhì)量超標(biāo)率分別為25%、19.05%和33.33%從潛水到承壓水，水質(zhì)略有降低。TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化學(xué)超標(biāo)是影響水質(zhì)劣化的主要因素。

(3)研究區(qū)地下水局部已受污染。從空間分布來看，受污染程度依次為：淺層承壓水>潛水>深層承壓水。從單項(xiàng)指標(biāo)的污染指數(shù)來看，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，這與質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。

(4)影響研究區(qū)地下水污染的主要因素有氣候因素、地層巖性、地下水超采、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活排放。