李 巖，魏嬌嬌

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230000)

安徽省淮北平原地處安徽省北部、黃淮海平原南緣，第四系與新近系松散巖類(lèi)發(fā)育，大部分地帶賦存有水量較豐富的松散巖類(lèi)孔隙地下水(以下簡(jiǎn)稱(chēng)地下水)。但由于城市集中與農(nóng)村分散式普遍長(zhǎng)期大量開(kāi)采中層、深層地下水，已造成大范圍地面沉降。壓采中層、深層地下水，改換為地表水或其他安全水源是當(dāng)務(wù)之急。在淮北平原淺層地下水資源尚具有較大開(kāi)采潛力的背景下(表1)[1-3]，適當(dāng)開(kāi)采淺層地下水是一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的改水途徑，已知有宿州市碭山縣、亳州城市在2000年之后，陸續(xù)開(kāi)采淺層地下水作為城市集中供水的一部分[4]。但淮北平原淺層地下水存在水質(zhì)區(qū)域性與局部差異變化較大，部分地帶污染防護(hù)性能差等問(wèn)題。利用淮北平原淺層地下水2020年枯水期水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，適當(dāng)摒除易于進(jìn)行水處理的鐵錳離子，及暫不考慮氟離子與碘離子的原生地質(zhì)環(huán)境背景問(wèn)題，進(jìn)行水樣點(diǎn)水質(zhì)量對(duì)生活利用的適宜性評(píng)價(jià)，劃分出淮北平原淺層地下水質(zhì)量分區(qū)并進(jìn)行生活利用的適宜性分析；圖解分析與樣本組顯著性判別確定適宜的開(kāi)采井止水深度，為淮北平原推廣淺層地下水改水工程提供方向及技術(shù)依據(jù)。

1 淺層地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

淮北平原淺層孔隙水溶解性總固體基本小于1.5 g/L，水化學(xué)類(lèi)型以HCO3-Ca(Mg、Na)型水為主，局部為HCO3·Cl- Ca(Mg、Na)、Cl- Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4- Ca(Mg、Na)型僅零星可見(jiàn)，這也說(shuō)明整個(gè)淮北平原淺層孔隙水與大氣降水聯(lián)系密切。

根據(jù)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-2017)對(duì)淮北平原2020年04月枯水期147個(gè)淺層地下水監(jiān)測(cè)樣品進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)[5]，包括非常規(guī)微量元素指標(biāo)在內(nèi)，2020年枯水期淮北平原區(qū)淺層地下水40項(xiàng)組份綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：2.00%為Ⅲ類(lèi)水、79.33%為Ⅳ類(lèi)水、18.67%為Ⅴ類(lèi)水。去除Fe、Mn、F-、I-后36項(xiàng)組份綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：45.6%為Ⅲ類(lèi)水及以優(yōu)、54%為Ⅳ類(lèi)水及以劣(見(jiàn)圖1)。

圖1 淮北平原淺層孔隙水枯水期(2020.04)單指標(biāo)質(zhì)量等級(jí)占比圖

目前已知鐵(Fe)、錳(Mn)屬較易于處理的無(wú)機(jī)物，水廠利用加酸、曝氣等水處理工藝成熟可行；氟(F)離子在淮北平原淺中深層地下水中都有一定程度超標(biāo)(一般為1.0～2.0mg/L屬輕度)，水處理成本高，屬于區(qū)域性長(zhǎng)期供水難題，可暫時(shí)考慮仍可利用氟離子含量不超過(guò)Ⅳ級(jí)(<2.0 mg/L)作為生活供水水源；碘(I-)離子過(guò)量攝入可能引起甲亢等疾病，但可以減少碘鹽的攝入量進(jìn)行調(diào)節(jié)。仍舊參照《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-2017)，并增加非常規(guī)指標(biāo)共40項(xiàng)，按照以下過(guò)程進(jìn)行單指標(biāo)水質(zhì)量生活飲用適用性評(píng)價(jià)(圖2)，將所有單指標(biāo)都達(dá)到本次要求的樣品評(píng)價(jià)為適宜進(jìn)行改水的淺層地下水質(zhì)類(lèi)，否則視為不適宜類(lèi)。

評(píng)價(jià)結(jié)果：淮北平原約有46%的淺層地下水經(jīng)適當(dāng)水處理后可以作為生活供水水源。

圖2 地下水單指標(biāo)質(zhì)量等級(jí)與改水適宜性判別流程圖

2 淺層地下水質(zhì)量分區(qū)與生活供水適宜性

由圖3可見(jiàn)，淮北平原淺層適于生活供水水質(zhì)點(diǎn)在不同地區(qū)差別較大，可劃分為水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ)、水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ)、水質(zhì)量較差區(qū)(Ⅲ)。

表2 淮北平原淺層地下水質(zhì)量分區(qū)統(tǒng)計(jì)表

圖3 淮北平原淺層地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)量分布散點(diǎn)圖(2020.04)

3 淺層地下水質(zhì)量分區(qū)改水方向建議

3.1 東部淺層地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ)

蒙城縣-宿州市埇橋區(qū)以東大部分地區(qū)，面積8 112 km2，約占淮北平原總面積的21.1%，處于丘陵前緣或沿淮地帶為主，淺層地下水交替條件相對(duì)較好，水量中等-豐富，部分區(qū)域較貧乏。適于生活飲用水質(zhì)點(diǎn)占該區(qū)總檢測(cè)樣品數(shù)92.0%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近基本可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，是較理想的淺層地下水改水區(qū)域。

3.2 地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ)

包括淮北平原西南部及局部北部淮北-肖縣段，總面積20 696 km2，約占淮北平原總面積的53.7%，是淮北平原最大的地下水質(zhì)量分區(qū)。

3.2.1 西南部地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ1)

包括阜陽(yáng)市全域和淮南市淮河以北部分，亳州市域南部及蚌埠市懷遠(yuǎn)縣的一部分，面積20 668.9 km2，約占淮北平原總面積的53.7%。北部處于黃泛沉積區(qū)邊緣，向南處于近淮河大別山水系沉積物區(qū)域，一般松散巖層巨厚沉積且砂層累積厚度較大，地下水交替條件相對(duì)較好，水量中等-豐富。適于生活飲用水質(zhì)點(diǎn)占該區(qū)總檢測(cè)樣品數(shù)62.8%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近應(yīng)大部分可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，是可以進(jìn)行淺層地下水改水區(qū)域。

3.2.2 北部淮北-肖縣地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ2)

包括淮北市北部和肖縣大部分區(qū)域，面積2 678 km2。主要處于北部丘陵區(qū)外圍至邊緣地帶，是向南部淺層地下水的補(bǔ)給逕流區(qū)域，局部與巖溶地下水連通，地下水交替條件相對(duì)較好，但松散巖層砂層發(fā)育一般較薄，水量一般中等，部分貧乏。適于生活飲用水質(zhì)點(diǎn)占該區(qū)總檢測(cè)樣品數(shù)60.0%。在該區(qū)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，在現(xiàn)有農(nóng)飲井附近應(yīng)大部分可勘查獲得可供生活飲用的淺層地下水源，在水量有保證的前提下，是可以進(jìn)行淺層地下水改水區(qū)域。

3.3 地下水質(zhì)量較差區(qū)(Ⅲ1-3)

包括中北部偏南地帶(Ⅲ1)、西北端碭山地帶(Ⅲ2)、東北端泗縣地帶(Ⅲ3)三個(gè)亞區(qū)，面積和7 062.5 km2，約占淮北平原總面積的18.3%。

這些分區(qū)屬黃泛區(qū)或松散巖層較薄的丘陵山前地帶，黃泛區(qū)地下水原生水化學(xué)環(huán)境偏于堿性且常見(jiàn)高溶解性總固體、高氟、硫酸鹽超標(biāo)等多類(lèi)指標(biāo)不符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)；丘陵山前松散層薄，富水性一般貧乏，地下水交替條件差，淺層地下水防護(hù)性能差，水質(zhì)總體亦偏差。該區(qū)基本不適宜進(jìn)行淺層地下水改水，但可以在局部淺層地下水量較豐富，水質(zhì)相對(duì)較好地帶，進(jìn)行改供水水源地水文地質(zhì)勘查，實(shí)現(xiàn)部分淺層改水目標(biāo)。

圖4

4 淺層地下水止水深度分析

淮北平原淺層地下水含水層具有多層結(jié)構(gòu)，按含水層埋深與水動(dòng)力特征可劃分為淺層潛水與淺層弱承壓水，含水層巖性均以粉細(xì)砂為主。上部淺層潛水含水層底板埋深一般小于20 m，受大氣降水補(bǔ)給與蒸發(fā)垂向交替強(qiáng)烈；下部淺層弱承壓含水層底板埋深一般30～50 m，一般與上部含水層有5～10 m粘性土隔水層，可減弱與淺層地下水的水力聯(lián)系，并具有一定的地下水污染防護(hù)能力。以面積最大的西南部水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅱ1)樣品為對(duì)象，應(yīng)用圖解法及樣本顯著性判別，對(duì)比部潛水與下部弱承壓水質(zhì)量，以選擇適宜的止水深度。

該區(qū)采取測(cè)試淺層地下水樣共78組，為大樣本群，并均屬專(zhuān)門(mén)性地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)孔取樣，受開(kāi)采及人類(lèi)活動(dòng)影響較小，水質(zhì)檢測(cè)由甲級(jí)資質(zhì)單位完成，數(shù)據(jù)質(zhì)量可信度高。樣本含水層頂板埋深2.19～35.48 m，按觀測(cè)含水層頂板埋深5m間距(20.0～35.48為一組)對(duì)樣本進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

取分組樣品平均頂板埋深與適宜水質(zhì)樣本數(shù)進(jìn)行圖解分析，結(jié)合表3可以較清晰看出，水位埋深約大于20 m時(shí)，均為水質(zhì)量適宜。

初步觀察分析樣本水質(zhì)量存在取水層頂板埋深20 m以淺與以深分組的明顯差別，但20 m以深水質(zhì)樣本數(shù)偏少，應(yīng)進(jìn)行樣本組數(shù)據(jù)差異顯著性判別如下：

(1)

計(jì)算結(jié)果t=2.18，按95%置信限，查表得界限值為1.66(表4)，因此，確定取水層頂板埋深20 m以深水質(zhì)量適宜程度顯著高于20 m以淺。

表3 Ⅱ1區(qū)淺層地下水質(zhì)量分類(lèi)與觀測(cè)含水層頂板埋深分組統(tǒng)計(jì)表

表4 Ⅱ1區(qū)淺層地下水質(zhì)量不同深度適宜性獨(dú)立t檢驗(yàn)計(jì)算表

5 結(jié)語(yǔ)

(1)從淮北平原2020年枯水期淺層地下水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算獲得水質(zhì)量適宜分區(qū)與適宜性具有顯著取水含水層深度差異。初步認(rèn)為淮北平原有31 459.6 km2約60.6%面積適宜作為生活飲用水源。這些地區(qū)尤其以阜陽(yáng)與亳州市域中及深層地下水開(kāi)采量大，可以成為這些市域中及深層地下水井的壓采替換水源的一部分。

(2)在改水水源地選取方向上，由于淺層地下水井涌水量一般偏小，以及存在過(guò)量開(kāi)采會(huì)與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水問(wèn)題，因此淺層地下水改水以分散的中小型水源地較為適宜。利用各市已有散在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村安全飲水工程水源地，就近進(jìn)行淺層地下水改水勘查工作，經(jīng)評(píng)價(jià)論證水質(zhì)與水量有保證后，可實(shí)施對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)村農(nóng)飲水廠淺層地下水改水井工程。具有深度淺，成井費(fèi)用低，水源易于得到大氣降水補(bǔ)給，水交替條件好，水資源可再生等優(yōu)勢(shì)。

(3)淺層地下水開(kāi)采井宜采用大口徑，按上述計(jì)算結(jié)果止水深度一般不得小于20 m，建議止水深度為25 m。

(4)嚴(yán)格按照水源地環(huán)境防護(hù)規(guī)范，建立保護(hù)區(qū)，定期對(duì)地下水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，保證供水安全。