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        淮北平原淺層地下水質(zhì)量與改水方向

        2022-11-29 10:28:46魏嬌嬌
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:淮北平原淺層

        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。

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