沧州市浅层地下水资源评价及开发利用浅析

卞海彬,哈建强

(河北省沧州水文水资源勘测局,河北沧州 061000)

沧州市地处河北省东南部,东临渤海,南界山东,北与廊坊、天津为邻,西、西南与保定、衡水相接。南北长约 165 km,东西宽约 187 km,全市总面积14056 km2,海岸线总长 95.3 km。沧州市全境均为平原区,是河北平原的一部分,南运河以西属低平原区,以东属滨海平原区。地形自西南向东北倾斜,地面坡降平缓,一般为 1/8 000～1/1 5000。宏观全境,地势低平;微观各地,岗坡洼地,形态各异。西部地面高程一般在 14.0 m左右(黄海),最高达 16.7 m;东部多在 2.0m左右;境内河流沟渠纵横交错,呈网格状分布。地貌基本分为岗、坡、洼、淀四大类。沧州市土壤共分为褐土、潮土、沼泽土、盐土、滨海盐土、碱土和风沙土 7个土类,隶属于半淋溶土、半水成土、水成土、盐碱土和初育土 5个土纲。其中潮土比例最大,约占全市面积的 94.9%,其他土类只有点片分布。

1 浅层水区域的水文地质情况

沧州市基底构造比较复杂,分属于冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷和埕宁隆起四个基底构造单元,各单元间均为北北东向断裂分隔,单元内有次一级的凸起和凹陷。

沧州市地下水主要赋存于第四系松散岩层中,为多层结构的含水岩系,沉积厚度 350～550 m,最厚可达 580m。水文地质条件比较复杂,水平方向赋水性自西向东由好变差;垂直方向上也有一定的变化特征,由于成因类型及物质来源不同,含水砂层分布形态、颗粒大小、厚度、富水性、水动力特征等均有差别,因此,以成因类型及物质来源作为水文地质分区的依据。

1.1 浅层地下水水文地质分区

(1)冲洪积平原水文地质区:分布于本市西部,包括献县西北部、肃宁、任丘及河间西部,为冲洪积相,岩性以灰黄色粘砂、砂粘为主。含水层以细砂为主,少数中细砂,厚度 5～12m,单位涌水量 2.5～5.0 m3/h◦m。水质较好,矿化度0.5～1.0 g/L,局部大于 2.0g/L,水化学类型为 Cl◦HCO3-Na◦ Mg或 Cl◦ HCO3-Ca◦ Mg◦ Na型。

(2)海陆交互沉积平原水文地质区:分布于本市中部,即青县西部、沧县西北及东南部、孟村大部、盐山南部、吴桥、东光、南皮、泊头、献县大部、河间东部。以河流冲积相为主,岩性以灰褐、灰黄色砂粘为主,粘砂次之。含水层以细砂为主,少数为粉砂,厚度 4.3～25.1 m,条带状分布,单位涌水量2.5～5.0m3/h◦ m。水质较好,矿化度 1～1.5 g/L,局部大于1.5 g/L,水化学类型为 Cl◦ HCO3-Na◦ Mg或 HCO3◦ Cl-Na◦ Mg型 。

(3)滨海平原水文地质区:分布于本市东部,包括青县东部、沧县东北部,盐山北部、黄骅、海兴,为滨海沉积相,岩性以黑灰色粘土为主,含水砂层为粉砂,厚度 7～1.5m,呈带状或环状分布,单位涌水量小于 2.5m3/h◦m。水质较差,矿化度大部分地区大于 3g/L,水质类型为 Cl-Na型或 Cl-Na◦Mg型。

1.2 浅层地下水水质

浅层地下水现状质量,主要是对全市境内布设的监测水井现状水质分别进行地下水水化学类型分类分析、地下水质量综合功能分析、生活饮用水功能分析、农田灌溉功能分析等。

1.3 水化学类型

通过对全市布设的 32眼监测井监测成果分析,氯化物类水有 8眼井、占监测井总数 25.0%,均为氯化物类钠组;重碳酸盐类水为主共计 15眼井、占监测井总数的 46.9%,均为重碳酸盐类钠组;硫酸盐类水有 9眼井、占监测井总数 28.1%,均为硫酸盐类钠组。

沧州市浅层地下水水化学类型的分布比较单一:在各类水中均为钠型水,在氯化物、重碳酸盐类水中,溶解性总固体大多小于2 g/L。在硫酸盐类钠组水中,溶解性总固体多大于 3g/L。

1.3.1 单项污染物质分析

1)主要污染物检出率及超标率

对沧州市浅层地下水污染、超标井率较高的项目依次是溶解性总固体、总硬度、氯化物、硫酸盐、氨氮、氟化物、高锰酸盐指数。超标井是指超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)Ⅲ类水标准的井,Ⅲ类水是以人体健康基准值为依据制定的,主要适用于集中式生活用水水源及工、农业用水。各污染项目检出率、超标率统计见表 1。

2)主要污染物分布及成因分析

沧州市浅层地下水中超标最严重的是溶解性总固体,其后依次是:总硬度、氯化物、硫酸盐、氨氮、氟化物、高锰酸盐指数。

溶解性总固体、总硬度、氯化物、硫酸盐含量偏高主要与本市地质结构有关。沧州市地处冲洪积平原区,地势平缓,浅层水开采层为第一含水组,地下水埋深较浅,排泄方式以人工开采为主,其次是潜水蒸发,侧向径流微弱,土壤中矿物成分经过不断风化淋溶,造成了地下水化学成份的逐渐增多,多年的反复轮回造成了盐分的积累。氨氮、高锰酸盐指数等物质主要源于工业废水、生活污水排放及农村大面积使用大剂量化肥农药和污水灌溉等。而氟化物则是由于部分区域地下沉积物中有含氟量较高的母质矿物,而氟易溶于水,因此造成地下水氟含量偏高。

1.3.2 浅层地下水现状质量综合分析

1)水质综合分析

根据沧州市 32眼浅层地下水水质监测井的实测资料,通过分析,结果表明,IV类水占 3.1%;V类水占 96.9%;没有I～Ⅲ类水。超标物质中硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、氯化物、高锰酸盐指数、氟化物共 6项,在沧州境内 50%以上的面积浅层地下水均超标,而氨氮的超标面积则小于 50%。

2)内梅罗指数综合分析

(1)单项指数分析

将地下水单项水质监测结果与地下水质量标准值逐项进行比较,确定其所属水质类别,再根据类别与内梅罗指数Fi的换算关系(见表 2),确定各单项指标的 Fi值。

表2 水质类别与 Fi值关系表

式中:Fmax为各单项组分评价分值F中的最大值。(4)根据计算的 F值,按表 3划分地下水质量级别。

式中:n为参加评价的单项数目。

(3)采用内梅罗公式计算综合评分值

(2)计算各单项组分评分值 Fi的平均值

表3 水质综合评价分级表

采用内梅罗指数法对全市浅层地下水现状质量进行分析,并将该法综合分析结果与地下水水质综合分析结果进行分析比较。内梅罗指数综合分析级别统计见表 4,内梅罗指数法不同级别浅层地下水百分比统计见图 1。

分析结果:32眼浅层地下水监测井中有 4眼水质为较差级别,占总井数的 12.5%,其主要污染物有总硬度、溶解性总固体、氟化物。其余 28眼井水质为差级别,占总井数的87.5%,其主要污染物是总硬度、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、氟化物。详见表 5。

表4 内梅罗指数法综合分析级别统计表

表5 沧州市浅层地下水监测井水质级别统计表

图1 内梅罗指数法各类水百分比统计图

通过以上分析可见,内梅罗指数综合分析结果与地下水水质综合分析结果基本一致。

2 农田灌溉及生活用水功能分析

2.1 生活饮用水功能分析

按照《生活饮用水卫生标准》(GB5750-2006)进行分析,结果表明,沧州境内 32眼浅层地下水监测井的水质均不符合生活饮用水标准,影响饮用功能的主要项目是矿化度、总硬度、氯化物、硫酸盐。

2.2 农田灌溉功能分析

按《农田灌溉水质标准》(GB 5084-92)(旱作)进行分析,结果表明,32眼浅层地下水监测井的水质均不具备农田灌溉功能,影响灌溉功能的主要物质是溶解性总固体、氯化物。

从整体情况来看,沧州市境内浅层地下水基本上都属于较差级别,不宜饮用和灌溉,虽然西部地区存有浅层淡水,中部地区淡水较少且呈零星分布,但是水中个别物质含量超标,按照相关标准和方法进行分析,也是较差级别的水质。

3 合理开发浅层地下水措施

浅层地下水是由降雨入渗、灌溉入渗、河道侧渗等多种补给而形成的一种具有可恢复性的资源。其补给量的大小与它自身状态有直接关系,因此,合理的开采可达到其相应的均衡状态。所谓合理开采,就是要在地下水长期使用中不破坏自然环境的良性循环,在遇到丰枯交替的水文周期内能达到采补平衡。在此前提下,通过人为措施增大可采量,即合理开发浅层地下水包含两个涵义:一是要使地下水在开采中达到采补平衡,二是采取人为措施增大可采量。地下水位有一个最佳埋深 ,若地下水位埋浅了,不仅会因无效蒸发增大而使采量减少,还易发生土壤盐渍化和渍涝灾害 ,影响作物正常生长。埋深了,地下水会长期得不到恢复,破坏水资源平衡。因此,合理调控地下水埋深是合理开发地下水的一个技术关键。合理开发浅层地下水的技术措施:一是合理调控地下水埋深;二是增加入渗水源。

4 结语

4.1 合理利用水资源

沧州市为改善大气环境质量采取了多种手段,其中地面扬尘是造成大气质量下降的主要因素之一。控制地面扬尘的最有效手段是广植草皮、绿地,路面洒水也是很好的方法。无论是绿化还是洒水都需要大量的清水,供水紧张则限制了绿地面积的扩大和洒水频度。另外,灌水不足也是沧州草坪生长不旺盛、绿色期短的主要原因。绿化、洒水本来不需要优质水作水源,而浅层地下水经简单处理后可以补充用作上述用水。

4.2 提高地下水资源保护能力

污染物随着地表水入渗进入土壤包气带后,会产生一系列复杂的物理、化学和生物作用,从而降低污染物对地下水的影响。简言之,土壤包气带与其他环境因素一样有自净能力。这种能力大小,由包气带的岩性及颗粒大小等因素决定,一般用包气带环境容量衡量。土壤厚度大,就延长了污染物在包气带中运移的途径和时间,使得污染物与包气带介质间的作用更充分 ,结果是提高了包气带的自净能力,增大了它的环境容量,也增大了污染物穿过包气带进入地下水中的途径,提高了水资源保护能力。

4.3 提高大气降水的可利用率

沧州市的降雨量约为 551 mm/a,但是仅有一小部分渗入地下,绝大部分成为径流排入河道,流出境外。如果充分利用浅层地下水就可以腾出地下水的库容,在雨季能够接纳、蓄存更多的雨水,当然还要配合完善的雨水收集系统。这样做还可以使受到污染的地下水得到置换、净化。浅层地下水位降低导致部分含水层疏干,富余出更大的空间可接纳地表水入渗,减少地下水蒸发,又可以减轻和防止渍涝灾害。实质上,这是另一种形式的开源。

[1]杜时贵.水文学与供水水文地质学[M].北京:中国地质大学出版社,1995,35-36.

[2]刘兆昌 ,张兰生 ,聂永生 ,等.地下水系统的污染与控制[M].北京:中国环境科学出版社,1991,28.