晋祠泉域岩溶地下水水质评价

高嵚山

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

1 泉域概况

晋祠泉为山西省19个重点保护岩溶大泉之一，泉域总面积2 030 km2，其中裸露可溶岩面积达375.25 km2。

泉域东部边界沿柳林河与狮子河的分水岭向南至王封村，折向三给村，沿汾河至汾河二坝。南部边界从汾河二坝经清徐县西高白沿古交市与交城县的行政分界线至郭家梁村。西部边界沿娄烦县、古交市、静乐县的交界处往南经牛头山、罗家曲村、白家滩村、康庄村至郭家梁村。北部边界为古交市与静乐县的行政分界线。

晋祠泉域地势西北高、东南低，属吕梁山脉东翼，面积约1 771 km2，海拔高度900～1 500 m，相对高差300～500 m。灰岩裸露区主要分布于泉域北部，为典型的北方岩溶地貌，岩溶裂隙发育，可见溶洞、溶孔、岩溶洼地，东西部边缘地区有零星出露，但面积很小，形不成独立的岩溶地貌。泉域中部和南部被晚古生代砂页岩覆盖，局部可见中生代地层和黄土覆盖。

2 岩溶地下水化学特征及分布规律

2.1 地下水化学特征

泉域内岩溶地下水补给主要是大气降水入渗和河道渗漏补给，地下水化学成份受地下水补给条件和运动距离控制外，与地质构造和地层变化有密切关系。监测资料表明，晋祠泉域岩溶水从补给径流区到排泄区，总硬度、矿化度、SO42-及水化学类型等具有明显变化规律。

2.2 地下水化学类型及分布规律

地下水化学类型采用阿廖金分类和舒卡列夫分类两种方法。

综上分析，岩溶水地下水水质类型由西北向东南地下水流向呈HS－CM，SH－CM的规律变化，总硬度、矿化度、等多种离子含量也随着由低到高的规律变化。沿边山断裂带，中部岩溶水水质明显好于两侧，南部最次，表明中部岩溶水循环交替作用强烈，而南部相对较慢，基本处于滞流状态，并在上游所经煤系地层较多所致。

3 地下水水质评价

地下水是该区域内工农业生产、城镇生活的主要供水水源，对优化泉域水资源配置、合理开发利用和保护地下水资源、保障城乡居民饮水安全、防止水污染、保护水环境、促进泉域水资源在区域经济发展中的可持续利用、加强泉域地下水环境监测和地下水质保护具有十分重要的作用。此次评价采用长期定点和随机监测相结合的办法，综合研究地下水水质现状、水质演变过程，分析影响地下水的污染源头及防治措施。在泉域内持续对8个岩溶水井水质站点进行长期采样分析，评价以《地下水质量标准》为评价标准，采用综合指数评价法，通过对各监测因子单项评价后再进行综合评价。

3.1 地下水质量评价

地下水质量评价以地下水水质监测资料为基础，分为单项组分评价和综合评价，共选取pH值、总硬度、矿化度、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、挥发酚、高锰酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷化物、六价铬、镉、铅等21项评价因子。

地下水质综合评价分值的计算和质量级别计算方法如下：

单项组分评价分值Fi按表1规定执行，然后根据公式1—2计算综合评价分值F。

表1 单项组分评价分值Fi表

式中：Fmax——为各单项组分评价分值Fi中的最大值；

n——评价的单项数目；

根据F值，按表2划分地下水质量级别。

表2 地下水质量级别划分表

经综合评价成果分析，岩溶水水化学类型沿补给径流区至排泄区为HS-CM→SH-CM，水质质量级别由良好向较差、极差变化，总体上补给径流区岩溶水水质比较稳定，呈良好到较好的变化趋势。排泄区总硬度、矿化度、硫酸盐、铁、氨氮、氟等呈逐渐增高趋势，并引起离子超标，评价结果见表3。

表3 晋祠泉域岩溶地下水质量评价结果表

3.2 地下水污染源

本区地下水污染源主要分原生污染和次生污染，原生污染受地质构造及水文地质条件控制，次生污染与人类活动密切相关。

3.2.1 汾河渗漏污染

汾河流经该区域时，经过两段裸露灰岩区，并发生强烈渗漏现象。

第一段是从罗家曲—镇城底，地下水位低于河水位，河床底部岩石节理较发育，对河水渗漏补给地下水形成有利条件，但汾河流经该段时，污染程度甚微，不构成对岩溶水系统污染的威胁。第二段是从河下村—小塔村，该段有古交断层通过，河床地表水水位与地下水位相差40～90 m，使汾河水强烈补给地下水，补给段长21 km。这一地段位于古交市下游，汇入古交市大量的生活污水、矿坑水及其他工业废水，是危及晋祠泉重要的污染源。该段渗入的水，一部分在玄泉寺溢出，再与地表水汇合向兰村方向流去，另一部分地下径流向晋祠泉方向运移。由于该段距离晋祠泉较远，污水渗入地下后，在长时间、远距离运移中被净化，而该岩溶水系统又有较大的环境容量，因此，短时间内在晋祠泉及其他岩溶水井中不会产生大的影响。古交汾河段地表水污染如长期得不到治理，该段污染源影响到西边山沿线，一旦作为太原西边山沿线城市、农村生产生活供水的主要供水源被污染，其后果将十分严重。

3.2.2 王封沟渗漏污染

王封沟渗漏地段是地方小煤窑和炼焦场的集中分布区，为酸性矿坑水、生活污水和炼焦场的综合污染体。该地段污水化学成分复杂，污染物种类多、迁移性强，矿坑水大量渗入地下，而距晋祠比河下—小塔渗漏段较近，且净化与稀释能力比不上河下—小塔渗漏段。因此，该段是形成污染最应注意的地段，以上均可称为远源污染。

对晋祠泉来说，在近处能造成污染的主要是风峪沟。2008年以来，风峪沟在店头以上的多处小煤矿均已停产关闭，矿坑排水大量减少，地表水环境已初步得到改善，但仍有一些国营大矿向外排放矿坑水，而且水质极差。因其特殊的地质条件和地理位置，对晋祠泉的影响和威胁较大，因此，对该沟上游煤矿矿坑排水及店头村生活污水应采取必要的治理措施。除此之外，对官地、白家庄、杜儿坪和西铭矿产生的近源污染也应给予高度关注。

3.3 地下水污染的主要特征

3.3.1 地下水类型的改变

从补给径流区到排泄区地下水类型总体上是从HS-CM向SH-CM型转变，表明地下水污染通过煤系地层、奥陶系峰峰组石膏地层的自然淋溶、侵蚀等综合因数影响的结果。

3.3.2 地下水硬度的增高

地下水硬度增高是城市化过程中过度开采地下水导致采补失调后的一种地下水污染现象，主要是由于地下水位持续下降，大气降水对地下水的补给排泄周期延长所致。另外，城市工业、生活污水和垃圾降解产生的有机污染物、酸碱盐污染及由此产生的二氧化碳、钙、镁和促进碳酸盐的溶解作用，也会促使地下水硬度增高。

3.3.3 地下水矿化度增高

地下水矿化度的高低，除与水文地质条件有关外，还与污染状况有密切的关系，也是反映地下水污染的一种主要特征。

3.3.4 硫酸根离子含量的增高

硫酸根离子变化幅度较大，补给径流区岩溶水硫酸盐含量由84.1 mg/L增至176 mg/L，排泄区岩溶水硫酸盐含量在325～534 mg/L之间。

总之，岩溶地下水从补给区到排泄区，沿着地下水运移方向，水溶液中多项水化学离子含量不同程度地增高，充分说明地下水水质的变化主要受上覆煤系地层和奥陶系峰峰组地层入渗水量的影响，同时与人类活动的影响息息相关。地下水污染人为因素首先是泉域地下水资源无节制的开采，工业、生活污水的任意排放，煤矿开采过程中大规模破坏水环境，煤矸石长期露天堆放以及炼焦污染和煤炭运输，都会对地下水质产生严重影响。其次是地下水超采造成原生水环境、水流场改变，使地下水循环深度加深，循环周期延长，补给、径流、排泄条件不畅，地下水环境逐步恶化。

4 结语

水质监测结果表明，泉域水环境质量整体较为稳定，经综合评价成果分析，岩溶水水化学类型沿补给径流区至排泄区总体上呈HS-CM向SH-CM变化，局部区域水质异常，总硬度、硫酸盐等呈逐渐增高趋势，泉域水资源实现根本好转。