郑州市郑东新区浅层地下水水质评价分析

2016-06-27王晓飞

地下水 2016年3期

关键词：水质评价

王晓飞

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州 450003)

郑州市郑东新区浅层地下水水质评价分析

王晓飞

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州 450003)

[摘要]郑东新区是河南省郑州市规划建设中的一个城市新区，随着区内经济高速发展，对水资源的需求逐年增长。开展对郑东新区及其周边区域浅层地下水调查取样，进行全分析测试，依据有关规范，确定测试指标共24项，分别采用生活饮用水、工业用水、农田灌溉用水水质标准和地下水质量标准等进行分析评价。评价结果表明：由于原生地质环境及人类活动影响，评价区内的浅层地下水无色、无味、透明，属重碳酸、弱碱性、低矿化度淡水，但存在铁、锰和总硬度超标的问题，浅层地下水水质总体较差，应加强郑东新区地下水资源的管理与保护工作，严格限制污染物排放，保证地下水水质安全。

[关键词]郑东新区；浅层地下水；水质评价

1概述

郑东新区是河南省郑州市规划建设中的一个城市新区，规划范围西起中州大道，东至万三公路，北起黄河南岸，南至陇海铁路，同时对连霍高速以北、中州大道以东区域实施规划管理，规划控制面积达370 km2。郑东新区的开发建设作为河南省加快城市化进程的示范区，经过十年的发展，区内总人口103万，财政收入规模位居河南省各县(市)区前列。区域内的地下水开采主要以浅层和中层地下水开采为主，用作城区居民生活生产、渔业养殖水和灌溉等。而浅层地下水是当地居民生活饮用水的主要水源，随着近年来城市化进程加快，郑东新区对对水资源的需求逐年增长，造成了安全抽取地下水和人类用水需求之间的矛盾日益加剧，因此保护地下水以防污染就显得非常重要。

2009～2011年，根据调查工作需要，对郑州市郑东新区及其周边区域浅层地下水调查取样59组，进行全分析测试，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，确定测试指标共24项，分别采用生活饮用水、工业用水、农田灌溉用水水质标准和地下水质量标准等对区域浅层地下水水质进行了全面评价。评价区域的范围北到黄河，南到郑州南三环—中牟县七里岗村，西起中州大道，东到狼城岗镇马庄村，面积约1 300 km2。

2浅层地下水含水层地质特征

评价区内的浅层含水层主要由全新统(Q4)和上更新统(Q3)黄河冲积的以粗砂为主，粗细相间的砂层夹粉土组成。垂向上表现为下粗上细的多个沉积韵律，平面上自冲积扇轴部向下游和两翼，含水层由粗变细，由厚变薄。可细分为浅层潜水和浅层微承压水。

2.1浅层潜水

浅层潜水在评价区内均有分布。含水砂层底板埋深一般9.5～13.0 m，岩性以全新统粉细砂、细砂为主，多含淤泥质，厚度3～10 m，底板多由粉土组成，部分地段无砂层，全为粉土，含水微弱。水位埋深一般1～3 m，高于下层微承压水0.5 m左右。该层一般无单独开采，但降水入渗通过该层越流补给下层微承压水。

2.2浅层微承压水

浅层微承压水含水层顶板埋深8～25 m，底板埋深28～75 m。含水层为上更新统中砂、细砂、中粗砂、含砾粗砂等，大于0.1 mm的砂粒含量占87.8%～97.3%，其中以0.1～1 mm占绝对优势。凌庄滩地、石桥等地颗粒较粗，含水层局部大于2 mm的砾石含量达7.8%～15.8%。在含水层厚度较大的北部及东部一般夹有1～2层粉土，其中一层分布较稳定，其顶层埋深33～42 m，厚度一般2～5 m，该层使上、下含水层分开，造成两者之间有0.3～1 m的静水位差。部分地段粉土层缺失，上下段含水砂层相接，二者之间形成统一水位。该层含水砂层厚度一般30～50 m，自北而南变薄，西南部的皋村——关虎屯一带只有3～15 m。而中部的杨桥、关帝庙等地含水砂层厚度达50～55 m。评价区东北部的东漳—狼城岗一带，含水层厚度达到57 m左右，岩性以粗砂、细砂为主。该含水砂层分选好、透水性强，具有很强的富水性。

3浅层地下水化学类型及特征分析

郑东新区范围内浅层地下水以接受黄河侧渗补给、大气降水入渗和农业灌溉回渗补给为主。浅层地下水化学成分受地下水的补给条件、运动规律控制及人为因素的影响。根据水质分析成果，评价区内51组浅层地下水阳离子以Na+、Ca2+、Mg2+为主，阴离子以HCO32-、SO42-、Cl-为主。矿化度为401.75～2 139.49 mg/L，平均886.90 mg/L；pH值为7.10～7.90，平均7.38。总硬度205.0～1 147.5 mg/L，平均419.45 mg/L。根据化学成份含量，采用舒卡列夫分类法，将评价区内的浅层地下水划分为6种类型：

(1)HCO3-Ca型。约占项目区面积的二分之一多，大致以黄岗庙—万滩镇—大孟镇—后王村为界，分布于此条线的西部和南部。pH值：7.20～7.65，矿化度：401.75～1 124.45 mg/L，总硬度：205.0～651.5 mg/L。

(2)HCO3-Ca·Na·Mg型。主要分布在黄岗庙—万滩镇—大孟镇—后王村北大部分地区，此地区属黄河大堤以南的沿河地带，由于地下水水力坡度大，黄河水与地下水交替循环快，地下水化学特征与黄河水水化学特征较为相近，pH值：7.20～7.90，矿化度：566.86～1 209.84 mg/L，总硬度：242.0～614.0 mg/L。

(3)HCO3-Na·Ca·Mg型。在重点调查区的西部和东南部零星分布，pH值：7.30～7.80，矿化度：858.95～1 008.17 mg/L，总硬度：291.5～403.0 mg/L。

(4)HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型。在芦医庙北部零星分布，pH值：7.30，矿化度：1 100.16 mg/L，总硬度：353.5～521.0 mg/L。

(5)HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型。分布在重点调查区的南部瓦坡村，pH值：7.70，矿化度：833.17 mg/L，总硬度：335.0 mg/L。

(6)HCO3·Cl-Mg·Na·Ca型。主要分布在太平庄、白沙镇、邱堂村和后王村。pH值：7.10～7.30，矿化度：1 234.56～2 139.49 mg/L，总硬度：416.0～1 147.0 mg/L。

4浅层地下水水质评价方法及结果

4.1生活饮用水水质评价

依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，并结合地下水质特点，确定评价因子24项，对地下水水质进行评价。评价结果表明，区内浅层地下水多为无色、无味、透明，属弱碱性淡水。51组样品中有37组存在超标因子，主要超标因子中一般化学指标为总硬度、锰、铁；常规毒理超标为砷、汞；另外个别水样的色度、浑浊度、氟化物等超标。针对主要超标指标概述如下：

4.1.1总硬度

所取的51组水样中，17组水样总硬度超标，在整个调查区均有分布，超标倍数0.03～1.55倍，总硬度超标与区域内地下水的赋存环境密切相关。

4.1.2铁、锰

所取的51组水样中，25组水样铁、锰超标，在整个调查区均有分布。其中铁、锰均超标的5组，仅锰超标的19组，仅铁超标的1组。超标倍数铁0.03～1.53倍，锰0.40～10.3倍。铁、锰超标在沿黄地区地下水是一种普遍的现象，沿黄地区的沉积地层中富含粘土矿物、铁、锰的水合氧化物，地层中的铁、锰等元素可能经过淋滤作用转移到地下水中。

4.1.3砷、汞

所取的51组水样中，11组水样砷、汞超标，主要分布在靠近黄河的地段，在外围仅有1组超标，位于白沙镇东北部。其中砷、汞均超标的1组，仅砷超标的8组，仅汞超标的2组。超标倍数砷0.2～1.0倍，汞0.9～1.1倍。据相关研究文献《郑州市北郊水源地高砷地下水的分布与形成机理初步研究》，区内砷的最终来源为黄河水，砷在地下水迁移过程中受到粘土层和粉质粘土层强烈的吸附作用是导致区内部分地区砷含量较高的主要原因。

区内浅层地下水必须经过对超标因子有效处理后，方可作为生活饮用水。

4.2工业用水水质评价

在各类型的工业用水当中，以锅炉用水较多，对锅炉用水进行水质评价是工业用水水质评价中的重要方面。水在工作状态的锅炉中处于高温高压环境，改变了天然状态，水中化学成分发生着不同的化学作用，如成垢作用、起泡作用、腐蚀作用等，影响锅炉的正常使用。对锅炉水的评价主要依据《工业锅炉水质》(GB/T 15776-2008)和一般锅炉用水水质评价标准对工业锅炉用水进行水质评价。

4.2.1依据《工业锅炉水质》(GB/T 15776-2008)进行评价

1)单纯采用锅内加药处理的自然循环蒸汽锅炉与汽水两用锅炉水质评价。

《工业锅炉水质》(GB/T 15776-2008)中，单纯采用锅内加药处理的自然循环蒸汽锅炉与汽水两用锅炉给水水质标准值为浊度/FTU≤20.0，硬度(mmol/L)≤4.0，pH值(25℃)=7.0～10.0。评价区范围内浅层地下水水样分析结果是浊度为1～18，硬度为2.05～11.47 mmol/L，pH值为7.10～7.90。将水质分析结果与《工业锅炉水质》(GB/T15776-2008)中单纯采用锅内加药处理的自然循环蒸汽锅炉与汽水两用锅炉给水水质标准值相对比，浅层地下水硬度普遍偏大，不符合给水水质要求，需要经过有效处理后，方可使用。

2)单纯采用锅内加药处理的热水锅炉水质评价。

《工业锅炉水质》(GB/T15776-2008)中，单纯采用锅内加药处理的热水锅炉给水水质标准值为浊度/FTU≤20.0，硬度(mmol/L)≤6.0，pH值(25℃)=7.0～11.0。将水质分析结果与《工业锅炉水质》(GB/T15776-2008)中单纯采用锅内加药处理的热水锅炉给水水质标准值相对比，评价区北部地区地下水水质符合给水水质要求，南部地区地下水硬度偏大，不符合给水水质要求，需要经过有效处理后，方可使用。

4.2.2一般锅炉用水水质评价

一般锅炉用水水质评价是传统的锅炉水质评价，郑东新区浅层地下水水质评价按锅炉用水的四个主要指标(锅垢总量、硬垢系数、气泡系数及腐蚀系数)进行评价，结果显示，区内浅层地下水主要为锅垢较多，软沉淀物水，半起泡，非腐蚀性水。

4.3农田灌溉用水水质评价

依据《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)，对评价区内浅层地下水进行评价，结果表明：除部分水样点Cl-、Hg超标外，其余水样项目均符合农田灌溉用水水质标准。为综合评价农灌地下水水质，采用前苏联的灌溉系数法和我国河南省水文地质队豫东组提出的碱度、盐度、矿化度法进行评价。评价结果表明：区内浅层地下水用于农田灌溉多为完全适用、适用的好水，仅在后王(S043)的浅层水为不太适用的水。

4.4地下水质量评价

依据《地下水环境质量分类标准》(GB/14848-93)进行综合评价，标准见表1。评价组份23项，首先进行单项组分评价分类，并按照表2计取单项组分评价分值Fi，然后按下式计算总分值F。