南襄盆地浅层地下水质量影响因子解析

田夏+费宇红+李亚松+崔向向+张学庆+敦宇

摘要：在现场调查和地下水样品检测分析的基础上，采用单指标评价和综合评价相结合的方法对南襄盆地浅层地下水质量进行评价：Ⅱ至Ⅲ类占2627%，Ⅳ类占4322%，Ⅴ类占3051%；南襄盆地地下水质量受地质营力作用的原生指标和人类活动的次生指标共同影响，人类生活生产、采油采矿活动是影响该地区地下水质量的主要因素。通过“单指标超Ⅲ类水贡献率”和“人类活动影响度”的计算，来识别影响地下水质量的主要因素。单指标超Ⅲ类水贡献率最大的为硝酸盐，达5632%，其次为总硬度、铁、锰等指标。南襄盆地浅层地下水人类活动影响度为5487%，主要影响指标为“三氮”。

关键词：地下水；质量评价；人类活动影响度；贡献率；南襄盆地

中图分类号：P6416文献标识码：A文章编号：

16721683（2017）06013205

Abstract：This study is based on the field investigation and analysis of groundwater samplesIt used singleindex evaluation and comprehensive evaluation methods to evaluate the groundwater quality of the NanyangXiangyang basin：The ⅡⅢ type shallow groundwater accounted for 2627% in the NanyangXiangyang basin；the Ⅳ type shallow groundwater accounted for 4322%，and the Ⅴ type shallow groundwater accounted for 3051%The primary indices affected by geological forces and the secondary indices affected by human activities jointly influenced the groundwater quality of NanyangXiangyang basinHuman living and production，oil extraction，and mining activities were the main factors affecting the quality of groundwater in the areaIn this study，the main factors influencing the quality of groundwater were identified through the calculation of ″single index′s contribution rate to ⅥⅤ type groundwater" and "human activities influence degree"The single index with the largest contribution rate to ⅥⅤ type groundwater was nitrate，which contributed 5632%It was followed by total hardness，iron，and manganeseThe human activities influence degree to the shallow groundwater in NanyangXiangyang basin was 5487%，and the main impact index was the "three nitrogens"

Key words：groundwater；quality evaluation；human activities influence degree；contribution rate；NanyangXiangyang basin

地下水质量评价是根据地下水中的主要物质成份和给定的水质标准限值，对水化学资料和水质时空分布状况进行分析，评价出区域地下水体的质量状况。在《地下水质量标准》（GBT 14848-93）中，将地下水质量划分为五类[1]。其中Ⅰ、Ⅱ类地下水化学组分含量较低，适用于各种用途，Ⅲ类水以生活饮用水标准为限值，适用于集中供水水源及工农业用水，Ⅳ、Ⅴ类水已超出生活饮用水标准，不宜直接饮用。第15卷 总第93期·南水北调与水利科技·2017年12月

田夏等·南襄盆地浅层地下水质量影响因子解析

国内外专家、学者提出了多种水质评价的方法和模型，如单因子指数法、综合指数法、灰色聚类法、模糊综合评价法、人工神经网络评价法等，有学者对这些评价方法做了综合对比，并进行了改进应用[26]。这些评价方法多集中于数学手段的改善，没有注重评价结果的物理意义，并主要以无机指标作为地下水质量的评价指标，较少考虑地下水的痕量重金属与有机指标，而这些指标在部分地区已对地下水水质造成影响[710]，并对人体健康带来了一定的危害[1113]。此外，地下水质量评价的结果是众多指标共同作用的体现，如在地下水质量评价中选用“三氮”、毒性重金属和有机指标时，其结果则会反映人类活动影响的地下水质量。

本研究依托于國土资源大调查项目，以南襄盆地为研究区，开展地下水质量调查。调查发现区内地表水系发育，农业生产是主要的人类活动，采矿和采油工程零星分布。地下水埋深较浅，几米至十余米，是生活和经济活动的重要供水水源，其地下水质量的好坏将直接影响区内经济发展和居民的日常生活。本研究采用更为科学的评价方法对该区浅层地下水质量做出评价，分析地下水质量影响指标，为南襄盆地地下水资源的可持续开发利用与管理提供科学依据。endprint

1南襄盆地概况

南襄盆地位于河南省西南部和湖北省的西北部，包括南阳市和襄阳市。南襄盆地由湍河、白河、唐河和汉江冲积形成，地貌类型为岗地和平原；东西长约177 km，南北宽约134 km，面积17 120 km2；属北亚热带季风气候区，多年平均气温151 ℃，多年平均降水量6781～9678 mm；属于长江流域，该区水系发育，地表水与地下水联系密切[14]。

南襄盆地地下水主要赋存于第四系松散孔隙层中[15]，第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）、中更新统（Q2）含水层以细砂、中砂及粉砂为主，储存浅层水，为浅层含水组；第四系下更新统（Q1）含水层以砂砾石、泥质砂砾石为主，储存中深层水，为中深层含水组。降水入渗、渠系渗漏及河水侧渗为该区的主要补给来源；排泄方式有径流、蒸发、开采等，其中开采排泄主要有工矿企业生产、农业灌溉、居民生活饮用等。

随着城市规模扩大和人口数量的快速增加，该区地下水已受到不同程度影响，自上世纪70年代起，南阳市部分地区由于超采地下水便开始出现地下水降落漏斗[16]，前人于20世纪90年代、2005年、2013年分别对南阳市或南阳盆地进行了地下水质量及污染评价，结果表明在人口、工业密集的地区，地表水及浅层地下水污染较重，水质较差，影响该区地下水质量的主要指标为总硬度、溶解性总固体与硝酸盐等[1721]。

2取样测试与评价方法

21样品采集与测试

2014年6月-9月在南襄盆地进行地下水质量及污染调查，按照《地下水污染调查评价规范》的采样要求，山区和丘陵区按05～1组100 km2取样，平原地区按3～4组100 km2取样[22]，利用现有供水井为采样井，共采集浅层地下水样品118组（图1）。样品测试项目包括现场理化性质检测指标、无机检测指标和有机检测指标三类，共计85项。由具有国家CMA计量认证的国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心和河南省地质环境监测院实验测试中心进行分析检测。有机指标主要采用气相色谱质谱法（GCMS）进行测定，依据标准为EPA8270、EPA8260；无机测试指标主要采用ICP电感耦合等离子体光谱法、比色法、分光光度法、原子荧光法、容量法、滴定法等分析方法进行测定，依据标准为DZT 0064-1993。

22地下水质量评价

为了使地下水质量评价结果具有物理意义，应用单指标评价与综合评价相结合的方法，具体如下：单指标评价是依据《地下水质量标准》（GBT1484893）中各参评指标级别限值，对地下水样品各测试指标进行质量分级，指标限值相同而地下水质量类别不同时，按照从优不从劣的原则进行评定[1]。综合评价是在单指标评价结果的基础上，以单指标评价结果的最高类别确定为该组样品地下水质量分级，并指出最高类别的评价指标[23]。评价指标包含一般化学指标12项，无机毒理指标5项，毒性重金属指标5项，挥发性有机指标21项，半挥发性有机指标5项，共计48项。

评价结果显示：Ⅱ至Ⅲ类地下水点占总取样点的2627%，Ⅳ类地下水占4322%，Ⅴ类占3051%（图2）。南襄盆地浅层地下水无Ⅰ类水，Ⅱ至Ⅲ类地下水主要分布在盆地北部、西北部及中部河谷地带，属于白河、湍河、唐河的一、二级阶地，水系发育，支流众多；含水层厚度较大，地下水与河水存在较强的水力联系和季节性的互补关系，地下水径流条件较好，人类活动产生的污染指标易于降解，故水质较好。

Ⅳ、Ⅴ类地下水主要分布在南襄盆地西、西南部和东部。盆地西南部的山前岗地、丘陵区域地下水富水性差，单井涌水量小于10 m3d；地下水埋藏较浅，普遍在05～5 m之间；水动力条件弱，人类活动产生的污染指标易透过包气带进入含水层，影响地下水质量。人类工业活动的影响区主要位于南襄盆地东部的唐河县、泌阳县，在该区形成了地下水超Ⅲ类水富集区，该区域是南阳油田与安棚碱矿的主要采矿区，在采矿生产过程中由于操作不规范或油管线老化及各种事故致使原油、采油废水、废液、添加剂等污染物洒落至地表，随降雨入渗进入包气带或地表径流至地表河水，在入渗作用及河水与地下水交替互补的作用下，污染物进入含水层，进而对该区地下水质量造成影响。安棚碱矿深部采矿过程中，由于长期高压注水溶采破坏了地层结构，导致矿溶水与不同层位的含水层发生水力联系，矿溶液沿导水通道上升污染该区浅层地下水。在该区的地下水样品中，总硬度、溶解性总固体、硝酸盐、铁、铝、锰超标率较高，有机测试指标1，2二氯苯检出率较高，但未超标。个别采样点总硬度与溶解性总固体达到了2 2905 mgL、3 57120 mgL，分别是地下水Ⅲ类水限值的509倍和357倍；硫酸盐与氯化物也高达1 79488 mgL、47787 mgL，分别是地下水Ⅲ类水限值的718倍和191倍。

3結果与讨论

按上述方法评价出的地下水质量，不能反映出影响地下水质量的具体指标，进而不能得出地下水质量的毒性程度及具体的化学物质的来源。因此本研究通过“单指标超Ⅲ类水贡献率”和“人类活动影响度”的计算，来识别影响地下水质量的主要因素。“人类活动影响度”是在难以科学合理获取背景值的条件下初步判定人类活动影响的方法，可用于各种地区和不同时间段，能够量化地下水质量受人类活动影响的程度，该方法能更明确地指导管理者识别地下水环境问题。

31单指标贡献率

“单指标超Ⅲ类水贡献率（C单）”定义为某指标超Ⅲ类水个数（N单）与总超Ⅲ类水个数（N总）之比计算，公式如下：

C单=[SX（]N单[]N总×100%（1）

单指标超Ⅲ类水贡献率最大的指标为硝酸盐，达5632%，其次为总硬度、铁、锰、亚硝酸盐、溶解性总固体，分别为4368%、3908%、2874%、2414%、1954%。氯化物、硫酸盐、碘化物、钠、铅、氟化物、铵氮的贡献率在2%～12%之间，有机污染指标对超Ⅲ类水无贡献（图3）。硝酸盐、亚硝酸盐对南襄盆地浅层超Ⅲ类地下水的贡献率较高，而地下水中“三氮”是人类活动影响的重要标志，说明本区浅层地下水受人类活动影响已较为明显；铁、锰指标主要受天然地质背景控制，与该地区的原生水文地质条件有关，受人类活动影响较小；总硬度、溶解性总固体、氯化物等指标受天然地质背景控制和人类活动影响的共同作用，对该区地下水质量造成一定影响。endprint

32人类活动影响度

为进一步剖析地下水质量中人类活动的后果，本研究引入了“人类活动影响度”的评价理念，思路如下：地下水质量评价中的“三氮”（硝酸盐、亚硝酸盐、铵氮）、重金属（镉、六价铬、铅、汞）和有机指标主要是由人类农业、生活和工业活动而产生，这些指标毒性强、危害大，本研究将这三类划定为受人活动影响的次生指标，以此计算人类活动对该区浅层地下水质量造成的影响。其他一般化学指标（pH值、铁、锰、铜、锌、钠、硫酸盐）和无机毒理指标（碘化物、氟化物、硒）多是由地质背景控制，受人类活动影响较小，将其定为地质背景原生指标。并据此定义人类活动影响度（I人类）为：次生指标超Ⅲ类水个数与总指标超Ⅲ类水个数之比，公式为：

I人类=[SX（]N次生[]N原+N次生×100%（2）

式中：I人类为人类活动影响度；

N次生为次生指标超Ⅲ类水个数；N原为原生指标超Ⅲ类水个数。

浅层地下水超Ⅲ类水原生指标个数为51个，次生指标个数为62个，主要影响指标为“三氮”，人类活动影响度为5487%。由此可以看出，南襄盆地浅层地下水质量受地质营力作用产生的原生指标和人类活动影响的次生指标的共同作用。

4结论

（1）地下水质量评价结果显示，南襄盆地浅层地下水质量受地质营力作用产生的原生指标和人类活动影响的次生指标的共同作用。人类生活生产、采油采矿活动是影响该地区地下水质量的主要因素。

（2）南襄盆地Ⅱ至Ⅲ类浅层地下水占2627%，Ⅳ类地下水4322%，Ⅴ类地下水3051%；Ⅱ～Ⅲ类地下水主要分布在河谷地带，Ⅳ、Ⅴ类地下水多在岗地、丘陵地带及工矿业集聚区。

（3）南襄盆地单指标超Ⅲ类水贡献率最大的为硝酸盐，达5632%，其次为总硬度、铁、锰等指标；浅层地下水人类活动影响度为5487%，主要影响指标为“三氮”。

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