抚顺市新宾镇地下水水化学特征

2019-03-07吕东霖刘宝华艾福开张化南何海波

水科学与工程技术 2019年1期

吕东霖，马瑞，刘宝华，艾福开，张化南，何海波

（辽宁省第十地质大队，辽宁抚顺113007）

新宾镇作为新宾县的中心镇，其位置位于大伙房水库上游的苏子河沿岸，是大伙房水库重要的补给来源，其地下水水质的好坏直接影响着沈抚地区用水安全。本文结合由中国地质调查局沈阳地质调查中心实施的《浑河上游水源涵养区1∶10万环境地质调查》项目，根据实际采集地上水样品的测试成果，阐述新宾镇地下水化学特征，主要水化学成分及其分布状况，主要水化学成分之间的相互关系，对保护地下水环境有着重要意义。

1 研究区概况

辽宁省新宾满族自治县新宾镇位于辽宁省东部，隶属新宾县管辖。新宾县境内构成了以龙岗山脉为地体骨架的中山、低山、丘陵、切割谷地、断陷盆地等地貌形态类型，镶嵌为地貌复合区。总的地势倾斜为东高西低，由东、北、南向中间倾斜，向西缓渐次降低。属暖温带大陆性季风气候，年平均气温5.7 ℃，1月平均气温-14.7 ℃，最热7月平均气温22.6 ℃；新宾满族自治县水系发育，苏子河是新宾县境内最大河流。

苏子河是浑河流域内较大支流，流域内植被覆盖率60%以上［1］。

2 水文地质特征

区内出露地层为太古代变质上壳岩石棚子岩组普遍含辉石、角闪石的斜长角闪岩、变粒岩夹浅粒岩、磁铁石英岩；侏罗系上统小东沟组紫色砂岩、页岩偶夹凝灰岩透镜体；白垩系小岭组流纹岩、安山岩、玄武岩、角砾岩及凝灰岩；梨树沟组凝灰岩夹凝灰质砂岩，页岩及含砾砂岩；聂耳库组页岩、粉砂岩夹凝灰质砂岩、煤层；第四系更新统冰水堆积物，砂、砂砾石、黑色泥炭、亚砂土。出露侵入岩有新宾片麻岩单位云英闪长质、奥长花岗质、二长花岗质片麻岩；网户片麻岩单位灰色英云闪长质片麻岩、白色花岗闪长质片麻岩组成；平岭后片麻岩单位暗灰色石英闪长质片麻岩。

根据区内地下水赋存条件、水力性质、含水介质及含水空间特征等，可将区内地下水划分为：松散岩类孔隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙层间水及基岩裂隙水等。

3 地下水化学成分特征

本次共采集地下水样31件，采样点位主要布置在农村机井及泉水点，如图1。

图1 研究区采样点

样点布设与研究区水系分布及人类生活影响程度有关，水样测试指标包括Na+，K+，Ca+，Mg+，Cl-，总硬度，pH，COD，溶解性总固体，Mn，TFe如表1。

表1 研究区离子含量特征

变异系数（CV）能够反映数据的相对离散程度，通常认为CV≤0.1为弱变异性，0.1＜CV＜1为中等变异性，CV≥1为强变异性［2］。从原始数据来看Mn，，变异系数超过1，尤其Mn，变异系数超过3，表明上述元素在空间上变化强烈。其余元素在0.1～1之间，说明这些元素在空间上分布比较稳定。的变异系数1.036，仅达到强分异的范围，但检出样品最低值0.12，最高值0.199，相差1658倍，说明元素可能受外界影响，出现单点元素富集的情况，Mn共有16个样品未检出，检出样品最低值0.01，最高值0.816，相差80余倍，说明虽然Mn在区内有低背景，但局部地段会形成高含量区，仍会影响着地下水水质。

4 水化学类型

图2中以阳离子和阴离子每毫克当量百分数表示，直观反映出该区水化学特征［3］。根据地下水化学的测试数据将测试结果投绘到piper三线图上，图解分析可知研究区地下水大部分位于1，3，5区，其余则位于4，9区内。对于阳离子，碱土金属浓度Ca2+，Mg2+均超过碱金属浓度Na+，K+，主导离子是Ca2+，总毫克当量百分比超过60%。对于阴离子，弱酸根离子浓度均超过强酸根离子（Cl-+），主导阴离子是总毫克当量百分比超过50%。

图2 研究区地下水piper图

5 地下水质量情况

5.1 评价方法与结果

依据我国地下水水质状况和人体健康风险，参照生活饮用水和工业、农业等用水水质要求，依据各组分含量高低（pH值除外），分为5类［4］。

Ⅰ类：地下水化学组分含量低，适用于各种用途。

Ⅱ类：地下水化学组分含量较低，适用于各种用途。

Ⅲ类：地下水化学组分含量中等，以生活饮用水卫生标准为依据主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。

Ⅳ类：地下水化学组分含量较高，以农业和工业用水质量要求以及一定水平的人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水。

Ⅴ类：地下水化学组分含量高，不宜作生活饮用水，其他用水可根据使用目的选用。

按上述评价方法，评价结果为：Ⅰ类水0组、Ⅱ类水4组、Ⅲ类水17组、Ⅳ类水8组、Ⅴ类水2组。其中Ⅳ类超标元素为，TFe，Mn，Al，Ⅴ类水最高类别指标以超标为主。

新宾县地区水质主要以Ⅲ类水及Ⅳ类水为主，占81%，如图3。具体分布情况如下：Ⅱ类水质点主要分布在离人类活动频繁区域有一定距离、村庄边缘且地势较高的地区，如小荒沟—砬咀一带；类水质点分布较广，Ⅲ主要分布于村庄人口较多、地势较低、离河流较近及大面积农田等地区；Ⅳ、Ⅴ类水质点主要分布于矿山下游，人类居住地周围。

图3 地下水水质分类

5.2 水质超标情况

通过计算Ⅳ类、Ⅴ类地下水的超标率及贡献率，直观分析出区域主要超标组分如图4。

图4 元素超标情况

地下水超标率如式（1）：

地下水超标组分贡献率如式（2）：

新宾镇Ⅳ、Ⅴ类地下水的超标组分有：硝酸盐、铝、铁、锰，以硝酸盐超标为主。其中硝酸盐超标点位6个，铁4个，锰2个，铝1个。硝酸盐超标水点分布相对零散，超标原因主要由于农村生活污水随意排放、人畜粪便随意排放、化肥的过度使用等形成。铁锰超标点集中在黄旗后堡—佟家村一带，超标原因主要是由于区内铁锰背景值偏高。Mn最高只出现在7号点，该取样点上游为铁矿选厂及黏土矿厂，影响该点地下水质量。

6 水化学成因［5］

本次选取Na，K，Ca，Mg，CL-，总硬度，pH值，COD，溶解性总固体，TFe14个指标作为相关分析和因子分析的初始变量，通过对原始数据的数理统计分析将大量的变量综合为少数几个因子，从而再现原始变量因子之间的相关关系如表2，以便于清晰地认识地下水化学组分的主要影响因子，揭露水化学成因［6］。

表2 研究区水化学成分相关系数

研究区化学成分选取特征值大于1的因子为主因子，荷载值大于0.6作为荷载变量进行分析，如表3。

表3 特征值大于旋转因子载荷矩阵

由表3可看出主因子数4个，累积方差贡献率80.661%，说明这4 个因子反映了水化学组分的80.661%的信息。第一主因子F1主要由Na，Ca，Mg，，总硬度，溶解性固体组成，Ca，Mg在地下水中的行为受水溶CO2的影响非常大，钠、钾一般来源于硅酸盐地层及易溶盐类地层；CL-来源于岩盐的溶解，总硬度本身就与Ca，Mg含量有关，相关性可达0.964和0.805，溶解性固体的计算也与Ca，Mg，Na等离子数量有关，研究区内岩性以花岗类岩类、花岗片麻岩类及碎屑岩类为主，而云母类、长石类矿物地下水作用时本身就容易产生Ca，Mg，Na等金属阳离子，因此认为F1因子主要反映了岩石溶解作用对地下水的影响；F2因子主要以K、耗氧量为主，这两种离子来源主要是区内农业生产使用磷钾肥料引起的，耗氧量与水中有机物和微生物有关，表明F2因子与农业活动关系密切；F3因子由TFe与组成，但是从相关关系来看两者并没有很好的相关性，怀疑与部分地区TFe的背景值或者氧化还原环境改变有关；F4因子为pH值，区内pH值在6.5～8.5之间，比较稳定，受其他离子影响较小，故F4因子主要为区内酸碱度。