2018年沈阳地区汛期与非汛期地下水水化学相关对比分析

孙婧妍

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110003)

0 引言

地下水是水资源的重要的一部分，在我国生活用水、工业用水和农业灌溉中都十分重要，是支撑维持自然生态环境可持续发展的重要因素。水在循环过程中，持续与周围环境长期作用，而形成了地下水化学成分的稳定[1-2]，对一个地区水体主要离子特征的研究，能够对该区水化学演化的控制因素进行有效分析确定，同时还对该区的水文地质化学发展历史的研究有所帮助[3]。目前对地下水水化学进行分类的方法有很多，其中阿列金分类法是应用较为广泛的方法之一。

1 沈阳市地下水水质监测井站点分布

2018年沈阳市监测的42个监测井站点分布在沈阳市8个县区(新民，法库，康平，辽中区，苏家屯区，沈北新区，浑南区，于洪区)。其中新民14个，法库3个，康平4个，辽中区8个，苏家屯区5个，沈北新区4个，浑南区1个，于洪区3个。具体分布位置见表1。

2 沈阳市地下水水质监测项目及其监测频次

监测项目有水温、pH、色度、浊度、肉眼可见物、臭和味、总碱度、重碳酸盐、碳酸盐、总硬度、钙、镁、钾、钠、矿化度、溶解性总固体、阴离子表面活性剂、硫酸盐、氯化物、铜、锌、铁、锰、挥发酚、硝酸盐氮、氟化物、高锰酸盐指数、汞、砷、氰化物、六价铬、铅、硒、镉、亚硝酸盐氮、氨氮、总大肠菌群、细菌总数等38项指标。

2018年沈阳市地下水共监测4次，分别在3月、5月、9月和11月。本论文选取非汛期期3月、5月、11月的平均值和汛期9月数据作为代表进行编写。

表1 沈阳市县区地下水监测井站点一览表

3 地下水水化学类型评价方法

采用阿列金分类法对沈阳市2018年全年42个站点的地下水进行分类。此方法的具体划分方法见表2。

表2 地下水化学阿列金分类表

第Ⅰ型离子间的比例为：[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]。

第Ⅱ型离子间的比例为：

[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]。

第Ⅲ型离子间的比例为：

按照“十三五”的预计，2020年，全国60岁以上老年人口将增加到约为2.55亿人，根据民政部数据统计，按照5%最弱老年群体入住养老机构计算，需要1.275×107张床位，对比“十二五”的6.727×106张的养老床位数，缺口约为6×106张。不考虑土地费用，仅床位建设就需要上千亿元的投资。

[HCO3-+SO42+]<[Ca2++Mg2+]或[Cl-]>[Na+]。

第Ⅳ型离子间的比例为[HCO3-]=0，即酸性水。

第Ⅰ型水的特点是[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]，即硬度小于碱度。这一型水的形成是由于较多Na+与K+的火成岩存在的地区。

第Ⅱ型水的特点是[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]，硬度大于碱度。各种沉积岩的存在与本型水的形成有关，主要是混合水。大多属于矿化度低或中等的河水。

第Ⅲ型水的特点是[HCO3-+SO42-]<[Ca2++Mg2+]或者为[Cl-]>[Na+]。这型水也是混合水。

第Ⅳ型水的特点是[HCO3-]=0，即酸性水。这一类型的水只存在于氯化物与硫酸盐类水中的Ca2+组与Mg2+组中。天然水中一般不存在(pH≤4.0)。

本分类中每一性质的水用符号表示，全符号写成下列形式：如ClⅡNa表示氯化物类钠组第二型水，CⅡMg表示碳酸盐类，镁组第二型水。

4 沈阳地区汛期和非汛期水化学类型评价对比

对2018年汛期和非汛期沈阳地区42眼地下水井的水化学类型分别进行了评价。其中四方台仅有5月份监测数据，故本次不加入评价。

4.1 沈阳地区汛期水化学类型评价

汛期水化学类型为6种(图1)，这6种类型中，主要是CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井，其中4眼CⅠCa型井，占9.8%；8眼CⅡCa型井，占19.5%；22眼CⅢCa型井，占53.7%。此外，4眼CⅢCa型井，分别为徐家窝堡、大屯、马虎山、刘二堡，占9.8%；1眼SⅡCa型，为周坨子，占2.4%；2眼SⅢCa型井，分别为三道岗子和茨榆坨，占4.9%。由此可见，2018年汛期沈阳地区地下水优势水化学类型为CⅢCa，地下水具有较高的矿化度，较大的硬度，说明沈阳地区居民在日常生活中饮用及使用地下水时应格外注意。

图1 2018年沈阳地区汛期地下水化学类型比例图

2018年沈阳地区汛期地下水阴离子中，34个重碳酸盐型井，所占比重为82.93%，4个氯化物型井，占比9.76%，3个硫酸盐型井，占比7.32%，优势阴离子为重碳酸盐，并且具有含量较少的氯化物和硫酸盐(见图2)。

图2 2018年沈阳地区汛期地下水优势阴离子所占比例图

由图3可以看出，沈阳地区汛期地下水优势阳离子为钙离子(Ca2+)，占100%，全部41个站点均为钙离子(Ca2+)型水，钠离子(Na+)和镁离子(Mg2+)均没有。

图3 2018年沈阳地区汛期地下水优势阳离子所占比例图

地下水水化学类型中是总碱度与总硬度的关系见图4。由图4可以看出，2018年沈阳地区汛期地下水类型中，以Ⅲ型水为主，共有28个，占比68.29%；而Ⅰ型水和Ⅱ型水较少，分别为4个Ⅰ型水，占比9.76%，9个Ⅱ型水，占比21.95%，故Ⅲ型水占优势，这也说明2018年沈阳地区地下水居民日常生活饮用并不适合。

图4 2018年沈阳地区汛期地下水水型所占比例图

4.2 沈阳地区非汛期水化学类型评价

非汛期水化学类型为6种(图5)，这6种类型中，以CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井为主，其中4眼CⅠCa型井，占9.8%；7眼CⅡCa型井，占17.1%；24眼CⅢCa型井，占58.5%。此外，1眼CⅢMg型井，为杨士岗子，占2.4%；2眼CⅢNa型井，分别为茨榆坨和押牛街，占4.9%；3眼CⅢCa型井，分别为前鸭鸡房、马虎山、刘二堡，占7.3%。由此可见，CⅢCa为2018年沈阳地区汛期地下水优势水化学类型，地下水具有较大硬度的特点，水质不是很好，建议当地居民谨慎选择日常饮用。

图5 2018年沈阳地区非汛期地下水化学类型比例图

2018年沈阳地区非汛期地下水阴离子中，重碳酸盐型井共有38个，所占比重为92.68%，氯化物型井共有3个，所占比重为7.32%，没有硫酸盐型井，故优势阴离子为重碳酸盐，氯化物和硫酸盐含量较少(见图6)。

图6 2018年沈阳地区非汛期地下水优势阴离子所占比例图

由图7可以看出，沈阳地区非汛期地下水优势阳离子为钙离子(Ca2+)，占92.68%，而钠离子(Na+)和镁离子(Mg2+)含量较低，分别为4.88%和2.44%。

图7 2018年沈阳地区非汛期地下水优势阳离子所占比例图

地下水水化学类型中是总碱度与总硬度的关系见图8。由图8可以发现，2018年沈阳地区汛期地下水类型中，以Ⅲ型水为主，共有30个，占比73.17%；而Ⅰ型水和Ⅱ型水较少，分别为Ⅰ型水4个，占比9.76%，Ⅱ型水7个，占比17.07%，故Ⅲ型水占优势，这也说明2018年沈阳地区地下水矿化度较高、硬度较大、水质较差，不适宜居民日常生活饮用。

图8 2018年沈阳地区非汛期地下水水型所占比例图

4.3 沈阳地区汛期与非汛期水化学类型评价对比

2018年沈阳地区汛期与非汛期优势阴离子所占比例对比见图9。重碳酸盐类水是沈阳地区地下水汛期及非汛期优势阴离子，同时还含有较少含量的氯化物和硫酸盐。此外，非汛期重碳酸盐所占比例为92.68%，氯化物所占比例为7.32%，没有硫酸盐，而汛期重碳酸盐所占比例为82.93%，氯化物为9.76%，硫酸盐为7.32%，重碳酸盐比例汛期比非汛期有所降低，硫酸盐比例明显提高，说明大气降水与硫酸盐有关，汛期降水量较大，可能有含硫煤等化石燃料的燃烧后，随降雨或降雪渗入地下水。

图9 2018年沈阳地区地下水优势阴离子对比图

由图10可以看出，沈阳地区汛期及非汛期地下水的优势阳离子均为Ca2+，汛期Ca2+所占比例为100%，非汛期占92%以上，Na+含量较低，为4.88%，Mg2+组仅有1个站点，占2.44%。优势阳离子在汛期与非汛期时相比较，种类和比重基本一致，与季节性变化关系不大，可能是因为较长的地下径流造成的。

图10 2018年沈阳地区地下水优势阳离子对比图

由图11可以看出，2018年非汛期Ⅲ型水占73.17%、Ⅱ型水占17.07%，，Ⅲ型水占优势、但其具有较差的水质特点；汛期Ⅲ型水占68.29%、Ⅱ型水占21.95%，二者Ⅰ型水均占9.76%，汛期Ⅲ型水所占比例比例较非汛期变小，汛期和非汛期各水型种类及其所占比例基本持平。

图11 2018年沈阳地区地下水水型对比图

5 结论

对比沈阳市各县区汛期和非汛期的水化学类型，可以发现CⅢCa全年都为绝对优势，非汛期占比(58.5%)较汛期(53.7%)更大；非汛期水化学类型六种CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、CⅢNa和CⅢCa，汛期水化学类型六种，CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、CⅢCa、SⅡCa和SⅢCa。

重碳酸盐类水是沈阳地区地下水汛期及非汛期优势阴离子，同时还含有较少含量的氯化物和硫酸盐。同时，非汛期重碳酸盐所占比例为92.68%，氯化物所占比例为7.32%，没有硫酸盐，而汛期重碳酸盐所占比例为82.93%，氯化物为9.76%，硫酸盐为7.32%，重碳酸盐比例汛期比非汛期有所降低，硫酸盐比例明显提高，说明大气降水与硫酸盐有关，汛期降水量较大，可能有燃料燃烧后成分溶于降水后混入地下水系统。