灌区地下水作为生活饮用水的适宜性演变规律分析

刘中培，张冬青，韩宇平，冯邵依，冷静

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450046；2.“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室，北京 100011；3.中国水利水电科学研究院，北京100038)

人民胜利渠灌区是一个大型引黄自流灌区，在建设初期主要以农业灌溉用水为主，用水模式比较单一，后期不断发展，逐渐成为城乡工业用水、生活用水、灌溉用水等多功能用水区域[1]。随着灌区用水需求的变化以及地下水开采量的增加，为保障地下水资源合理开采利用和生活饮用水的安全性，研究该灌区地下水的生活饮用水的适宜性显得尤其重要。

目前，已有国内外学者对地下水作为生活饮用水的适宜性进行了研究：PANASKAR B等(2016)在印度的Nanded Tehsil地区采用GIS空间分析和数理统计的方法，对地下水作为生活用水、灌溉用水、工业用水的适宜性进行了分析[2]；BOUDERBALA A等(2017)在阿尔及利亚北部的Low-Isse冲积平原对地下水作为生活用水和灌溉用水的适宜性进行了评估，利用水质指数(Water Quality Index,WQI)判断地下水的饮用适宜性[3]；MOHAMMED A等(2020)对印度卡纳塔克邦的Aland Taluk半干旱地区生活用水、灌溉用水的适宜性进行了评价，从各主要离子变化的角度分析了该地区地下水是否能作为生活饮用水[4]；王昭等(2009)在华北平原地下水水质测试结果的基础上评价了该地下水水质状况，对水中主要有机和无机组分在区域上的分布特征及可能来源进行了分析，给出了地下水饮用适宜性的评价意见[5]；康剑等(2015)采用单项组分和综合评价等方法对盖孜河拟选水源地地下水作为生活饮用水的适宜性进行了评价[6]；阿提卡木·阿布来提(2020)选用当前国内应用较为成熟的改进层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)方法、模糊数学方法、F值评价法和指标分类综合法4种水质综合评价方法，分析喀什地区地下水作为生活用水的适宜性[7]。这些已有研究主要是对地下水作为生活用水的适宜性进行研究，而对地下水作为生活用水适宜性演变过程的研究相对较少。因此，本文重点探讨地下水作为生活饮用水方面的适宜性演变过程，从而为灌区地下水资源的合理利用提供科学依据。

1 研究区概况

人民胜利渠灌区位于河南省新乡市境内，东经113°31′～114°25′、北纬 35°0′～35°30′，灌区横跨7县1市。灌区主要发展农业，种植小麦、棉花、玉米、水稻、油菜、花生等农作物，播种总面积达226.13万亩[8]。灌区内如新乡、小冀等城镇的工业和城市生活区比较集中，至2002年，这些区域的地下水供给量占总供给量的一半[9]。根据灌区含水层组的埋藏条件，可将研究区含水层组划分为浅层含水组、中深层含水组和深层含水组[1]；浅层含水组厚度从南到北逐渐变薄，底板埋深为40～60 m，含水介质主要是粗砂、中砂和粉细砂。灌区地下水流向和地面坡向一致，从西南流向东北方向[2]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

图1 2016年取样点位置分布图(图中“人民灌区”指“人民胜利渠灌区”)

2.2 研究方法

对地下水作为生活饮用水适宜性的空间演变特征分析时，利用ArcGIS 10.2空间分析功能显示出不同年份超标指标的空间分布，插值方法采用反距离插值法；对地下水作为生活饮用水适宜性的时间演变特征分析时，主要选取代表点分析所选取指标的年际变化规律。

3 结果与讨论

3.1 地下水水化学成分特征

表1 研究区地下水水质指标丰、枯水期的描述统计与对比

3.2 主要离子及TDS对生活饮用水适宜性影响的空间演变

选择1996年、2001年、2006年、2011年及2016年为代表年，分析在这5个代表年份，研究区的地下水作为生活饮用水的适宜性演变过程，各年份地下水指标超标个数的空间分布如图2所示。

图2 研究区各代表年地下水中超标指标个数的空间分布

由图2可知：2011年以前，该区地下水水质超标指标个数分布具有空间相似性，超标区域主要集中在灌区偏西北区域，该区地下水不适宜作为生活饮用水，除个别水样点外，研究区的西南及东部水质较好，该区地下水适宜作为生活饮用水；从1996年开始，西北部地区地下水水质超标区域开始向中部逐渐扩大，2001年、2006年、2011年该区地下水水质超标指标个数为3～4个和1～2个的区域均比1996年的明显增加，说明该区地下水水质有恶化趋势，总体呈现向越来越不适宜作为生活饮用水的方向发展；该区地下水水质超标范围明显扩大，水样中超标指标个数明显增加，说明该区地下水水质恶化趋势明显；地下水水质指标超标3～4个和1～2个的区域均呈条带状向两侧扩展，并且已扩展到研究区西南及东北边界，地下水不适宜作为生活用水的区域面积约占一半以上。

3.3 主要离子及TDS对生活饮用水适宜性影响的时间演变

在地下水水质指标超标严重的北部地区和一般超标的中东部地区分别选取G08和G16取样点(图1)为典型观测井，分析地下水作为生活饮用水适宜性的时间演变过程，地下水中7种主要离子及TDS的质量浓度年际变化分别如图3和图4所示。

图4 G16采样点水样水化学指标的年际变化过程

图3 G08采样点水样的水化学指标年际变化过程

3.4 其他指标对生活饮用水适宜性的影响

表2 2016年研究区地下水中其他指标超标点分布情况

1)研究区各取样点水样中的pH值均未出现超标现象，说明研究区地下水在酸碱度方面适于饮用。

2)2016年，除了取样点G03、G04及G15水样中的总硬度(TH)值未出现超标外，其他取样点水样中的均出现超标现象。结合图1和图2，地下水中TH值未超标的区域主要分布于研究区南部和东部，而且南部除了取样点G03、G04外，大部分取样点水样中的TH值出现了超标现象，说明研究区大部分地区地下水不适宜作为生活饮用水。

3)CODMn的质量浓度仅在G01、G11、G16及G18取样点水样中出现超标现象。

总体来看，研究区地下水作为生活饮用水的适宜性受到其他离子质量浓度的影响，在综合考虑多个指标时，研究区除G03、G04及G15取样点外，其他地区地下水不适宜作为饮用水。

4 结论

1)从1996年到2016年，研究区地下水水质超标范围明显扩大，水样中超标指标个数明显增加，地下水水质恶化趋势明显，总体呈现向越来越不适宜作为生活饮用水的方向发展，至2016年，地下水水质超标区域呈条带状向两侧扩展至西南及东北边界，地下水不适宜作为生活饮用水的区域面积约占一半以上。

3)研究区水质指标超标区域基本为多指标复合超标，而非单指标超标。