“十三五”期间淮北市孔隙水环境变化特性研究

2021-11-10陈晶，华中，王鹏

地下水 2021年5期

陈晶，华中，王鹏

(淮安市淮河水利建设工程有限公司，江苏淮安 223400)

地下水是重要的水资源，是城市发展所需水资源的重要组成部分[1-2]。做好地下水水环境监测工作是十分必要的。可为水资源开发利用规划提供基础资料[3-5]。淮北市是一座工业、经济较发达的城市，孔隙水分布面积大，通过实际监测成果分析“十三五”期间孔隙水的变化情况。

淮北市位于安徽省北部，南北长150 km，东西宽50 km，总面积2 741 km2。根据区域地下水含水介质特征及埋藏条件，可划分为四类含水岩组，即松散岩类孔隙水含水岩组，碳酸盐岩类裂隙含水岩组，碎屑岩类裂隙含水岩组和岩浆岩类裂隙含水岩组。其中松散岩类孔隙水含水岩组根据与大气降水和地表水的交替条件以及埋藏条件划分为浅层(50 m以上)和中深层(50 m以下)两个含水岩组。

1 孔隙水水环境变化

1.1 监测点情况

2006年淮北市范围内共有地下水监测孔(点)41个,其中国家级监测孔(点)4个，地表水1个。淮北站于2006年8月重建之前，由于监测孔堵死及地方土地占用等原因，H032、205、财校3个监测孔(点)停测，到2006年底，在淮北站的努力和监测科的支持下，停测的监测孔恢复了监测，堵孔修复成功，2006年底正常运行的监测孔(点)41个。

2007年5月，位于淮北市人民医院院内的P37孔由于工程施工停测，工程完工后，仍无法恢复观测，周边也无可替代井孔，所以目前淮北市范围内共有地下水监测孔(点)40个，其中国家级监测孔(点)4个，地表水1个。

1.2 孔隙水水位变化

1.2.1 区域孔隙水水位

(1)浅层孔隙水

该水文地质单元共4个监测孔。从五年水位变化来看，总体呈下降趋势，受降雨影响明显，在丰水期水位上涨明显，枯水期水位快速下降，水位五年历时曲线呈下降趋势。但水位仍略高于上个五年。

年平均水位埋深1.28～3.10 m，标高23.15～27.66 m；最高水位埋深-0.20～2.18 m，标高24.07～29.20 m；最低水位埋深2.28～3.75 m，标高22.68～26.84 m。五年变幅平均值1.79 m。本五年内，地下水位从2016年到2017年为上升趋势，2018-2019年为下降趋势，2020年水位再次回升，五年最高水位多出现在2017年的8-10月份。整个十年来看，水位2011-2012年快速下降，之后水位呈回升趋势直至2017年。大气降水是浅层孔隙水的主要补给方式，开采及对深层孔隙水的越流补给是浅层水的主要排泄方式。浅层水的开采主要为农村饮用水及农业灌溉用水，年际变化不大，所以影响浅层水的主要为大气降水。

与上个五年相比年平均水位平均上升0.25 m，最高水位平均下降0.01 m，最低水位平均上升0.73 m，年变幅平均减少0.75 m。年平均水位、最低水位较上个五年总体上升，年变幅减少；综合该含水层整体层面水位高于上个五年。

图1 2011-2020区域浅层孔隙水水位变化曲线图

(2)深层孔隙水

该水文地质单元共2个监测孔。该含水层水位五年总体呈下降趋势，受降雨影响也很明显，相比而言，深层水水位下降或者上升规律与浅层水相似，但略滞后于浅层水，符合水位变化规律。与上个五年相比水位略下降(见图2)。

图2 2011-2020区域深层孔隙水水位变化曲线图

年平均水位埋深1.42～4.68 m，标高21.39～26.18 m；最高水位埋深0.69～4.12 m，标高21.95～27.21 m；最低水位埋深2.30～5.20 m，标高20.87～25.30 m。本五年内年平均水位变化与区域浅层水变化基本一致。整个十年来看，2012年由于降雨量的减少，浅层孔隙水的越流补给也相应减少，导致深层水水位下降，2013年水位回升，2014年水位再次下降，2015年水位上升直至2017年。

与上个五年相比年平均水位平均下降0.17 m，最高水位平均下降0.21 m，最低水位基本持平，年变幅平均减少0.22 m。年平均水位、最高水位较上个五年总体下降，年变幅减少；综合该含水层整体层面水位较上个五年略有下降。

1.2.2 淮北供水水源地地下水水位

(1)浅层孔隙水

该水文地质单元共4个监测孔。

该区与区域浅层水变化规律基本相同，每年的丰水期水位显著上升，枯水期明显下降，在五年水位历时曲线上表现出波峰和波谷。水位仍略高于上个五年(见图3)。

图3 2001-2010淮北供水水源浅层孔隙水水位变化曲线图

年平均水位埋深1.81～3.40 m，标高28.70～30.76 m；最高水位埋深0.08～3.15 m，标高29.63～32.70 m；最低水位埋深2.49～6.93 m，标高24.71～29.58 m。本五年内，2018年前水位缓慢回升，19、20年水位下降。十年来看，13年到17年水位逐渐上升，19、20年水位逐渐下降。

与上个五年相比年平均水位平均上升0.79 m，最高水位平均上升0.39 m，最低水位平均上升1.01 m，年变幅平均减少0.61 m。年平均水位、最高水位、最低水位较上个五年总体上升，年变幅减少；综合该含水层整体层面水位高于上个五年。

(2)深层孔隙水

该水文地质单元共6个监测孔。

该区与浅层孔隙水变化规律基本相同，水位受降雨量影响明显，水位随降雨量的变化而起伏，略滞后于降雨量的变化，本五年呈下降趋势。水位略高于上个五年(见图4)。

图4 2011-2020淮北供水水源深层孔隙水水位变化曲线图

年平均水位埋深1.65～11.80 m，标高21.91～31.24 m；最高水位埋深0.27～8.84 m，标高23.41～32.54 m；最低水位埋深2.67～13.49 m，标高20.65～30.05 m；五年变幅平均值2.79 m。本五年内，只有2016、2017年水位呈上升趋势，其余各年均呈下降趋势。整个十年来看，2012年水位呈下降趋势，2013年开始上升直至2017年。深层水的主要补给来自于浅层水的越流补给，深层水水位上升或者下降取决于浅层水的水位变化及开采的变化。

与上个五年相比年平均水位平均上升3.33 m，最高水位平均上升1.63 m，最低水位平均上升3.94 m，年变幅平均减少2.55 m。年平均水位、最高水位、最低水位较上个五年总体上升，年变幅减少；综合该含水层整体层面水位高于上个五年。

1.2.3 二电厂水源地地下水水位

(1)浅层孔隙水

该水文地质单元共2个监测孔。该区水位受降雨量影响明显，水位随降雨量的变化而起伏，五年总体呈下降趋势。但水位仍略高于上个五年(见图5)。

图5 2011-2020二电厂浅层孔隙水水位变化曲线图

年平均水位埋深4.08～10.13 m，标高23.03～29.06 m；最高水位埋深0.75～7.69 m，标高25.85～33.38 m；最低水位埋深7.23～13.75 m，标高20.38～25.30 m；五年变幅平均值：6.68 m。本五年内，2016、2017年水位上升，其余各年呈下降趋势，浅层水水位主要受降雨量影响，19、20年降雨量偏少，导致浅层水水位下降。整个十年来看，12、15年水位呈下降趋势，13、14年水位呈上升趋势。

与上个五年相比年平均水位平均上升3.47 m，最高水位平均上升0.79 m，最低水位平均上升5.13 m，年变幅平均减少4.21 m。年平均水位、最高水位、最低水位较上个五年总体上升，年变幅减少；综合该含水层整体层面水位高于上个五年。

1.3 孔隙水水质

淮北饮用水主要为地下水，地下水水质及污染情况的监测尤为重要。为更好的监测地下水水质变化，我站于枯水期开展采样工作，2016年采样18组，2017年及以后有所调整，为14组，其中：区域浅层孔隙水3组、深层水1组；淮北供水水源地浅层孔隙水1组、深层水2组、裂隙岩溶水5组；二电厂水源地裂隙岩溶水2组。2019年新增细菌样14组和放射性样7组，细菌学指标包括总大肠菌群数和细菌总数，放射性指标包括总α放射性和总β放射性。2020年细菌和放射性样均为14组。

依据《地下水质量标准(GB/T1484-9)》对样本结果进行了单项组分评价和综合评价。在综合评价时采用了按照规范所定19项指标和去除Fe、Mn、F后的16项指标两种结果相对照的评价方法。

1.3.1 区域孔隙水水质

(1)浅层孔隙水

本含水层样本3组，分别为1822-A、1422、1618。2016年浅层孔隙水基本稳定，2017年基本稳定，2018年趋稳趋好，2019年基本稳定，2020年基本稳定。五年总体评价趋稳趋好。

浅层孔隙水化学类型一般以HCO3--Ca2+型为主，溶解性总固体969.00～1 952 mg/L，总硬度164.15～868.97 mg/L，pH7.40～8.99。主要超标组分为溶解性总固体、总硬度、SO42-、F-等。综合评价为极差水到较差水。

含量下降的组分有1618孔COD、1422孔SO42-，下降幅度较大为1822-A孔Fe从2007年5.00(Ⅴ类水)下降到2020年1.24(Ⅳ类水)。

含量上升的组分有1822-A孔总硬度，上升幅度较大为1822-A孔SO42-从2017年139.29(Ⅱ类水)上升到2020年280.97(Ⅲ类水)。

菌落总数超标率为100%，总大肠菌群超标33.3%。放射性样本数3组，总α放射性超标率为66.7%。

(2)深层孔隙水

本含水层样本1组，为1822-B孔。2006年浅层孔隙水基本稳定，2017年基本稳定，2008年基本稳定，2019年基本稳定，2010年基本稳定。五年总体评价基本稳定。

深层孔隙水化学类型一般以HCO3-·SO42--Na+·Mg2+型为主，溶解性总固体1 138.92～1 466.99 mg/L，总硬度184.67～383.34 mg/L，pH7.97～8.65。主要超标组分为溶解性总固体、SO42-、Mn等。综合评价为较差水。

含量下降的组分有：COD、Cl-；

含量上升的组分有：SO42-、总硬度。

本五年无变化较大组分，水质保持基本稳定。

菌落总数超标率为100%，总大肠菌群未检出。放射性样本数1组，无超标。

1.3.2 淮北供水水源地

(1)浅层孔隙水

本含水层样本1组，为Ss1孔。2016年浅层孔隙水基本稳定，2017年基本稳定，2018年趋好，2019年趋差，2020年趋好。五年总体评价趋稳趋好。

浅层孔隙水化学类型一般以HCO3--Ca2+型为主，溶解性总固体788.05～1 143.89 mg/L，总硬度278.75～600.54 mg/L，pH7.24～8.12。主要超标组分为溶解性总固体、总硬度等。综合评价为较差水到良好水。

含量变化较大的组分有：溶解性总固体从2017年的1 143.89(Ⅳ类水)下降到18年841.13(Ⅲ类水)再上升到19年1 135.75(Ⅳ类水)再下降到20年788.05(Ⅲ类水)；总硬度从2007年的597.04(Ⅴ类水)下降到18年397.86(Ⅲ类水)再上升到19年600.54(Ⅴ类水)再下降到20年278.75(Ⅱ类水)。

溶解性总固体及总硬度的变化导致了18、19、20年的水质起伏变化。

菌落总数超标率为100%，总大肠菌群未检出。放射性样本数1组，总α放射性超标率为100%。

(2)深层孔隙水

本含水层样本2组，为H162-1、HQ51。2016年浅层孔隙水基本稳定，2017年基本稳定，2018年基本稳定，2019年基本稳定，2020年基本稳定。五年总体评价基本稳定。

深层孔隙水化学类型一般以HCO3-·SO42--Na+·Mg2+型为主，溶解性总固体1 963.62～890.98 mg/L，总硬度457.41～222.20 mg/L，pH7.71～8.56。主要超标组分为溶解性总固体、SO42-、Fe等。综合评价为较差水。

含量下降的组分有：COD、Cl-、溶解性总固体、总硬度；

含量上升的组分有：NO3-、pH。

含量变化较大的组分有：H162-1溶解性总固体从2017年的1 165.37(Ⅳ类水)下降到18年890.98(Ⅲ类水)再上升到19年1023.64(Ⅳ类水)再下降到20年957.60(Ⅲ类水)。

菌落总数超标率为100%，总大肠菌群超标率为100%。放射性样本数2组，总α放射性超标率为100%。

1.4 地下水水温

监测区近年水温无明显变化，浅层孔隙水水温在15℃～20℃之间，年平均16℃。深层孔隙水水温在16℃～19℃之间，年平均17℃。水温常年稳定，基本不受气温变化影响。与近年相比基本稳定。

1.5 地下水降落漏斗动态

淮北市建市之初，城市规模较小，一些大型厂矿企业还未建立，因此开采量甚微，1976年市区总开采量只有4×104m3/d。由于城市规模的扩大，工业迅速发展，开采量随之增加，1984年开采量达15×104m3/d。用水大户淮北市一电厂1984年扩建后开采量由4.0×104m3/d上升至1986年的11.00×104m3/d，高峰期的8、9月份达13.00×104m3/d。

开采量的增大直接导致了地下水水位的变化，1970年前后，地下水水位基本维持在自然状态，地下水流向自北向南，三堤口以南地区裂隙岩溶水为自流区。上世纪70年代中后期开采量开始增加，地下水水位呈明显逐年下降趋势，至1986在淮北市初步形成由一电厂、主城区、高岳、三堤口为中心的各自独立又相互联通的降落漏斗。

随着城市化的进程，至1996年市区地下水开采量达28.932×104m3/d，使得地下水水位快速下降，降落漏斗迅速扩展，形成以一电厂(电3井)为中心的区域性降落漏斗。

经分析研究，自1996年以来，漏斗中心处水位呈逐年上升趋势，以一电厂开采井电3和淮北市自来水公司开采井P86处地下水位为例，前者水位埋深由1996年的40.32 m上升到2018年的14.3 m，上升幅度达26.02 m；后者由1996年的25.37 m上升到2018年的15.16 m，上升幅度达10.21 m。对漏斗中心点位移趋势分析可见，漏斗中心已由一电厂向南偏移，自2016年以来，淮北市裂隙岩溶水降落漏斗基本以淮北市自来水公司财校井为中心。2018年漏斗中心处(财校井)年平均水位标高14.82 m，比1996年漏斗中心(电3井)的-6.96 m升高了21.78 m。至2019年地下水降落漏斗中心已向南偏移，形成了以P86孔为中心的降落漏斗，开采量的减少是引起水位年际变化的重要因素。漏斗区面积为280 km2。

2 地下水变化原因分析

从本五年及上五年来看，地下水环境有如下几个变化：地下水水质有所改善、地下水降落漏斗南移、地下水水位稍有回升。

综合比较2016至2020年区域浅层孔隙水、深层孔隙水水质基本稳定；淮北供水水源地裂隙岩溶水水质略变好；二电厂水源地裂隙岩溶水水质略变好。

地下水降落漏斗由1986年以一电厂、主城区、高岳、三堤口为中心的各自独立又相互联通的降落漏斗，至1996年以一电厂(电3井)为中心的区域性降落漏斗，2016-2019年，以淮北市自来水公司财校井为中心地下水降落漏斗已向南偏移以自来水公司P86孔为中心。自2025年来淮北发电厂逐渐关闭高耗水的小发电机组，开采量逐年减少，导致原以电厂为中心的降落漏斗中心水位回升，进而使漏斗中心南移至财校，2019年为枯水年，降雨量只有682 mm，导致地下水补给不足，加上开开采影响，降落漏斗以自来水公司P86孔为中心。

地下水水位从2012年至2020年总体上升。

开采量和降雨量的变化是导致地下水环境变化的主要原因。在大气降水补给、地质构造条件相同的情况下，水位的上升和下降的决定性因素取决于开采量的变化。开采量的减少导致水位回升，水质变好。