和静县平原区地下水质量评价与影响因素分析

王小艳，曾妍妍，刘凤娇

(1.巴音郭楞职业技术学院，新疆 库尔勒 841000；2.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

和静县地处天山中段南麓，隶属巴音郭楞蒙古自治州，是连接南北疆的交通要道，地理坐标东经86.39°，北纬42.32°。该区是以灌溉农业为基础的地区，近年来，随着工农业步伐的加快，水资源开发利用中的问题在该区日益凸显[1-2]。对地下水进行质量评价是反映区域水质状况的重要途径。2015年，赵江涛等对焉耆盆地平原区地下水进行了质量评价和污染成因探讨，结果表明焉耆盆地地下水整体质量较好，但部分地区呈现已受污迹象[3]。2016年，张瀚等提出规模化节水驱动下和静县灌区地下水系统演化研究，表明研究区地下水位下降较为严重，河道渗漏、渠系渗漏、田间入渗是该区地下水主要补给方式[4]。2018年，孙英等对环博斯腾湖地区地下水有机污染现状进行了分析评价，发现焉耆盆地北部和孔雀河流域局部地区地下水呈现有机污染物迹象[5-6]。目前，科学、全面评价和静县地下水水质的报到较少。本文采用单因子评价法和内罗梅污染指数法评价研究区地下水水质和污染现状，进而分析水质劣化的影响因素，为和静县地下水污染防治提供理论参考依据。

1 材料与研究方法

1.1 研究区概况

和静县位于焉耆盆地西北部，是典型山间盆地，受新构造差异性断块活动影响，其西北部山区断块强烈隆升，山区占地面积92.6%，平均海拔1 100 m，自西向东地形逐渐平缓，东部系开都河和黄水沟冲洪积平原，和静县工农业和人口集中在这一带。该区属典型中温带干旱荒漠气侯，降水稀少，年平均降水量62.6 mm；蒸发强烈，年平均蒸发量2 302 mm；夏季炎热，冬季寒冷少雪，年平均气温8.6℃，平均水气压6.5 hPa，年相对湿度52%[7]。该区地表水储量丰富，有著名的开都河、黄水沟、清水河等诸多河流，年净流量约57.76×108m3。研究区地层岩性为第四纪松散堆积地层，从山前冲洪积平原到细土平原，岩性从单一卵砾石层逐渐过渡为含砾中粗砂、中砂、中细砂、粉细砂夹粉土的多层结构含水岩组。该区地下水补给方式主要有河道渗漏、渠系渗漏、田间入渗[8]，排泄方式主要有侧向径流、蒸发蒸腾、人工开采等[9]。

1.2 水样的采集

按照《区域地下水污染调查评价规范(DZ/T0288-2015)》统一技术要求，重点考虑农业、工业、人口等污染源密集区域，合理布设采样点，具体采样点位置见图1。水样严格按照《地下水环境监测技术规范(HJ/T164-2004)》进行采集、保存和运送。采样时间为2017年6月，共采集水样38组(其中潜水8组，浅层承压水21组，深层承压水9组)。

图1 和静县平原区地下水采样点分布图

1.3 水样的检测

水样的检测依据《地下水质量标准(GB/T14848-2017)》。主要测试项目有pH、溶解性总体(TDS)、总硬度(以CaCO3计)(TH)、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH4+)、NO2-、NO3-、F-、I-、偏硅酸、Cu、Pb、Zn、Fe、Mn、Cr6+、Cd、Hg、As、Se等指标。其中K+和Na+使用火焰原子吸收分光光度法测定，Ca2+和 Mg2+用乙二胺四乙酸二钠滴定法，Cl-用硝酸银容量法，SO42-用硫酸钡比浊法，HCO3-用盐酸滴定法，pH用玻璃电极法测定。

1.4 评价方法

采用Excel进行统计性分析，筛选出检出率较高且有超标迹象的10项指标：pH、溶解性总体(TDS)、总硬度(TH)、K++Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-作为评价指标。绘制Piper三线图，分析研究区地下水化学类型及其空间变化规律。

采用单因子评价法，对38个采样点水样进行质量评价。该法采用一票否决制，依据《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》，当有一项指标超过相应功能限值时，表示该水体已不能满足该功能需求，地下水质量按单项指标结果的最高级别确定[10-11]。

采用内梅罗污染指数法对水样进行污染综合评价。该法计算步骤：首先用单指标的检测值计算单因子污染指数Ii；然后代入公式(2)计算综合污染指数Pi；最后将计算结果与表1中的限值进行比较，确定污染等级[12]。计算公式如下：

(1)

(2)

表1 多项指标的综合污染指数Pi分级标准

2 评价结果

2.1 地下水化学类型

表2是和静县38组地下水测试指标的数理统计结果。表明，潜水中阳离子含量：Ca2+>Mg2+>K++Na+；阴离子含量：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空间变化差异较大，变异系数分别为1.11、1.09；TDS平均值为298.70 mg/L，TH平均值为498.81 mg/L，水质偏硬水；pH变化范围7.50～8.13，属中性偏弱碱性水。浅层承压水中阳离子：Mg2+>Ca2+>K++Na+；阴离子：HCO3->SO42->Cl-；Mg2+、K++Na+、Cl-、SO42-空间变化差异大，变异系数分别为3.00、1.82、1.78、1.61；TDS平均值306.3 mg/L，TH平均值695.8 mg/L，水质为极硬水；pH范围7.50～8.30，属中性偏弱碱性水。深层承压水中阳离子：Ca2+>K++Na+>Mg2+；阴离子：HCO3->SO42->Cl-；SO42-、Cl-空间变化差异较大，变异系数分别为1.07、1.04；TDS平均值244.3 mg/L，TH平均值464.7 mg/L，水质为硬水；pH范围7.50～8.60，属中性偏弱碱性水。

图2 和静县平原区潜水、浅层承压水、深层承压水Piper三线图

图2是根据研究区地下水离子当量百分比绘制的Piper三线图。由图可知，研究区潜水水化学类型为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，浅层承压水为HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深层承压水为HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。水样在阳离子三角区的落点表明，研究区地下水中Ca2+、Mg2+含量较多；水样在阴离子三角区的落点表明，该区地下水中HCO3-、SO42-含量偏多，属碳酸盐、硫酸盐富集区。从山前洪积平原到细土平原，阳离子逐渐由Ca2+→Mg2+→Na+递变，阴离子逐渐由HCO3-→SO42-→Cl-递变，水化学类型逐渐由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型过渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型，这可能与人类活动排放相关。

表2 和静县地下水各评价指标数理统计值

2.2 地下水质量评价

从和静县地下水质量评价结果统计表3可知，和静县地下水整体质量较好，局部地区存在水质超标。潜水以Ⅱ类水为主，8个潜水水样中Ⅰ∽Ⅲ类水占总数的75%，Ⅳ类和Ⅴ类分别占12.5%和12.5%.Ⅲ类水以人体健康为依据，适用于集中式生活饮用及工农业用水。以Ⅲ类水为基准，潜水超标率为25%. 浅层承压水以Ⅱ类、Ⅲ类水为主，21个浅层承压水水样中Ⅰ～Ⅲ类水占比80.94%，Ⅳ类和Ⅴ类分别占4.76%和14.29%，超标率为19.05%. 深层承压水以Ⅲ类水为主，9个深层承压水水样中Ⅰ～Ⅲ类水占总数的66.67%，Ⅳ类和Ⅴ类分别占11.11%和22.22%，超标率为33.33%.

从空间分布来看，从山前平原到细土平原，含水层结构由单一结构潜水逐渐过渡到到多层承压水，水质逐渐由Ⅱ类过渡到Ⅲ类。从单个指标的超标率可知，TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化学超标是引起研究区地下水质量下降的主要因素。

表3 和静县地下水质量评价结果统计

2.3 地下水污染评价

和静县地下水污染评价结果统计见表4可以看出，研究区8个潜水采样点中有6个属未受污染状态，有2个属轻微污染，污染率达25%，这两个受污点分别位于21团5连饮水井和21团2连2号饮水井(表5)。21个浅层承压水采样点中未受污染的有18个，中度污染的有2个，严重污染的有1个，中度污染和严重污染的比例分别为9.52%和4.76%，总体污染情况较潜水严重，浅层承压水的三个污染点分别位于22团4连滴灌2号井、22团7连3号井和223团园六连4号抗旱井(表5)，单项超标因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-。

9个深层承压水采样点中未受污染的有7个，轻微污染的有2个，污染率为22.22%，污染情况较浅层承压水有所好转，深层承压水的两个污染点分别位于协比乃尔布呼乡乡政府和223团水厂(表5)，单项超标因子有TDS、TH、Mg2+、SO42-。

从空间分布来看，和静县平原区地下水受污染程度依次为：浅层承压水>潜水>深层承压水，这与该区地层岩性、地下水超采、工农业排放等因素直接相关。

2.4 地下水污染影响因素分析

研究区地下水局部已受污染，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，这与该区气候因素、地层岩性等关系密切。根据水化学类型递变规律可知，从山前平原到细土平原，Ca2+、HCO3-含量逐渐降低，Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量增加，这与人类活动密切相关。

2.4.1 气候因素的影响

和静县属中温带干旱荒漠气侯，年降水稀少，蒸发强烈。干旱直接导致地表水和风化围岩中的化学成分在水体中浓缩，致使Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-等离子含量增加，TDS和TH含量升高，这些成分通过垂直入渗进入地下水含水层，这是该区地下水TDS、TH、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-超标的重要因素[8]。

2.4.2 地层岩性的影响

研究区地下水受污较重的是浅层承压水，这在很大程度上受该区包气带岩性和含水层特性影响。从山前到细土平原，地层岩性由单一结构砂土过渡到粉土、粉砂互夹的多层结构[4]。在砂土为主的区域，岩层渗透能力好，污染物易通过径流渗入地下水；在粉土或粉砂互夹区域，岩层透水性变差，污染物一旦进入不易发生迁移，尤其在浅层承压水区段更易聚集[9]。

表4 和静县地下水污染评价结果统计表

表5 和静县地下水受污点位的综合污染指数及污染评价结果统计

2.4.3 地下水超采的影响

近年来，随着高效节水的大规模推广，和静县地下水开采量逐年陡增。2005年累积成井数为191眼，到2015年递增到900多眼[4]。由于开采速度过快，导致部分机井缺乏有效管理，部分机井防渗措施做的不到位。地下水超采和机井渗漏引起的垂直入渗污染是研究区承压水受污的重要原因。

2.4.4 工农业生产和生活排放的影响

随着和静县城镇化水平逐年提高，工农业生产和城市人口陡增，产生了大量的工业废水、生活污水和生活垃圾。工业废水虽绝大部分经过处理，水中仍含有少量Cl-、SO42-、NH4+、NO3-、NO2-等有毒成分；生活污水处理规模有限，水中仍含有大量Na+、Ca2+、Cl-、SO42-等成分，这些排放到水中都会对地下水造成影响[12]。工业废弃物和生活垃圾几乎都采用传统方式焚烧或填埋，垃圾腐蚀产生的Na+、Cl-、NO3-等污染物通过垂直下渗流入地下水。农药化肥的大量使用，使土壤中滞留过量的Cl-、NO3-、NO2-等将造成水质恶化。

3 结语

(1)和静县平原区潜水化学类型主要为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型，浅层承压水为HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+·Na+型，深层承压水为HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。从山前平原到细土平原，阳离子逐渐由Ca2+→Mg2+→Na+递变，阴离子由HCO3-→SO42-→Cl-递变，水化学类型逐渐由HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型过渡到HCO3-·SO42-·Cl--Ca2+·Na+·Mg2+型。

(2)研究区地下水整体质量较好，潜水以Ⅱ类水为主，浅层承压水以Ⅱ类、Ⅲ类水为主，深层承压水以Ⅲ类水为主，潜水、浅层承压水、深层承压水质量超标率分别为25%、19.05%和33.33%从潜水到承压水，水质略有降低。TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等化学超标是影响水质劣化的主要因素。

(3)研究区地下水局部已受污染。从空间分布来看，受污染程度依次为：浅层承压水>潜水>深层承压水。从单项指标的污染指数来看，主要污染因子有TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，这与质量评价结果基本一致。

(4)影响研究区地下水污染的主要因素有气候因素、地层岩性、地下水超采、工农业生产和生活排放。