淮北平原浅层地下水质量与改水方向

李 岩，魏娇娇

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230000)

安徽省淮北平原地处安徽省北部、黄淮海平原南缘，第四系与新近系松散岩类发育，大部分地带赋存有水量较丰富的松散岩类孔隙地下水(以下简称地下水)。但由于城市集中与农村分散式普遍长期大量开采中层、深层地下水，已造成大范围地面沉降。压采中层、深层地下水，改换为地表水或其他安全水源是当务之急。在淮北平原浅层地下水资源尚具有较大开采潜力的背景下(表1)[1-3]，适当开采浅层地下水是一个易于实现的改水途径，已知有宿州市砀山县、亳州城市在2000年之后，陆续开采浅层地下水作为城市集中供水的一部分[4]。但淮北平原浅层地下水存在水质区域性与局部差异变化较大，部分地带污染防护性能差等问题。利用淮北平原浅层地下水2020年枯水期水质监测数据，适当摒除易于进行水处理的铁锰离子，及暂不考虑氟离子与碘离子的原生地质环境背景问题，进行水样点水质量对生活利用的适宜性评价，划分出淮北平原浅层地下水质量分区并进行生活利用的适宜性分析；图解分析与样本组显著性判别确定适宜的开采井止水深度，为淮北平原推广浅层地下水改水工程提供方向及技术依据。

1 浅层地下水质量评价

淮北平原浅层孔隙水溶解性总固体基本小于1.5 g/L，水化学类型以HCO3-Ca(Mg、Na)型水为主，局部为HCO3·Cl- Ca(Mg、Na)、Cl- Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4- Ca(Mg、Na)型仅零星可见，这也说明整个淮北平原浅层孔隙水与大气降水联系密切。

根据《地下水水质标准》(GB/14848-2017)对淮北平原2020年04月枯水期147个浅层地下水监测样品进行水质评价[5]，包括非常规微量元素指标在内，2020年枯水期淮北平原区浅层地下水40项组份综合评价结果：2.00%为Ⅲ类水、79.33%为Ⅳ类水、18.67%为Ⅴ类水。去除Fe、Mn、F-、I-后36项组份综合评价结果：45.6%为Ⅲ类水及以优、54%为Ⅳ类水及以劣(见图1)。

图1 淮北平原浅层孔隙水枯水期(2020.04)单指标质量等级占比图

目前已知铁(Fe)、锰(Mn)属较易于处理的无机物，水厂利用加酸、曝气等水处理工艺成熟可行；氟(F)离子在淮北平原浅中深层地下水中都有一定程度超标(一般为1.0～2.0mg/L属轻度)，水处理成本高，属于区域性长期供水难题，可暂时考虑仍可利用氟离子含量不超过Ⅳ级(<2.0 mg/L)作为生活供水水源；碘(I-)离子过量摄入可能引起甲亢等疾病，但可以减少碘盐的摄入量进行调节。仍旧参照《地下水水质标准》(GB/14848-2017)，并增加非常规指标共40项，按照以下过程进行单指标水质量生活饮用适用性评价(图2)，将所有单指标都达到本次要求的样品评价为适宜进行改水的浅层地下水质类，否则视为不适宜类。

评价结果：淮北平原约有46%的浅层地下水经适当水处理后可以作为生活供水水源。

图2 地下水单指标质量等级与改水适宜性判别流程图

2 浅层地下水质量分区与生活供水适宜性

由图3可见，淮北平原浅层适于生活供水水质点在不同地区差别较大，可划分为水质量较好区(Ⅰ)、水质量中等区(Ⅱ)、水质量较差区(Ⅲ)。

表2 淮北平原浅层地下水质量分区统计表

图3 淮北平原浅层地下水监测点水质量分布散点图(2020.04)

3 浅层地下水质量分区改水方向建议

3.1 东部浅层地下水质量较好区(Ⅰ)

蒙城县-宿州市埇桥区以东大部分地区，面积8 112 km2，约占淮北平原总面积的21.1%，处于丘陵前缘或沿淮地带为主，浅层地下水交替条件相对较好，水量中等-丰富，部分区域较贫乏。适于生活饮用水质点占该区总检测样品数92.0%。在该区以乡镇为单元，在现有农饮井附近基本可勘查获得可供生活饮用的浅层地下水源，是较理想的浅层地下水改水区域。

3.2 地下水质量中等区(Ⅱ)

包括淮北平原西南部及局部北部淮北-肖县段，总面积20 696 km2，约占淮北平原总面积的53.7%，是淮北平原最大的地下水质量分区。

3.2.1 西南部地下水质量中等区(Ⅱ1)

包括阜阳市全域和淮南市淮河以北部分，亳州市域南部及蚌埠市怀远县的一部分，面积20 668.9 km2，约占淮北平原总面积的53.7%。北部处于黄泛沉积区边缘，向南处于近淮河大别山水系沉积物区域，一般松散岩层巨厚沉积且砂层累积厚度较大，地下水交替条件相对较好，水量中等-丰富。适于生活饮用水质点占该区总检测样品数62.8%。在该区以乡镇为单元，在现有农饮井附近应大部分可勘查获得可供生活饮用的浅层地下水源，是可以进行浅层地下水改水区域。

3.2.2 北部淮北-肖县地下水质量中等区(Ⅱ2)

包括淮北市北部和肖县大部分区域，面积2 678 km2。主要处于北部丘陵区外围至边缘地带，是向南部浅层地下水的补给迳流区域，局部与岩溶地下水连通，地下水交替条件相对较好，但松散岩层砂层发育一般较薄，水量一般中等，部分贫乏。适于生活饮用水质点占该区总检测样品数60.0%。在该区以乡镇为单元，在现有农饮井附近应大部分可勘查获得可供生活饮用的浅层地下水源，在水量有保证的前提下，是可以进行浅层地下水改水区域。

3.3 地下水质量较差区(Ⅲ1-3)

包括中北部偏南地带(Ⅲ1)、西北端砀山地带(Ⅲ2)、东北端泗县地带(Ⅲ3)三个亚区，面积和7 062.5 km2，约占淮北平原总面积的18.3%。

这些分区属黄泛区或松散岩层较薄的丘陵山前地带，黄泛区地下水原生水化学环境偏于碱性且常见高溶解性总固体、高氟、硫酸盐超标等多类指标不符合生活饮用水标准；丘陵山前松散层薄，富水性一般贫乏，地下水交替条件差，浅层地下水防护性能差，水质总体亦偏差。该区基本不适宜进行浅层地下水改水，但可以在局部浅层地下水量较丰富，水质相对较好地带，进行改供水水源地水文地质勘查，实现部分浅层改水目标。

图4

4 浅层地下水止水深度分析

淮北平原浅层地下水含水层具有多层结构，按含水层埋深与水动力特征可划分为浅层潜水与浅层弱承压水，含水层岩性均以粉细砂为主。上部浅层潜水含水层底板埋深一般小于20 m，受大气降水补给与蒸发垂向交替强烈；下部浅层弱承压含水层底板埋深一般30～50 m，一般与上部含水层有5～10 m粘性土隔水层，可减弱与浅层地下水的水力联系，并具有一定的地下水污染防护能力。以面积最大的西南部水质量中等区(Ⅱ1)样品为对象，应用图解法及样本显著性判别，对比部潜水与下部弱承压水质量，以选择适宜的止水深度。

该区采取测试浅层地下水样共78组，为大样本群，并均属专门性地下水动态长期监测孔取样，受开采及人类活动影响较小，水质检测由甲级资质单位完成，数据质量可信度高。样本含水层顶板埋深2.19～35.48 m，按观测含水层顶板埋深5m间距(20.0～35.48为一组)对样本进行分组统计，结果见表3。

取分组样品平均顶板埋深与适宜水质样本数进行图解分析，结合表3可以较清晰看出，水位埋深约大于20 m时，均为水质量适宜。

初步观察分析样本水质量存在取水层顶板埋深20 m以浅与以深分组的明显差别，但20 m以深水质样本数偏少，应进行样本组数据差异显著性判别如下：

(1)

计算结果t=2.18，按95%置信限，查表得界限值为1.66(表4)，因此，确定取水层顶板埋深20 m以深水质量适宜程度显著高于20 m以浅。

表3 Ⅱ1区浅层地下水质量分类与观测含水层顶板埋深分组统计表

表4 Ⅱ1区浅层地下水质量不同深度适宜性独立t检验计算表

5 结语

(1)从淮北平原2020年枯水期浅层地下水质数据，分析计算获得水质量适宜分区与适宜性具有显著取水含水层深度差异。初步认为淮北平原有31 459.6 km2约60.6%面积适宜作为生活饮用水源。这些地区尤其以阜阳与亳州市域中及深层地下水开采量大，可以成为这些市域中及深层地下水井的压采替换水源的一部分。

(2)在改水水源地选取方向上，由于浅层地下水井涌水量一般偏小，以及存在过量开采会与农业争水问题，因此浅层地下水改水以分散的中小型水源地较为适宜。利用各市已有散在的乡镇农村安全饮水工程水源地，就近进行浅层地下水改水勘查工作，经评价论证水质与水量有保证后，可实施对乡镇村农饮水厂浅层地下水改水井工程。具有深度浅，成井费用低，水源易于得到大气降水补给，水交替条件好，水资源可再生等优势。

(3)浅层地下水开采井宜采用大口径，按上述计算结果止水深度一般不得小于20 m，建议止水深度为25 m。

(4)严格按照水源地环境防护规范，建立保护区，定期对地下水质进行检测，保证供水安全。