河道补水对地下水的影响范围分析

2022-12-24吴广平孙洪升袁鸿鹄晋凤明

水利技术监督 2022年12期

关键词：粉细砂需氧量补水

汪琪，吴广平，孙洪升，袁鸿鹄，晋凤明

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

在河道治理工程中，干涸河道的治理也是生态文明的重要内容。历史上，由于北方长期干旱，城市供水主要依赖于地下水，大量开采地下水致使含水层逐渐疏干，上游来水减少致使河道断流，生态退化，河床裸露。

近年来，随着生态文明建设开展，部分地区实施河道生态恢复试验[1-2]，向干涸河道进行生态补水，一是依靠河水自发入渗回补地下水，涵养含水层，二是形成地表水流，促进河道两岸生态的恢复。

本文研究河道补水后对地下水的影响范围，这将有利于摸清补水对河岸带地下水的涵养程度，有利于评价河岸带生态植被的恢复范围[3-4]，有利于分析对河岸带水质环境的影响[5-6]。

本次以某河道治理工程为依托，选取一段河道开展河道补水对地下水的影响范围研究。一方面通过近河岸和远河岸地下水水质对比推测河道补水对地下水的影响范围，另一方面通过生态补水前后地下水水位变动推测河道补水对地下水的影响范围。希望能对河道治理中生态环境恢复工作有所帮助，亦或者能给从事相关研究的学者一些参考也是非常值得的。

1 项目概况

2018年以来，北京市启动了多次干涸河道生态补水工作[7-9]，本次选取河道补水中的一段粉细砂场地作为研究区，位置位于永定河京九铁路至崔指挥营，如图1所示。目的是通过水化学分析和地下水水位监测进行自发入渗的研究。

本次共采集地表水样2组(取样编号DB1和DB2)，地下水样4组(取样监测井编号GB2、GB3、GA8、GA4-1)，进行水质全分析，如图1所示。

图1 取水样点位图

2 水文地质

研究区地层岩性主要为粉细砂，河道内粉细砂普遍含粘性土薄层或黏土球，粘砂比约20～30%。研究区15m深度范围内赋存一层地下水，地下水类型为潜水，根据勘探钻孔水位，水位约10～23m不等，水位埋深约2～17m不等，平均水位埋深约10m，河道整体上依然处于疏干状态，仅局部河床内蓄地表水，地表水与地下水连通，地表水自发入渗补给地下水，如图2所示。

图2 研究区水文地质剖面(Ⅰ-Ⅰ’)

2.1 地表水特征

以地表水Ⅲ类水质[10]为基准，去除低于检出限的指标和非超标指标，超标指标检出率如图3所示，自上游至下游，化学需氧量、五日生化需氧量、石油类和总氮超标加重，氟化物超标减轻。

图3 地表水指标检出率

化学需氧量、五日生化需氧量和石油类超标说明地表水中存在有机污染物，自上游至下游，有机污染物增多，如果持续增多，水体将可能散发臭味；总氮反映了水体的富营养化程度，总氮的来源可能与场区附近农田施用化肥有关，自上游至下游，总氮增加。但从数据看总磷较低，水体中藻类生长会受限，暂时不会出现水华现象。地表水氟化物超标，自上游至下游，氟化物减少，这与土壤中氟的背景值有关。

2.2 地下水特征

地下水超Ⅴ类标准[11]的特征因子为浑浊度、耗氧量、氨氮、总硬度、石油类，超标指标检出率如图4所示。浑浊度超标是因为场区的含水层为粉细砂，局部含砂质粉土，细颗粒容易进入井内；耗氧量和石油类高，显示出水中含有机污染物；氨氮高，对人体健康不利，对水生生物有一定的毒害作用；此外特别要注意地下水中砷，局部超出 Ⅳ类指标，砷剂农药的施用是其一种来源。

图4 地下水指标检出率

地表水与地下水比较，总硬度由于地表水和地下水检测方法不同不能进行比较。氨氮、石油类、砷在地下水中的浓度劣于地表水，氟化物、化学需氧量地表水中的浓度劣于地下水。

3 对地下水的影响

3.1 水质方面

近河岸地下水和远河岸地下水水质进行对比，从超标因子中，发现氨氮、石油类、砷、氟化物、化学需氧量在近河岸地下水中含量低于远河岸区域地下水中的含量并呈现一定的规律性。见表2、4。

以2020年5月中旬永定河生态补水高峰时[9]遥感解译的水面形态为基准，测的GB3、GB2、GA8和GA4-1与河边距离分别约为-43、-35、390、860m，负值表示监测井位于河道内，见表3。绘制了污染物砷、石油类、化学需氧量、氟化物随离河边距离的变化关系，如图5所示，从图中可以看出，这些指标随着离河边距离其变化趋势比较一致。离河近这些指标的浓度低，离河远这些指标的浓度高，整体上近河处水污染弱于远河处。结合地表水中相应的污染物分析，见表1，分析原因是由于场区表层粉细砂中普遍含黏性土块并空隙中富含氧，在河水入渗过程中黏性土块对其污染物具有吸附作用，氧气促进了微生物对污染物的分解，使的污染程度降低，随着水向河岸侧下方入渗，由于深部地层黏性土含量减少吸附作用减弱，污染物在顺地下水流方向富集，浓度高。由于污染物解吸很慢[12-13]，故分析中忽略了污染物的解吸。