潍坊市地下水水化学特征与水质评价

2023-09-09吴新庆陈方明

山东煤炭科技 2023年8期

吴新庆张军陈方明

（西北矿业公司邵寨煤业，甘肃平凉 744400）

随着社会经济的快速发展，浅层地下水污染越来越严重，特别是在煤矿生产、石油化工原料和有毒有害材料的生产和运输区域[1-2]。以潍坊市为例，通过分析地下水常规水化学特征和特征指标分布规律，采用布朗水质指数法、多组分评价法和内梅罗污染指数法对地下水质量进行评估。

1 研究区概况

潍坊市位于山东半岛西部，区内地势南高北低，地处坳陷区向隆起区过渡的地带，广泛发育第四系松散沉积层，同时出露古元古代、新元古代、古生代、中生代、新生代古近系和新近系地层。研究区地下水主要分为第四系孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、基岩裂隙水三大类，其中，以松散岩类孔隙水为主，主要分布于南部山前至平原中部。研究区地下水采样点位置分布如图1。

图1 研究区地下水采样点位置分布图

2 样品采集与测试

共收集108 组水样，便携式多参数仪测试TDS，滴定法测试HCO3-，电感耦合等离子体原子发射光谱法测试K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr，离子色谱法测试F-、Cl-、SO42-、N，TU-1901 测试N。

3 结果与讨论

3.1 水化学特征

108 组地下水样本中，主要阳离子为Ca2+，浓度变化范围为6.88 mg/L 至395.33 mg/L；主要阴离子为HCO3-，浓度变化范围为125.05 mg/L 至825.99 mg/L；常规离子浓度平均值排序：HCO3-（373.51 mg/L）＞Cl-（190.75 mg/L）＞Ca2+（169.85 mg/L）＞SO42-（139.55 mg/L）＞Na+（129.13 mg/L）＞Mg2+（48.07 mg/L）＞K+（4.83 mg/L）。水化学类型以Ca·Mg-Cl·HCO3、Ca-Cl·SO4·HCO3为主，如图2。

图2 Piper 三线图与常规离子统计图

3.2 水化学控制机制

样品集中在岩石风化控制的区域，且主要分布在碳酸盐岩底部到硅酸盐岩端部的区域，更靠近硅酸盐岩，表明硅酸盐岩风化是造成研究区水化学特征的主要因素[3-4]，其次是碳酸盐岩风化，如图3。

图3 Gibbs 图与离子比值图

3.3 特征指标分布规律

K-S 正态分布检验结果见表1。NO2-、NO3-、F-、Sr 中仅Sr 浓度符合正态分布特征。NO2-浓度平均值0.236 mg/L，F-浓度平均值0.77 mg/L，Sr 浓度平均值1.48 mg/L，NO3-浓度平均值208.06 mg/L。水样点NO3-、Sr 浓度起伏大，但较NO3-而言，Sr整体浓度小，波动幅度也较小。

表1 Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验结果

NO2-、NO3-、F-、Sr 在研究区北部含量高于南部，在局部地区存在些许差异，主要表现为：NO2-在中北部含量相对较高；高NO3-含量主要分布在研究区西北部；高氟地下水位于研究区东北部；Sr 在研究区中北部存在大面积污染风险，如图4。

图4 特征指标浓度空间分布

3.4 水质评价

基于多组分评价结果知，潍坊市地下水质量划分为四个级别：良好、较好、较差、极差（表2）。良好级水主要位于寿光市C82 号点附近，综合污染指数1.33，适宜饮用，该区域矿企业少，污染源较少；较好级水分布于寿光市063、069 号点，昌邑市203、234 号点，黄旗堡134、619 号点，高密市703、709 号点，综合污染指数2.57～4.06，适宜饮用，但该区域附近存在污染源，应加强对地下水水质的监控；较差级水在寿光、潍寒、昌邑、黄旗堡均有分布，综合污染指数4.80～6.35，不适宜饮用，主要分布在煤矿生产、石油化工原料和有毒有害材料的储存和运输区域，靠近北部咸水区；极差级水主要位于潍寒C16 号点，综合污染指数7.42，受北部海咸水南侵影响，水质咸化，极不适于饮用。如图5。

表2 地下水质量等级划分

图5 多组分评价结果图

采用EWM 法[5]求解NO2-、NO3-、F-、Sr 权重，计算得到k=0.214，水样点对指标（NO2-、NO3-、F-、Sr）的贡献度为Ej=（-0.548，-0.899，-0.928，-0.969），定义dj为第j指标下各水样点贡献度的一致性程度，dj=（1.548,1.899,1.928,1.969），归一化处理得到指标权重Wi=（0.211，0.259，0.263，0.268）。

依据布朗水质指数分级标准（表3），结合EWM 法求解的NO2-、NO3-、F-、Sr 权重，代入公式计算得到研究区WQI值为0.95，IV 级中度污染，因而研究区地下水在未经处理时尽可能不作为饮用水源。类似地，内梅罗污染指数法评价结果表明，P=7.61，极差水质（表4），NO3-污染严重。