双鸭山市区地下水污染脆弱性分析

尤 然

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080)

1 概 况

双鸭山市属中温带大陆性季风气候,受内蒙古和西伯利亚气候的影响,四季冷暧分明,春秋两季多风少雨,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥漫长。多年平均气温3.7℃左右,一月份最冷,平均气温-18.2℃,七月份最热,平均气温21.7℃。多年平均降水量548mm,4～6月降水量占全年降水量的27%,7～9月份降水量占全年降水量的62%,降水年内分配不均,时空、地域分配不均,差异较大。多年平均蒸发量为1150mm。

双鸭山域内蕴藏着得天独厚的矿产资源。以煤为主的矿产资源是双鸭山市的主要产业,煤炭资源占全省总储量的 47%。近年来,双鸭山市经济保持了持续健康发展的好势头,综合实力和城市竞争力明显增强,居民生活水平不断提高。随着城市规模日益扩大,各种需水量也逐年增加。因此,加强地下水资源保护,科学、合理地利用地下水资源,确保双鸭山市可持续发展,是需要重点关注的问题。

地下水脆弱性研究,是地下水有序开发、合理利用与有效保护地下水资源的重要支撑,可以对某一地区地下水可能受到污染的难易程度进行分级,评价地下水的潜在污染性,对地下水的脆弱性进行分区。可以为水行政主管部门制订地下水利用、保护方案、管理管理提供依据。可以对容易受到污染的地区,采取事先预防、加强监督、合理开采等措施,最大限度地保护地下水资源。可以为地下水源地的选取提供技术支撑。

2 地下水污染脆弱性分析

“地下水脆弱性”是指污染物达到上层含水层某特定位置的倾向性与可能性。也可称为地下水容易受到污染的可能性。一般可将其分为两类,一类是本质脆弱性,一类是特殊脆弱性。本质脆弱性是指不考虑人类活动影响,而只考虑水文地质条件等自然因素来判断地下水易污染程度;特殊脆弱性是指地下水对某一特定污染源或人类活动影响的脆弱性。文章重点研究地下水的本质脆弱性。

地下水污染脆弱性评价的主要方法有水文背景值法、参数评价法,关系分析与数值模型法。目前多以参数评价法为主,包括GOD指标法,DIVERSITY法以及DRASTIC指标体系法。文章采用DRASTIC指标体系法,对双鸭山市区地下水污染脆弱性进行评价[1-3]。

2.1 DRASTIC指标体系法简介

1)评价参数赋值:DRASTIC指标体系法主要考虑以下7项参数:地下水埋藏深度(D)、净补给量(R)、含水层介质类型(A)、土壤介质类型(S)、地形坡度(T)、含水层厚度(I)、含水层渗透系数(K)。再此7项参数的基础上,将每个参数分成几个区间,每个区间分别赋予一个分值,见表1。

表1 各评价参数赋值表

2)评价参数权重:每一个参数都赋以一个权重,权重的范围在1～5之间,对地下水最具影响的参数权重为5,影响程度最小的参数权重为1。见表2。

表2 DRASTIC指标体系法中各参数权重

3)DRASTIC指标确定:DRASTIC指标由下式确定:

DRASTIC=5*D+4*R+3*A+2*S+1*T+ 3*I+3*C

一旦确定了DRASTIC指标,就可以确定哪些区域的地下水相对容易污染。指标数值越大,代表该地区易污染程度就越高,脆弱性分级越高。DRASTIC指标只是一个相对的概念,在正常情况下,DRASTIC指标的范围在23～226之间。地下水脆弱性评价分级标准见表3。

表3 DRASTIC指标值综合评价范围

2.2 地下水脆弱性评价

2.2.1 评价单元划分

地下水的本质脆弱性研究一般只考虑水文地质内部因素的影响,不考虑人类活动和人为污染源。因此,脆弱性评价单元的划分主要依据地貌类型分区及地下水类型分区,将双鸭山市区划分为3个评价单元:河谷平原孔隙水区、山前冲积洪积台地孔隙裂隙水区、低山丘陵基岩裂隙水区。

2.2.2 研究区地质概况

2.2.2.1 地形地貌

根据地貌成因和形态特征,地貌类型可分为侵蚀剥蚀低山丘陵、剥蚀堆积山前台地和堆积河谷平原三种地貌类型。

侵蚀剥蚀低山丘陵:主要分布于市区南部的三道坝、老秃顶子山、长白顶一带,海拔高程220～855.7m不等,切割深度中等,山顶为浑圆状,沟谷界面为“U”字型,其岩性以火山碎屑岩、平岗玄武岩和花岗岩为主。

剥蚀堆积山前台地:主要分布在岭东区一带及安邦河两岸的低山丘陵前缘,海拔高程110～240m。

堆积河谷平原:主要分布在安邦河河谷两侧,地势向河床方向倾斜,海拔高程106～130m。

2.2.2.2 地层及侵入岩

区内主要发育第四系、新近系、白垩系,低山丘陵地区大面积分布侵入岩。

1)第四系全新统:分布于安邦河、扁石河、七星河及其支流山间河谷平原,厚度变化大,干流河谷厚,支流河谷薄;下游厚,上游薄,安帮河及扁石河下游厚可达40m左右,上游及山间河谷厚度一般<10m。上部岩性为薄层粉质黏土,下部为砂、砂砾石,山间支流河谷常以黏性土为主,夹有砂或砂砾石,下伏不同时代基岩。

2)第四系上更新统:分布于山前台地,岩性为黄褐色粉质黏土,块状或似角砾状结构,富含铁锰质结核,黏塑性较强,台地前缘厚,后缘薄,下伏前第四系。厚度5m～30m。

3)新近系富锦组:隐伏于第四系之下,地表未见出露。岩性为砂砾岩、粗砂岩、泥岩、泥砾岩。厚度>100m。

4)侵入岩:广泛分布于地山丘陵区,主要由混合花岗岩岩组、混合花岗闪长岩岩组构成。岩性主要为花岗片麻岩、黑云母花岗岩、斑状斜长花岗岩等。

2.2.2.3 水文地质条件

1)第四系松散岩类孔隙水:主要分布于河谷平原的漫滩和阶地区,河流两侧的第四系含水层中。含水层岩性为中粗砂、砂砾石,厚2～50m,地下水埋深0.4～7.0m,水位年变幅1.0m左右。

根据富水性将本区划分为2个分区:中等富水区,分布在本区定国山水库以下安邦河河谷、扁石河河谷及七星河河谷两侧,单井涌水量500～2000m3/d,渗透系数15～40m/d,矿化度0.19～0.48g/L,地下水化学类型为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca.Na型水;弱富水区,主要分布在定国山水库以上安邦河河谷两侧的大型冲沟中。单井涌水量100～500m3/d。矿化度0.22～0.30g/L,地下水化学类型为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na型水。

2)新近系碎屑岩类孔隙裂隙水:赋存于山前冲积洪积台地第四系之下的新近系孔隙裂隙含水层中。岩性为半胶结的砂砾岩、粗砂岩和泥岩,均具有承压性,含水层累计厚度40～50m,地下水位埋深5～75m。透水性较弱,单井涌水量50～1000m3/d。

3)基岩裂隙水:广泛分布于低山丘陵区,含水层(带)为兴东群变质岩、中生界碎屑岩及元古界火成岩风化裂隙带。随着深度增加,风化裂隙发育程度变低,富水性减弱。风化裂隙带厚度一般50～60m。泉流量一般10～100m3/d,水位埋深5～15m。

2.2.3 脆弱性评价

通过收集资料、野外调查、室内分析等方法,获得各评价单元的基本条件。

地下水埋深:调查各评价单元地下水水位,把每个评价单元内的水井水位埋深平均值作为该单元的地下水埋深;净补给量:采用多年平均降水量乘以降水入渗系数;含水层介质类型:研究区东北部和西南大部岩性主要为花岗片麻岩、石英片岩、绿泥石片岩,中部、北部一小部分、南部小部分岩性为层状砂岩、深灰色的粉砂岩、浅灰色的细砂岩、中砂岩,中部的河谷平原主要为第四系砂、砾石、黏性土等;土壤介质类型:南部和北部基岩山区无表层土壤覆盖,中部河谷平原地区土壤介质类型为黏土、砂,山前台地为粉砂质亚黏土;地形坡度:低山丘陵区地形坡度较大,在6～12%之间,山前台地区地形坡度在2～6%之间,河谷平原地形坡度在0～2%之间;含水层厚度:根据收集的钻孔资料,一般在50m以内;含水层渗透系数:河谷平原含水层介质以第四系为主,由砂、砾石等组成,渗透系数一般30～40m/d,山前台地主要为砂岩、砾岩,渗透系数多为1～3m/d,低山丘陵区风化层渗透系数一般0.5～3.5m/d之间[4-6]。

依据各评价单元的基本条件,对各评价参数进行赋值、结合各参数权重,综合确定DRASTIC指标。脆弱性评价综合指数值计算结果及计算单元脆弱性级别见表4。

表4 地下水脆弱性评价指标计算统计表

3 小 结

从地下水脆弱性评价指标统计结果来看,双鸭山市河谷平原孔隙潜水区地下水脆弱性分区属于易污染区;山前台地孔隙裂隙承压水区地下水脆弱性分区为较不易污染区;低山丘陵基岩裂隙水区地下水脆弱性分区为难污染区[7-8]。