不同水文地质条件对城市地下水资源污染的影响研究

关键词：水文地质条件；地下水资源污染；六价铬；蒸发浓缩；地下水水流

中图分类号：X523 文献标志码：B

前言

地下水，作为中国城市重要的供水源之一，在人类生产生活和城市发展的双重作用下，城市地下水污染愈发严重，对此，中国国内的相关专家学者对此展开了深入的研究。如刘玲等人在Galerkin有限元法的基础上，针对六价铬污染建立了土壤-地下水三维模型。通过不断改变补给条件，观察模型中浅水面的变化规律，同时结合阻滞系数和反应常数，实现对城市地下水污染的研究分析。赵兴茹等人对不同水文地质下的石家庄滹沱河地下水污染情况展开了分析，并得出具体结论，该条河流由于处于冲洪积扇地区，受地表化学污染较为严重，其中，磷酸三乙酯和二叔丁基对甲酚超出标准值好几倍，对地下水造成了较为严重的污染。

不同的水文地质条件对城市地下水资源污染的影响不相同，上述的两种方法未对不同水文地质进行深入的研究。通过分析山前平原水文地质、山前交接洼地水文地质、冲击平原水文地质以及石灰岩水文地质4种水文地质下的城市地下水资源污染情况后，针对某个城市文章建立了地下水水流模型和水质模拟算法，经过分析论证后可以得出结论。证明应用所提方法得到的结果非常接近观测井结果，验证了所提方法的合理性和可行性。

1研究区域概况

研究区域为太行山南、黄沁河北，涵盖多种水文地质条件。地下水埋深较浅，主要为浅层孔隙水，由地表水入渗、大气降水及矿坑排水渠道渗漏补给，天然补给量达1.723m³/s。

开采地下水导致浅层储量锐减和流场变化。山前平原主要依赖地表水和降水补给，但因下游过度开采和煤矿排水，含水层呈干旱或半干旱状态。山前交接洼地坡度较缓，以上游径流为主，辅以降水和农业灌溉渗透。开采时，补给与排水平衡，水位变化小，年际变幅约1.0m。冲击平原为地下水降落漏斗区，水位年际变化较小，为1.94m。

2研究方法

构建地下水水流和水质模拟算法利用三维稳定流数学模型对研究区域内地下水资源的水流情况进行模拟，并且为了提高准确性，增加水文地质条件因子，构建如式（1）所示的地下水水流模拟算法：

3水文地质条件对城市地下水资源污染影响结果及分析

利用式（1）和式（3）建立不同水文地质地下水水流和水质模型，对研究区域内六价铬的分布、迁移和污染机理进行模拟。同时，在研究区域内选取5个合适的点作为观测井，将所提方法模拟数据与观测井观测数据进行对比，结果如下文分析，确保反映不同水文地质条件下地下水资源污染的状况。这些观测井的地理位置经过精心布置，旨在捕捉不同地质条件下的水流动态和水质变化。关于观测井上游的补给情况，注意到上游地区的补给主要受到降雨、河流侧向补给等多种因素的影响。这些补给水源在经过不同地质环境时，会与地下水发生相互作用，影响地下水的化学组分和流动特性。通过分析观测井上游的补给情况，可深入地理解地下水污染的来源和传播机制，为制定有效的水资源保护和管理策略提供重要依据。

通过对比模拟数据与观测井观测数据，准确地评估不同水文地质条件下地下水资源污染的影响，为后续的环境保护和治理工作提供科学依据。以下是5个合适的点作为观测井的地理位置布置图见图1。

3.1山前平原水文地质对地下水资源污染影响分析

山前平原水文地质区域的物质沉积有着明显的分带现象，距离山区较近的区域，沉积物颗粒相对来说要大一些，距离远的则小一些。因此，山前平原也形成了不同的水文地质条件。将距离山麓较近的区域称为冲积扇顶部区域，这个区域的沉积物颗粒较大，给水度较大，沉积物蓄水能力较弱。

在冲积扇顶部区域，地表保护层较薄，极易受到自然环境和人类活动的破坏。虽然该地区吸收大量地表水和大气降水，为地下水作了充分补充，但是该地区同样吸收了大量的地表废水和污水，在水流的作用下快速扩散，导致该区域受污染情况严重。

山前平原水文地质地带城市地下水资源污染主要来自于生活污水、工厂排污以及利用超标废水进行人工加灌，使得山前平原冲积扇顶部区域要比中下部区域更容易被污染。当冲积扇顶部区域受到污染后，随着地下水的流动同样污染了中下部区域，所以，位于冲积扇顶部区域的城市，应将排污量大的工厂和居民点尽量布置在中下部区域，从而减少城市地下水污染。

3.2山前交接洼地水文地质对地下水资源污染影响分析

山前交接洼地污染物浓度低于山前平原但高于冲击平原。河流最终汇入湖泊或海洋，河口区汇集大量冲击物，长时间沉积形成松散砂层与黏性土结合，含有地下水资源。河口区地形为滨海三角洲平原，城市区域地下水含咸水，由海水入侵和倒灌导致。山前交接洼地淡水层沉积物颗粒小，地下水流速慢，对城市补给较少。

3.3冲击平原水文地质对地下水资源污染影响分析

河流携带的沉积物形成冲击平原，阶地是河流两侧的台阶状地形，沉积物厚度分层明显，多为二元结构。阶地底层基岩存水性能优秀，为砂砾石层贮存地下水，河水和冲击平原地下水存在相互补给关系。

3.4石灰岩水文地质对地下水资源污染影响分析

如图2所示，石灰岩水文地质区域的污染物浓度要高于冲击平原水文地质、山前交接洼地水文地质，但是低于山前平原水文地质。石灰岩水文地质是一种可溶性岩石，当接触到含有二氧化碳和各类酸性物质的降水时，将会逐步开始出现化学反应，被称为溶蚀作用。

岩溶发育程度对石灰岩地区地下水的分布、贮存以及埋藏深度均产生影响，但是同一地区岩溶发育程度又存在着差异，因此，地下水资源含量也有所不同。岩溶区的地表水常常会出现突然消失的情况，这是由于地表水进入地下暗河中，在下游的某个区域流出地表。由此看出，岩溶地下水与地表水二者之间是可以相互转化的。

整体观察图1-图2看出，所提方法模拟值与观测井观测值拟合情况较为优秀，证明所提方法建立的水流和水质模型可以真正反映研究区域内的实际水文地质条件。

3.5不同水文地质条件对地下水资源污染的影响整体分析

地下水中六价铬的标准含量为0.05 mg/L，研究区域内六价铬的分布情况见图3。

图3显示，六价铬污染浓度在山前平原最高，随后依次减少，高出标准值约4倍。尽管山前平原包气带较厚，但地下水六价铬含量却远高于其他区域。这归因于山前平原的粗砂卵砾石和含黏土卵砾石沉积物，使地表水和降水易渗透至地下，补给地下水资源。

山前平原水文地质作为研究区域地下水系统的势源，当该区域地下水资源受到污染后，影响另外两个水文地质条件区域。从图3看出，六价铬的迁移方向受河流影响较大，基本与水流方向一致，由西北向东南方向迁移，流速逐渐减小。这是由于在河流的带动下，六价铬通过径流扩散的方式渗透到地下水资源中。

地下水资源总硬度的标准值为450mg/L，研究区域内地下水的总硬度分布情况见图4。

如图4所示，总硬度污染浓度随水文地质条件的变化趋势与六价铬相似，其中山前平原的总硬度超过标准值6倍。受太行山屏障和海拔差异影响，研究区域蒸发量远超降水量，导致干旱。山前交接洼地地下水埋藏浅，沉积物颗粒小，毛细作用强，蒸发量是渗透量的4～6倍，使盐分积累，导致总硬度逐年恶化。

4结束语

地下淡水资源是人们生活和社会发展离不开的自然资源之一，具有开采难度低、水质优良以及其他诸多优点。为此，针对某个区域不同的水文地质条件进行分析，研究其对地下水资源污染的影响。文章研究区域位于太行山以南、黄沁河冲积平原以北，水文地质条件分为山前平原水文地质、山前交接洼地水文地质、石灰岩地区水文地质和冲击平原水文地质四种不同的类型。通过对研究区域建立水流和水质模拟算法，确定了两种对地下水污染最严重的污染物，分别是六价铬和总硬度。通过对这两类污染物的迁移方向、污染机理和扩散机理进行分析后，确定两种污染物的污染方式分别为径流扩散和蒸发浓缩，迁移方向与河流方向一致。