辽阳市太子河干流地表水化学成分特征及变化趋势分析

2024-03-08景丽彬

地下水 2024年1期

景丽彬

(辽宁省辽阳水文局,辽宁辽阳 111000)

0 前言

地表水是辽阳市最重要的自然资源,是辽阳市工业、农业生产及生活饮用水的最主要来源。而太子河干流又是辽阳市地表水环境的最集中体现,作为连接陆地和海洋的重要桥梁,它的水化学分析显得至关重要。水的化学成分的变化趋势直接影响着水环境的改变,对其进行合理分析能直接反映出地表水环境的变化及受到的人类活动影响指数[1]。研究区域的气候状况、岩石性质、地质构造以及人类活动都会对其组成成分产生作用,这不仅能揭示表层水风化的过程,而且还能看出其水化学元素的起源、组成和成分特点。在建立一个水化学空间和时间的完整模型基础上,在本文中分析了太子河干流从始端到末端水化学成分的组成及变化趋势,并详细阐明了其水化学特征及形成原因,对辽阳地区的水污染防治、水环境治理、水资源利用等方面都会产生重要影响。

1 研究区域概况

1.1 自然地理概况

研究区域太子河,发源于抚顺市新宾县平顶山,经本溪县入辽阳县境内,在唐马寨的黄坨子与穆家之间流入海城市,与浑河汇合。其干流贯穿辽阳市,上游位于东部山区地带,下游位于辽河平原地带,地势从东到西,由高及低,境内河长143.0 km,流域面积2 683.04 km2。所处辽阳市属温带季风气候,多年平均降水量721 mm,多年地表水资源量8.842 8亿 m3,多年地下水资源量9.527 5 m3,多年平均水资源量10.86亿 m3,人均占有量593.8 m3。

1.2 监测站点布设

研究区域共涉及太子河干流上4个站点,分别为葠窝水库站,代表河长为23 km;辽阳站,区间有汤河、新开河汇入,代表河长42 km;小林子站,区间有辽宁庆阳化工有限公司总排污口、辽阳市河东新城污水处理厂排污口以及北沙河汇入,代表河长46 km;唐马寨站,区间有太子河左岸辽化长排污水管线排污口、柳豪河以及南沙河汇入,代表河长52 km。具体可参照图1。

图1 研究区域站点分布图

1.3 水样采集与监测项目

本次研究采集的水样分别为2020年、2021年的四月份(平水期)、七月份(丰水期)及十一月份(枯水期)的数据,监测项目为pH、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、NO3--N、TC(HCO3-+CO32-)、TDS、TM和TH十二项指标。

2 研究区域水化学成分分析及水期变化趋

势分析

2.1 水化学成分分析

通过对太子河干流四个站点不同水期的监测指标进行测定,其pH值在7.7～8.7之间,均呈弱碱性,其中最大值8.7出现在2021年丰水期的葠窝水库,最小值7.7出现在2021年平水期及枯水期的小林子站点;TDS平均值为351 mg/L,高于世界平均水平115 mg/L[2],说明其水质硬度较大。其中最大值出现在2020年平水期唐马寨站,最小值出现在2020年丰水期葠窝水库站;TH平均值为217,≤300 mg/L,为Ⅰ类水质,其中最大值出现在2020年平水期的小林子站,最小值出现在2021年丰水期的葠窝水库。其他指标的极值及平均值详见表1。

表1 各指标数据极值及平均值

2.2 水期变化趋势分析

通过水期分析我们可以看出,在pH指标上分析,丰水期>枯水期>平水期,但差别不大,均呈弱碱性;从TDS指标上分析来看,平水期>丰水期>枯水期;从TH指标分析上来看,平水期>丰水期>枯水期,其他指标具体数值详见表2。这种变化趋势的主要原因在于:在丰水期,优于汛期大量降水,河流流量迅速增加,各种数据指标都得到稀释,同时由于流速增加,河底的水的悬浮物也大量流失,所以数据指标会优于平水期,水质相对较好;而枯水期在通常情况下,由于河流流量减少,水质是最差的,但是研究区域受人类活动影响较多,根据太子河干流所处气候条件,工农业生产也急剧减少,对河流的污染也相对变少,因此枯水期指标仍优于丰水期;相反,在平水期,不仅水流降低,悬浮物沉积于河流底部,而且工农业生产也逐步开展,因此水质是在三个水期中最差的。

表2 按水期分析各指标数据值 mg/L

3 研究区域水化学类型分析及成因分析

3.1 水化学类型分析

在本研究所涉区域,水化学特征分析使用的是阿列金分类法,该方法首先根据较高阴离子含量将地表水分为三类:重碳酸盐水、硫酸盐谁、氯化物水[3]。三类水的TDS指标依次增加,所代表的地表水水质也越来越差。在这三类中,每一类又根据其较高阳离子含量分为钙、镁和钠三组水。又根据阴阳两种离子的当量含量将每组划分为4个类型水。Ⅰ型水:重碳酸盐离子当量>钙镁离子当量;Ⅱ型水:重碳酸盐离子当量<钙镁离子当量<重碳酸+硫酸盐离子当量;Ⅲ型水:<重碳酸+硫酸盐离子当量< 钙镁离子当量或者氯离子当量>钠离子当量;Ⅳ型水:重碳酸盐离子当量为零。

研究采用的2020-2021年间四个站点三个水期共24组数据,经过计算分类后,主要分为重碳酸盐水和硫酸盐水两大类,其中CⅡCa类型水占比最大,为54.2%,SⅢCa水类型水最少,只有一组数据为2022年平水期的唐马寨水文站,占比为4.17%,研究区域水化学类型分布比重图见图2。

图2 太子河干流水化学类型分布图

3.2 水化学类型成因分析

研究表明,影响地表水水化学离子浓度分布的主要因素主要为蒸发浓缩、岩石风化和大气降水三个方面。通过Gibbs图分析,我们可以看出,如图3所示,几乎所有的数据指标点都在虚线所围绕的区域之中,并且分布在岩石风化和蒸发结晶的区域之间.这表明,本研究区域流域地表水的主要离子控制因素为岩石风化蒸发结晶,几乎不受大气降水因素影响。研究区域地表水氯离子含量和钠离子含量的平局值比值为1.09,略低于全球的降水平均值1.15[4],研究区域处于北方,属于温带季风性气候,降雨处于中游偏少区域,注意到大气中的降雨量较少造成太河流域地表水的组成部分。太子河干流包括水库和河流两大部分,河流两岸基本都是岩石,数据指标点靠近风化端,因此岩石风化作用对河流的影响较大;而葠窝水库数据指标点靠近蒸发单元,其又是辽宁省管水库,库容量较大,流域面积广阔,明显受到蒸发结晶的作用较大。

图3 研究地区Gibbs图

4 研究区域水质变化趋势分析

本次研究区域的四个站点从上游到下游,水质变化特征明显。各数据指标变化趋势可参看图4。

图4 研究区域站点各指标数据比较图

从图4中我们可以看出,各项指标数据值从上游到下游都是依次变大,特别是葠窝水库到辽阳站,指标变化较明显。过多的人类活动参与,不仅对水质类别的影响较大,也同样对水化学的变化趋势产生很大的促进作用[5]。随着废气、污水的排放,同时伴有打量垃圾、粪便等都会带来大量的硫酸盐、硝酸盐、硝酸盐等离子,这些都会造成地表水水化学成分及特征的变化。由图1我们可以看出,本次研究区域共控制河长163 km,辽阳位于葠窝水库下游42 km处,区域之间有汤河和新开河两条河流汇入,汤河是辽阳市饮用水源地供应河流,水质较好,对太子河的影响较小;而新开河整条河流基本处于辽阳市宏伟区化工园区,河流水质长年为劣五类,对太子河的各项指标都影响较大。小林子站位于辽阳站下游46 km处,区域之间不仅有因沈阳市苏家屯区及灯塔市工业农业污水汇入而水污染严重的北沙河汇入,还有辽宁庆阳化工有限公司总排污口、辽阳市河东新城污水处理厂排污口汇入。唐马寨站位于小林子下游52 km处,中间有南沙河、柳壕河及辽化长排污水管线排污口汇入。南沙河的上游是鞍山工业区,而柳濠河的主要污染来源是辽阳市污水处理厂及辽阳县的工农业污染。由图4我们看出,除个别数据指标外,其余各项监测指标都是随着人类活动影响和汇入河流的的增加而逐步增大,地表水水化学成分和特征也相对产生变化,水质越来越差。