舒城县东部地区地下水环境质量评价与污染分析

宋仁亮，王少龙，陈 干，王志强，解会存

(1.安徽省合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥230009;2.安徽省地勘查局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠233000)

舒城县东部地区位于大别山区东麓，古巢湖湖盆西部;区域地势平坦，河漫滩地貌［1］。地表河流均发源于大别山区，有杭埠河、丰乐河;上世纪五十至七十年代，沿河群众与水争地，任意圈圩造田，形成圩区洼地遍布、堤梗纵横的现状布局［2］。该地区总面积 213.8 km2，分布有桃溪、杭埠、千人桥三镇，总人口约14.8万人，村镇居民日常生活用水主要为开采松散岩类孔隙水。随着社会经济发展，人类经济活动造成的废液、废渣大量排放以及化肥、农药大量使用，直接导致该地区地表水水质恶化，由于该地区松散岩类孔隙水埋藏浅，地下水直接接受大气降水和地表水渗透补给，易受污染，加之原生地质环境地下水 Fe、Mn等超标异常［3］［4］，进一步造成地下水水质恶化，地下水水体功能下降。

1 第四纪地层特征

1.1 第四纪地层岩性

全区地表普遍出露新生界第四纪全新世丰乐镇组(Q4f)地层，厚度30.0～35.7 m。岩性浅部以灰黄、灰白色粉质粘土、粘土、砂质粘土为主，深部以浅灰、灰黄色粉砂、细砂、粉细砂、粘土质砂、含砾中粗砂为主，底部以棕黄色砂砾石、含砾粗砂为主。岩性自上向下，砂性增强，砂砾增多。

1.2 土壤母质

全区土壤为潮土类型，土壤母质为河流沉积物［5］。潮土母质有两种来源:一是杭埠河沉积物，主要来自于大别山区的花岗岩、片麻岩等酸性结晶岩类风化物，石英颗粒含量高，质地轻，结构差;二是丰乐河的沉积物，土壤粘多砂少，物理性粘粒含量60%左右。

2 水文地质特征

2.1 地下水类型

松散岩类孔隙水主要为浅层水和深层水。

2.1.1 浅层水

顶板埋深 1.00～1.50 m、底板埋深 10.00 ～13.80 m，含水层岩性为丰乐镇组(Q4f)的粉砂、中细砂，单井出水量97.86～293.76 m3/d，水量中等;该层为潜水，极易受污染;居民日常用水主要开采该层水。

2.1.2 深层水

顶板埋深13.00～15.34 m、底板埋深 35.00 m 以浅，含水层岩性为丰乐镇组(Q4f)的粉砂、中粗砂、含砾中粗砂、砂砾石，单井出水量 88.13～542.59 m3/d，水量中等;该为微承压水，相对受污染较轻。

2.2 地下水补给、迳流和排泄

2.2.1 地下水补给

大气降水是松散岩类孔隙水的主要补给来源，其次是地下径流和上游地表径流的渗入补给，地下水与河水存在密切互补关系。浅层水直接接受大气降水补给，深层水即接受浅层水补给还接受地下径流补给。

2.2.2 地下水迳流和排泄

区域位于古巢湖湖盆西部，盆地的水文地质条件受区域地形地貌、地层分布、地质构造所控制，区域地下水总的流向自地势高的地区向地势低的地区径流。地下水的排泄方式主要为蒸发排泄和人工开采。

2.3 地下水环境特性

现场测定的地下水氧化还原电位值为+6～－62(见图1)，负值居多，说明地下水环境以还原性为主［6］。

2.4 地层防污性能

全区松散岩类地层，由经过搬运再堆积形成，地下水包气带由粉质粘土、砂质粘土组成，土体砂性增强，结构松散，孔隙度大，连通性好，同时由于浅层水与深层水之间的砂质粘土隔水层较薄、隔水作用甚小，地层总体防污性能较差，松散岩类孔隙水存在受污染影响现象。

图1 地下水氧化还原电位示意图

3 地下水环境质量现状评价

3.1 评价标准及评价因子

3.1.1 评价标准

评价标准采用《地下水质量分类标准》(GB/14848－93)中各项目标准值，见表1。

3.1.2 评价因子

地下水水质分类评价时，根据分析测试单项组分检出率大于50%、单项组分对地下水环境产生影响的重要性等相关要求，选出 pH、总硬度、溶解性总固体、高锰酸钾指数、SO42－、Cl－、NH4+、NO3－、NO2－、F－、Fe、Mn、Al、Hg、As、Cd共16个单项组分作为评价因子［6］。

3.1.3 综合评价分级

综合评价分级是在地下水质量分类评价基础上进行综合评价分级。按最大隶属原则，从优不从劣地评判其相应的地下水质量分级。全区地下水质量分为较好(Ⅲ类)、较差(Ⅳ类)、极差(Ⅴ类)三个级别。

表1 地下水质量分类标准 mg/L

3.2 地下水主要影响因素

全区地下水各项组分指标中，Fe、Mn、Al、NH4+和Hg的含量相对较高，是影响地下水水质的主要影响因素，含量特征图见图2至图6。

图2 Fe含量特征图

图3 Mn含量特征图

图4 Al含量特征图

图5 NH4+含量特征图

图6 Hg含量特征图

3.3 现状评价

按埋深10 m以浅、10 m以深，全区共选用78个地下水样，采用模糊数学法进行地下水质量评价。

3.3.1 埋深10 m以浅的地下水质量评价

埋深10 m以浅的地下水质量评价结果(见表2)表明:地下水质量分为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级三类，主要是 Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等超标;总体而言，埋深10 m以浅的地下水水质大部分较差—极差，基本不能达到人体健康基准值。

3.3.2 埋深10 m以深的地下水质量评价

埋深10 m以深的地下水水质综合评价结果(见表3)表明:地下水质量分为Ⅳ级和Ⅴ级两个类型，主要是Mn和Al超标;埋深10 m以深的地下水较差—极差，不能达到人体健康基准值。

表2 埋深10 m以浅地下水质量评价结果

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表3 埋深10m以深地下水质量评价结果

3.3.3 地下水质量总体评价

全区地下水(松散岩类孔隙水)水质状况不容乐观，地下水整体水质状况大部分较差－极差。

3.4 地下水环境质量分区评价

3.4.1 分区评价方法

基于地下水质量评价，根据人体健康基准值以及地下水开采利用现状等综合条件，进行地下水质量分区，然后采用克里格插值法编制地下水环境质量评价分区图［6］(图7)。

3.4.2 分区及分区评价

全区地下水质量分为水质较好区(Ⅲ类)、水质较差区(Ⅳ类)和水质极差区(Ⅴ类)三个分区。

1)水质较好区(Ⅲ类)

该区主要位于桃溪镇中部龙舒－四圩。该区原生地质环境和次生人类活动影响相对较小，评价因子单项组分均未超过地下水Ⅲ类标准限值。地下水水质总体较好。

2)水质较差区(Ⅳ类)

该区主要分布在桃溪镇中北部、西南部，千人桥镇西北部和杭埠镇北部、南部。该区由于地下水径流较缓慢，地下水环境以还原性为主，主要受原生地质环境影响较大;原生地质环境中富集的铁、锰、铝离子含量较高，且部分点超过地下水Ⅲ类标准限值、达到Ⅳ类标准限值;次生人类经济活动产生的高锰酸钾指数、酚类、氨氮仅有个别点超标。地下水水质总体较差。

3)水质极差区(Ⅴ类)

该区主要分布在千人桥镇、杭埠镇境内。该区由于地下水径流缓慢，循环交替迟滞，与空气接触面小，地下水长期处于还原环境中，极有利于地下水和含水层介质“水－岩作用”的发生和元素的富集［4］;地层防污性能相对较差，地下水直接接受大气降水和地表水补给较强烈，地表水地下水水力联系较强、相互补给密切，使得农业生产中产生的污染物较易进入地下水;故该区主要受原生地质环境和次生人类活动影响均较大。原生地质环境中富集的铁、锰离子含量高，普遍超过地下水Ⅳ类标准限值、达到Ⅴ类标准限值;次生人类经济活动产生的高锰酸钾指数、酚类、硝酸根离子、汞离子有个别点超标。地下水水质总体极差。

4 地下水污染分析

4.1 污染原因

4.1.1 原生地质环境对地下水的影响

该地区地下水环境的Fe、Mn、Al、Hg的超标异常，与原生地质环境密切相关。

全区松散岩类孔隙水含水岩组主要由杭埠河沉积物和丰乐河沉积物组成，杭埠河沉积物远源区为大别山的岩浆岩和变质岩，丰乐河沉积物近源区为丘陵地区的“红层”碎屑岩类。有关研究资料表明:大别山在地质构造史上曾发生的剧烈地质构造运动［7］，可使环境富集大量的 Fe、Mn、Al、As、Hg、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、F、Se、S、Si等多种元素，在“水 － 岩作用”下，这些元素进入地下水中。有关研究资料表明:在内陆盆地干热气候条件下沉积形成的“红层”岩石中的Fe3O4、MnO2等物质，在“水－岩作用”下，重新进入地下水中，使之Fe、Mn含量也相对形成高异常。

区域古巢湖湖盆西部特有的西高东低且逐渐变缓的地势及圩区洼地遍布的河漫滩地貌，使得地下水动力条件随地形自西向东由相对强烈转变为迟缓，有利于元素的迁移、聚集，对腐殖质的形成、堆积和流动有重要的影响［8］。加之第四纪全冲积成因地层，结构松散，渗透性好，有利于元素的迁移、沉淀富集。

4.1.2 人类经济活动对地下水的影响

人类经济活动造成的废渣、废液、生活垃圾的大量排放和化肥、农药的大量使用，直接导致区内地表水水质恶化;地表水地下水水力联系较强，地表水与地下水相互补给密切，有利于地表水和地下水间的溶质运移和交换，地下水水质也更容易受到地表水水质及人类经济活动的影响。

4.2 污染途径

4.2.1 连续入渗型

主要是无衬砌的明渠、排水渠长期排放污水途径。全区居民及上游的城区生活污水年排量达1 211.8万t，直接排至杭埠干渠等水渠，最终汇入丰乐河和杭埠河;由于杭埠干渠、丰乐河和杭埠河的河(渠)底及河(渠)坡自然土层裸露的河底及河坡自然土层裸露，不具备防渗能力，污水渗入地下，污染地下水。

4.2.2 间歇入渗型

主要是无衬砌的露天生活垃圾堆场和煤渣堆放场途径。全区镇政府驻地每年产生生活垃圾约2 190 t，分别堆积于3个无衬砌、未经防渗处理的露天生活垃圾堆场;全区7处轮窑厂，累计粉煤灰50万t左右，均堆放在无衬砌、未经防渗处理的的露天煤渣堆放场。污染物通过大气降水或灌溉水的淋滤，使固体废物及包气带中的有害有毒成分，周期性的渗入地下含水层中，污染地下水。

4.2.3 径流型

该区位于古巢湖湖盆西部，地下水接受西部地势较高地区的地下水径流和上游地表径流的渗入补给。区内松散岩类由经过搬运再堆积形成，结构松散，孔隙度大，连通性好，有利于地下水径流补给。上游区外污染物通过各种径流进入含水层后，通过地下水径流，进入区内地下水含水层中。

4.2.4 越流型

1)包气带为透水性较好的粉质粘土、砂性土，也是地下水污染的又一主要通道。区内微地貌类型是近代丰乐河和杭埠河的河漫滩，地层经过搬运再堆积形成，地下水包气带结构松散，孔隙度大，连通性好，同时区内浅层水与深层水之间的砂质粘土隔水层薄、隔水作用甚小，这均为地表污染物渗入地下水含水层造就了主要通道。

2)地下水开采方式不合理的途径。该地区仍有46个行政村居民长期开采浅松散岩类孔隙水作为生活用水，年开采量约405 600 m3。居民自备水井基本是一户一井，自备水井结构不合理或长期使用年久破损，或是混合开采或是止水不好，造成地表污染物通过越流从结构不合理的管井、破损老管井形成的“天窗”进入含水层中，污染地下水。

5 结论与建议

舒城东部地区桃溪、杭埠、千人桥三镇地下水水环境综合评价结果表明:全区地下水水质较差－差，绝大部分为Ⅳ类、Ⅴ类水，地下水污染非常严重，主要污染因素是Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等。埋深10 m以浅的地下水水质主要是 Fe、Mn、Al、Hg、NO3－和氨氮等超标，受人类经济活动和原生地质环境共同影响;埋深10 m以深的地下水水质主要是Fe、Mn、Al超标，受原生地质环境影响较大。通过对地下水质量分区研究和地下水环境污染源、污染途径分析表明，该地区松散岩类地下水污染不仅与区域特有的原生地质环境密切相关，还与人类经济活动造成的废渣、废液、生活垃圾的大量排放和化肥、农药的大量使用有关。

［1］张崇岱，潘宝林.巢湖湖盆及其变迁研究［J］.安徽省师范大学学报(自然科学版)，1990，(1):48 －56.

［2］贾铁飞，戴雪荣，张卫国，等.全新世巢湖沉积记录及其环境变化意义［J］.地理科学，2006，26(6):706－711.

［3］安徽省地质矿产局第一水文地质工程地质队.合肥幅区域水文地质普查报告［R］.蚌埠市:安徽省地质矿产局第一水文地质工程地质队，1981.

［4］安徽省地质矿产局第一水文地质工程地质队.六安幅区域水文地质普查报告［R］.蚌埠市:安徽省地质矿产局第一水文地质工程地质队，1981.

［5］张海林.安徽杭埠河流域土地利用变化及其环境效应研究［D］.上海:华东师范大学，2005.

［6］安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院.舒城县桃溪、杭埠、千人桥三镇地下水环境质量调查评价报告［R］.蚌埠市:安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，2011.

［7］安徽省地质矿产局.安徽省区域地质志［M］.北京:地质出版社，1987.

［8］林年丰，等.环境水文地质学［M］.北京:地质出版社，1990.