郑汴新区浅层地下水质量评价

唐辉　李自涛

[摘要]本文以郑汴新区所采取的182组浅层地下水水样分析结果为基础，采用"内梅罗综合指数法"，选取pH值、总硬度、溶解性总固体等31项指标，参照我国地下水质量标准，对研究区浅层地下水水质进行了评价，将研究区分为水质优良、水质良好、水质较差以及水质极差四个区，并针对浅层地下水中主要超标因子总硬度、NO2-、Fe分布特征及赋存机理进行了分析。为地方政府制定地下水污染防治等方面的政策提供了水文地质方面的科学依据。

[关键词]郑汴新区 地下水 水质量评价 内梅罗指数法

[中图分类号] X824 [文献码] A [文章编号] 1000-405X（2015）-8-141-2

0引言

郑汴新区是河南省经济社会发展的核心增长极和改革发展综合试验区，建设郑汴新区是构建河南省现代产业体系、现代城镇体系和自主创新体系的首要任务和重要突破口。随着郑汴新区不断发展，与地下水有关的环境问题也日益受到人们的重视。地下水环境质量优劣直接关系到城市的经济建设、人民的生产生活和环境保护等一系列问题[1]。因此，开展郑汴新区地下水质量综合评价，对于促进郑汴社会经济和生态环境持续健康发展，具有重要的战略意义。

地下水水质评价是地下水资源评价的一项十分重要内容，它的主要任务是根据地下水的主要物质成份和给定的水质标准，分析地下水水质的时空分布状况，为地下水资源的开发利用规划和管理提供科学依据[2]。目前，我们实行的是1993年制定的《地下水质量标准（ GB/14848- 93）》，该标准根据地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，参照生活饮用水、工业、农业用水水质要求，将地下水质量划分为五类。

1研究区概况

郑汴新区位于河南省中北部，省会郑州与开封市之间，北临黄河，西依邙岭，面积约2150km2。研究区北部为黄河冲积平原，地面标高一般90～75m，地势向东南缓倾斜；南部为山前冲洪积平原，地形缓倾，地面标高100～160m。地面较平坦开阔，微向东北、东、东南倾斜。

研究区广泛分布新生代新近纪和第四纪松散堆积物，主要含水类型为松散岩类孔隙水。长期以来，大面积区域生活用水、农业灌溉用水以浅层地下水为主，因此本文以浅层地下水为研究对象。

浅层含水层组的分布大致以陇海铁路为界，北部浅层含水层组由黄河冲积形成，包括全新统、上更新统、中更新统上段含水砂层。含水层岩性主要为中砂、中细砂、细砂，开采井深一般60～80m。

工作区南部浅层含水层主要由山前冲洪积细砂层形成，时代主要为上更新统和新近系，该含水层组埋藏浅，为农业用水主要开采层，井深25～55m。

2评价过程

2.1评价方法

内梅罗指数法是国家技术监督局于1994年实施的地下水质量标准（GB/T14848-93）中推荐的方法。该方法具备的数学过程简洁、运算方便等优点是其他综合评价方法所不具备的[3]。本文采用 “内梅罗综合指数法”进行浅层地下水质量评价。首先，对各个采样点参照表1进行单项组分进行打分，然后利用“内梅罗综合指数法”公式进行计算。计算公式为：

式中：F——综合评价分值；F——各单项组份评价分值Fi的平均值；Fmax——单项组份评价分值最大值；Fi——单项组份评价分值；n——参加评分的项数。

2.2评价参数的择定

评价指标按照《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中的要求的指标进行，评价项目有：感管指标，包括肉眼可见物、色度、浑浊度、嗅和味；水化学指标pH值、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁、铜、锰、锌、等，毒理指标氟化物、氨氮、汞、砷、硒、镍、钴、铍、铬、铅、镉、钡、碘、挥发酚、666、DDT共计31项指标。

3评价结果

3.1单项指标评价结果

在所选的无机指标中，超Ⅲ类水级别比例较高的指标依次为锰（54.2%）、铁（22.5%）、总硬度（18.1%）、亚硝酸亚（16.4%）、氟化物（9.8%）；其中Ⅴ类水级别比例较高依次为总硬度（8.6%）、铁（7.7%）、亚硝酸亚（6.9%）。

3.2综合指数评价结果

水质优良区主要分布在三官庙乡东至冯堂乡东部的小部分地区（图1），面积为27.08km2，占郑汴新区总面积的1.26%。水质良好区分布在孟庄镇以南龙王乡以北、三官庙乡——姚家乡——韩寺镇——杏花营乡一线的东南部地区，面積为449.56km2，占郑汴新区总面积的20.91%。水质较差区分布在郑州东区、中牟县、汴西新区的大部分地区，面积为1563.09km2，占郑汴新区总面积的72.7%。水质极差区分布在雁鸣湖镇与大孟乡之间的部分地区，以及谢庄镇——孟庄镇——张庄镇——八岗乡之间的地区，面积为110.27km2，占郑汴新区总面积的5.13%，影响浅层地下水质量级别的主要因子有总硬度、NO2- 、TDS、NH4+、Fe、Mn以及氟化物等。

4超标因子分布特征分析

4.1浅层地下水总硬度特征

据统计，郑汴新区浅层地下水总硬度为23.82～1126.5 mg/L，平均值为353.46 mg/L。以《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中Ⅲ类水的总硬度标准值作为参照，将浅层地下水分为3个区，分别为硬度M≤450mg/L，硬度450 mg/L900mg/L的地区的面积为40.4km2。

引起工作区浅层地下水总硬度超标的原因是多方面的，归纳起来主要有地表污水的渗入和地下水过量开采。

随着城市化进程的加快，城镇人口急剧膨胀，污水排放量相应增加，这些污水基本未经处理便排入地表水。从图2可以看出总硬度超标区主要分布在贾鲁河、引黄渠、小清河以及丈八沟沿岸。地表污水中很多酸、碱、盐类等物质被带进土壤层，经过化合分解、离子交换与离子效应等化学作用，把土壤中的钙、镁物质溶解或置换出来，造成地下水硬度升高。

经过与区域浅层地下水等水位线图的对比发现，地下水总硬度超标区基本上都位于区域地下水水位降落漏斗区或水位急剧下降区。地下水过量开采引起水动力场和水文地球化学环境的改变，污染载体与包气带和含水围岩之间发生一系列的水文地球化学作用，促使土壤及其下层沉积物的钙镁易溶盐、难溶盐及交换性钙镁由固相向水中转移，从而使地下水硬度增高[4-5]。

4.2浅层地下水NO2-含量分布特征

据统计，郑汴新区浅层地下水NO2-含量为0.003～4.98 mg/L，平均值为0.11mg/L。以《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中Ⅲ类水的标准值作为参照，计算出浅层地下水NO2-超标指数，绘制超标区分布图（图3），将浅层地下水分为3个区，分别为NO2-未超标区，NO2-超标指数>1区，NO2-超标指数>5区。可以看出，浅层地下水NO2-含量超标区主要分布在花园口镇东南至姚桥乡、万滩镇——东漳乡附近、狼城岗镇——水稻乡之间的区域、杏花营乡至开封西区、韩寺镇东部以及张庄镇——八岗乡——郑庵镇东，总面积为353.65km2，其中超标指数>5的严重超标地区的面积为59.76km2。

近年来，农业中氮肥的施用强度越来越大，加上农村生活废水和污染物的任意排放，使得土壤中总氮的增加。不同氮源所形成的氮通过土壤进入含水层，在一定生态条件和微生物的作用下，以 NO3-、NO2-、NH4+等形式存在，从而导致了NO2-、NO3-等含氮化合物的超标。

4.3淺层地下水铁含量分布特征

据统计，郑汴新区浅层地下水铁含量为0.04～12.24mg/L，平均值为0.69mg/L。以《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中Ⅲ类水的铁含量标准值作为参照，将浅层地下水分为3个区，分别为铁含量未超标区，铁含量超标指数>1区，铁含量超标指数>5区（图4）。可以看出，浅层地下水铁含量超标区主要分布在花园口镇至姚桥乡东一带、万滩镇及附近区域、东漳乡至开封市西区、大孟乡至姚家乡、郑庵镇附近、八岗乡至冯堂乡、薛店镇东以及刁家乡北，总面积为646km2，其中超标指数>5的严重超标地区的面积为85.76km2。

郑汴新区农业发达，土壤中含有丰富的有机质，浅层含水层为松散堆积砂层、砂砾卵石层，孔隙中富含有机质，当有机物发生厌氧反应，产生相当数量的硫化氢、二氧化碳和沼气，地层中的三价铁被还原为二价铁而溶于水中，三价铁的氧化物被硫化氢还原的过程如下：

生成的硫化铁在碳酸的作用下溶于水中：

另外，人类活动造成的污水进入地下水中激发地层中的铁和某些组分发生交换也会使铁含量升高[6]。

5结论

从分析结果上看，郑汴新区水质较差区分布在郑州东区、中牟县、汴西新区的大部分地区，占总面积的72.7%。水质极差区分布在雁鸣湖镇与大孟乡之间的部分地区，以及谢庄镇——孟庄镇——张庄镇——八岗乡之间的地区，占总面积的5.13%，影响浅层地下水质量的主要因子有总硬度、NO2- 、TDS、NH4+、Fe、Mn以及氟化物等。通过研究初步查明主要超标因子的分布特征以及形成机理，为以后做改善浅层地下水水质方面的研究打下了良好的基础，为地方政府制定地下水污染防治等方面的政策提供了水文地质方面的科学依据。

参考文献

[1]汪珊，孙继朝，李政红.西北地区地下水质量评价[J].水文地质工程地质.2004，（4）： 96～100.

[2]倪深海，白玉慧. BP神经网络模型在地下水水质评价中的应用[J].系统工程理论与实践. 2000， （8）：124～127.

[3]寇文杰，林健，陈忠荣，等.内梅罗指数法在水质评价中存在问题及修正[J].南水北调与水利科技.2012，10（4）： 39～41.

[4]吕航，李泽文，秦健，等.长春市地下水硬度异常及形成机理分析[J].中国环境管理， 2007（ 6） ： 33～39.

[5]乔光建，张均玲.邢台市平原区地下水环境问题分析[J].水资源保护，2002，18（4）： 25～27.

[6]任陶军，李晓，周亚芹.成都市地下水中铁、锰变化规律及成因分析[J].水土保持研究， 2007， 14（1） ：211～214.