2018年沈阳地区全年地下水水化学相关分析

孙婧妍

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110003)

0 引言

在我国供水水源中，地下水的作用十分重要，尤其在干旱或者半干旱地区，甚至唯一的工农业生产和生活的供水水源，可能是地下水[1]。根据《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》[2]统计，在我国北方地区，65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水均为地下水，全国655个城市中有400多个城市饮用水源被地下水覆盖。近年来，由于我国工业化、城市化进程加快的迅速程度，人类活动对地下水环境的影响也越来越强。由于自然因素和人为因素的共同影响，部分地区地下水蒸发，浓缩越来越强、地下水超采严重、水质趋于恶化、甚至地表水遭到了污染，同时，地下水位不断下降，造成了地面沉降、土地荒漠化等问题，对我国经济社会可持续发展具有十分强烈的制约作用[3]。因此，地下水环境的保护，关系到经济社会的可持续发展，更关系到我们子孙后代的生存安全问题。因此，评价区域地下水环境风险，应针对区域不同、尺度不同地下水的防污能力，找到地下水特征污染物的源头，确定地下水污染与人类活动之间的关系，从而发现易受污染的地下水高风险区，才能提供地下水水资源管理和环境保护针对性的决策意见[4]。因此，地下水化学类型的分类十分重要。

1 沈阳市地下水水质监测井站点分布

2018年沈阳市监测的42个监测井站点分布在沈阳市8个县区(新民、法库、康平、辽中区、苏家屯区、沈北新区、浑南区、于洪区)。其中新民14个，法库3个，康平4个，辽中区8个，苏家屯区5个，沈北新区4个，浑南区1个，于洪区3个。具体分布位置见表1。

表1 沈阳市县区地下水监测井站点一览表

2 沈阳市地下水水质监测项目及其监测频次

监测项目有水温、pH、色度、浊度、肉眼可见物、臭和味、总碱度、重碳酸盐、碳酸盐、总硬度、钙、镁、钾、钠、矿化度、溶解性总固体、硫酸盐、阴离子表面活性剂、氯化物、铜、锌、铁、锰、挥发酚、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、氟化物汞、砷、硒、六价铬、高锰酸盐指数、铅、镉、氰化物、总大肠菌群、细菌总数等38项指标。

2018年沈阳地区地下水一共监测了4次，分别在3月、5月、9月和11月。本文选取全年平均值。

3 地下水水化学类型评价方法

采用阿列金分类法对沈阳市2018年全年42个站点的地下水进行分类。此法首先将天然水按优势阴离子划分为三类：重碳酸盐水(HCO3-+CO32-)、硫酸盐水和氯化物水，它们的矿化度按该顺序越来越大，水质则越来越差。然后，又按优势阳离子在每一类中分为钙质、镁质和钠质(钾加钠)三个组。最后，再按阴阳离子间毫克当量的相对比例关系在每个组内划分为4个水型，见表2。

表2 地下水化学阿列金分类表

第Ⅰ型离子间的比例为[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]；

第Ⅱ型离子间的比例为[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]；

第Ⅲ型离子间的比例为[HCO3-+SO42+]<[Ca2++Mg2+]或[Cl-]>[Na+]；

第Ⅳ型离子间的比例为[HCO3-]=0，即酸性水。

第Ⅰ型水的特点是[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]，即碱度大于硬度。这一型水中含有很多Na+与K+的火成岩成分。水中主要离子成分为碳酸氢根(HCO3-)并且钠离子(Na+)含量也较多，这一型水一般硬度不大、水质很好，属于低矿化度水。

第Ⅱ型水的特点是[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]，碱度小于硬度。从成因上来说，这个类型的水的形成与沉积岩有关，为混合类型的水。这类水大多为矿化度中等或者较低的河水。

第Ⅲ型水的特点是[HCO3-+SO42-]<[Ca2++Mg2+]或者为[Cl-]>[Na+]。这型水也是混合水，天然水中的Na+被土壤底泥或含水层中的Ca2+或Mg2+交换，导致其成分发生很大变化。此种类型包含海水、大洋水等许多高矿化度的地下水。

第Ⅳ型水的特点是[HCO3-]=0，即酸性水。重碳酸类水中不含此型，只有氯化物类水和硫酸盐类水中，Ca2+组与Mg2+组中才可能有这一型水。一般自然界中天然水均不是这个类型(pH≤4.0)。

本分类中，各性质的水均用化学元素表示，“类”用相应的阴离子(C、S、Cl)的化学符号表示，“组”用阳离子(Ca、Mg、Na)的符号表示，写在“类”的方次位置。“型”则用罗马数字标在“类”符号的右下角。全符号写成下列形式：如CⅢCa表示重碳酸盐类钙组第三型水，CⅠMg表示氯化物类，镁组第二型水。

4 地下水水化学类型评价结果

4.1 全年地下水水化学类型评价

取沈阳地区2018年42个地下水站点，四个季度的监测平均值，按照阿列金法进行水化学类型划分，共分为6种类型(见图1)。这6种类型中，以CⅠCa型井，CⅡCa型井和CⅢCa型井为主，其中CⅠCa型井有5眼，占11.9%；CⅡCa型井有6眼，占14.3%；CⅢCa型井共有27眼，占64.3%。此外，CⅢMg型井1眼，为杨士岗子，占2.4%；ClⅢCa井共有2眼，分别为马虎山和刘二堡，占4.8%；SⅡNa型井有1眼，为茨榆坨，占2.4%。由此可见，沈阳地区优势的地下水类型为CⅢCa，地下水高矿化度，高硬度，说明该地区居民生活不适宜使用该地下水。

图1 2018年全年沈阳地区地下水化学类型比例图

经过漫长的地质变化过程，在一定的自然环境和地质环境下，地下水化学的成分及其存在形式的才会趋于稳定，均匀分布。以下8种离子在地下水中含量最多，即Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+。

2018年沈阳地区地下水阴离子中，重碳酸盐占比92.86%，氯化物占比4.76%，硫酸盐占比2.38%，优势阴离子为重碳酸盐，硫酸盐和氯化物含量不多，这说明沈阳地区的水化学特征以碳酸盐岩的溶解为主，沈阳地区地下水优势阴离子所占比例见图2。

图2 2018年沈阳地区地下水优势阴离子所占比例图

由图3可以看出：沈阳地区地下水钙离子(Ca2+)为优势阳离子，占95.24%，而钠离子(Na+)和镁离子(Mg2+)含量较低，均为2.38%。

图3 2018年沈阳地区地下水优势阳离子所占比例图

总硬度与总碱度在地下水水化学类型中的关系见图4。第Ⅰ型、第Ⅱ型水低硬度、低矿化度、水质相对较好；第Ⅲ型水高硬度、高矿化度、水质较差。由图可以发现，2018年沈阳地区地下水以Ⅲ型水占71.43%，为主要水型，；而Ⅰ型水和Ⅱ型水较少，分别占11.90%和16.67%，故Ⅲ型水占优势，这也说明2018年沈阳地区地下水为高硬度、高矿化度、水质相对不是很好，日常居民生活饮用不适宜。

图4 2018年沈阳地区地下水水型所占比例图

4.2 全年沈阳地区水化学类型分布情况

2018年沈阳市各县区地下水水化学类型分布见表3及图5，优势水化学类型在沈阳市各县区为CⅢCa型井，法库县、沈北新区及东陵区CⅢCa型井占比均达到100%，康平县、新民市次之，CⅢCa型井占比分别为75.00%和71.73%，其余县区如于洪区、苏家屯区及辽中区，CⅢCa型井占比也较高，其中辽中区能够达到42.86%，于洪区及苏家屯区均为33.33%。其次，除法库县、沈北新区及东陵区外，其余站点均有CⅡCa型井分布，分别为康平县1眼，占25%，新民市1眼，占7.14%，于洪区1眼，占33.33%，苏家屯区2眼，占40.00%，辽中区1眼，占14.29%；CⅠCa型井仅有新民市，于洪区和苏家屯区有分布，分别为新民市2眼，占14.29%，于洪区1眼，占33.33%，苏家屯区1眼，占20.00%。此外，其余水化学类型仅在新民市和辽中区有所分布，新民市仅有1眼ClⅢCa型井，占7.14%，辽中区有CⅢMg型井、ClⅢCa型井和SⅡNa型井各一眼，占比均为14.29%。

图5 2018年沈阳市各县区地下水水化学类型分布图

表3 2018年沈阳市各县区地下水水化学类型分布情况及所占比例

由此可见，从优势阴离子角度，沈阳市各县区地下水优势阴离子均为重碳酸盐，此外，硫酸盐类和氯化物类水在新民市及辽中区也有分布，硫酸盐类水在辽中区为1眼，占比14.29%，氯化物类水在新民市为1眼，占比7.14%，在辽中区为1眼，占比14.29%。钙组从优势阳离子角度占绝对优势，除辽中区有钠组井1眼及镁组井1眼外，其余各县区均为钙组井。

水质较好的Ⅰ型水在新民市、于洪区和苏家屯区均存在，分别为新民市2眼，占比14.29%，于洪区1眼，占比33.33%，苏家屯区1眼，占比20.00%；Ⅱ型水除法库县、沈北新区和东陵区外各县区均有分布，其中康平县1眼，占比25.00%，新民市1眼，占比7.14%，于洪区1眼，占比33.33%，苏家屯区2眼，占比40.00%，辽中区2眼，占比28.58%；从水型角度，除于洪区和苏家屯区外，沈阳市其余各县区均为Ⅲ型水比重大，占比分别为康平县75%、法库县100%、新民市92.86%、沈北新区100%、于洪区33.33%、东陵区100%、苏家屯区40%、辽中区71.42%。

从现有监测数据来看，各县区中，新民市、辽中区的水化学类型均比较多，其中三种优势阴离子均在辽中区出现，另外，钙组和镁组这两种优势阳离子也存在，辽中区一共有五种水化学类型，分别为CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、ClⅢCa和SⅡNa，这五种化学类型除CⅢCa型井为3眼，占比42.86%外，其余四种类型均为1种，占比14.29%；新民市分布了重碳酸盐和氯化物这两种优势阴离子，钙组和钠组这两种优势阳离子、一共有四种水化学类型，分别为；CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、ClⅢCa，这四种化学类型除CⅢCa型井为10眼，占比71.43%，CⅠCa型井为2眼，占比14.29%外，其余两种类型均为1种，占比7.14%。这说明新民市和辽中区地下水存在的岩层相对结构十分复杂，同时当地人人类日常生活也严重影响了地下水类型。

5 结论

(1)沈阳地区优势地下水水化学类型为CⅢCa型，重碳酸盐为优势阴离子，占比92.86%、钙离子为优势阳离子，Ⅲ型为优势水型，在日常的生产生活中，如涉及到此类地下水的使用，需重点考虑其优缺点，从而使运用更加合理。

(2)从各县区看，沈阳市各县区水化学类型均以为CⅢCa型井为主，康平县水化学类型为CⅡCa和CⅢCa；法库县水化学类型为CⅢCa；新民市水化学类型为CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa、和ClⅢCa；沈北新区水化学类型为CⅢCa；于洪区水化学类型为CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa；东陵区水化学类型为CⅢCa；辽中区水化学类型为CⅡCa、CⅢCa、CⅢMg、和ClⅢCa和SⅢNa；苏家屯区水化学类型为CⅠCa、CⅡCa、CⅢCa。各县区中，Ⅲ型水均为水化学类型主要类型，说明沈阳市地下水高矿化度，总碱度小于总硬度，不适宜居民日常生活使用。