南四湖流域地表水水化学特征分析

孔 舒，尹静章，许铭玉

(1.济宁市水文中心，山东 济宁 272000；2.德州市水文中心，山东 德州 253000)

1 概况

南四湖是我国北方最重要的湖泊之一，全湖面积1266km2，总库容约47亿m3。是山东省第一大湖泊，也是中国重要的淡水湖泊之一。

南四湖在山东省内的流域面积为27075km2，其中济宁市境内11213km2、枣庄市境内3010km2、泰安市境内1103km2、菏泽市境内11749km2。南四湖属浅水富营养型湖泊，物产丰富、自然资源众多，是山东省重要的渔业养殖业基地。沿湖城市发达，工业以煤炭、电力为主；农业以小麦、玉米粮油等经济作物为主，是鲁西南重要的鱼米之乡。

南四湖流域地质地貌特点是大地单元构造属中朝准地台一鲁西中台隆的济宁一成武凹断束，西部聊考断裂以西东明一带为华北台坳开封台陷花园口台凹，东部宁阳。滕州一线以东为鲁西中台隆鲁西拱断束尼山穹断束。断裂和隆起颇多。主要褶皱方向为北东向、北东东向，主要有宁阳背斜、滋阳背斜等。主要断裂分为北东、北东东向和近南北向两组，前者主要有汶泗、郓城等断裂，后者主要有峄山、济宁等断裂。岩性主要有黑云母花岗片麻岩、黑云母变质岩、粘土等。

南四湖流域及主要河流示意如图1所示。

图1 南四湖流域及主要河流示意图

2 监测方案

2.1 评价范围

本次调查评价的范围为南四湖流域及南四湖重要河流断面流域(泗河流域、书院控制站以上流域)。调查汇总单元为南四湖流域套地级行政区。评价成果汇总单元为南四湖流域套地级行政区。

2.2 站点的布设原则

为了能够全面真实的反映南四湖流域地表水水化学特点，本次评价中，对南四湖湖区监测点进行加密布设，共布设11处湖区站点。在南四湖流域山东区域中的大型河流的入湖口处均布设监测点。

为客观的反映各县市水域水化学性质的不同，在各大型河流经过的市界、县界处加密布设监测点。南四湖流域山东区域共布设了82处水环境监测站点。

2.3 监测项目及频次

为分析南四湖流域地表水水化学特性，本次评价中选取钙、重碳酸盐、碳酸盐、总硬度、钾、铁、汞、钠等37个项目进行水环境质量检测，使得所测项目成果满足水化学特性评价的要求。

选取评价区域的水质站点每月监测1次，全年监测12次，本次评价成果使用年度检测结果平均值进行分析评价。

2.4 评价方法

地表水水化学特征评价一般分为总硬度评价、水化学类型评价和矿化度评价3个部分，本次评价过程均采用国际通用的阿列金分类法进行。

水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。总硬度评价是将水体中的总硬度按照数值的大小分为5个等级，见表1。

表1 地表水水体总硬度分级情况表 单位：mg/L

水体中的矿化度是指水中的金属离子形成的无机盐的总含量。本次评价将矿化度按照含量的数值大小分为五级，见表2。

表2 地表水矿化度分级标准 单位：mg/L

阿列金分类法是由俄国学者提出的，按水体中阴、阳离子的优势组成成分和阴阳离子间的比例关系确定水体水化学类型的分类方法。阿列金分类法首先按照评价水体中含量最多的阴离子，将水分为3类：氯化物类(Cl)和碳酸盐类(C)、硫酸盐类(S)。然后在阴离子分类的基础上，按照阳离子含量最多的3个种类，将水分为3组，分别为：钙组(Ca)镁组(Mg)和钠组(Na)。在完成以上评价的基础上，再根据水体中阳离子的成分及比例关系分为4个型：

Ⅰ型：碳酸盐和重碳酸盐的含量高于钙镁离子的总和，这种水体中碳酸盐含量较高。

Ⅱ型：钙镁离子的总量高于碳酸氢盐的含量，但是小于碳酸氢盐和硫酸盐含量的总和，浅层地下水符合此种特点的较多。

第Ⅰ型水的特点水中钾、钠离子含量较多。这种类型的水体成分大多来自于火成岩的冲刷溶融。水中主要成分是碳酸氢盐和较多的钠离子，由于钙镁离子含量较低，此类型的水矿化度含量一般较低，水体的总硬度较小。这类水体水质较好。

第Ⅱ型水体中含有较多的钙离子和镁离子，这类水与沉积岩的性质有关，水中的总硬度大于水中的碱度。地下水和部分湖泊(水库)水质属于这种类型。

第Ⅲ型水的特点是钙镁离子的含量高于碳酸盐的硫酸盐含量的总和，或者氯化物的含量高于钠离子的量。一般矿化度较高的水体都是这一类型，比如海洋水和高盐度的地下水。

第Ⅳ型水的特点是碳酸盐含量很小，水体呈酸性。天然水体中几乎不存在这种水。

水化学类型的不同是由于水体所在的自然环境造成的，土壤地质不同，含水层地质不同，导致水中的离子含量成分不同。

3 水化学特征评价结果

3.1 总硬度

本次流域评价共确定82处总硬度评价站点，根据检测结果：符合总硬度三级标准的评价站点有19处，占总数的23.2%；有44处站点达到总硬度四级标准，占评价站点总数的53.6%；达到总硬度五级标准的有19个站点，占评价站点总数的23.2%。评价区域中站点均不符合一级或二级标准。可见，南四湖流域内的水体总硬度分属三、四、五级，总硬度检测最低值是济宁市东部的西苇水库评价站点；总硬度检测最高值是枣庄滕州市群乐桥评价站点。

由评价结果看出：南四湖流域总硬度呈现有规律的片状分布，其中济宁泗水县、邹城东部、滕州市东北部和山亭区东北部属于三级硬度区，总硬度值在250mg/L以下；其余地区总硬度均大于250mg/L。与矿化度的分布特点相符合。

总体来说，南四湖流域内地表水体中的总硬度含量自东向西增加，呈现有规律性的分布特点，总硬度分布特点与南四湖流域的地形地貌特征紧密相关。总硬度三级区集中在流域的东北部山区(包括泗水县东北部、曲阜市东南部、邹城市中东部和山亭区东北部地区)；济宁中部(包括邹城市西部、任城区、梁山县和微山县)总硬度水平均为四级，济宁西部和菏泽市总硬度均属五级。枣庄地区以硬水为主。评价区域内大部分地区是高硬度(>250mg/L)区。南四湖流域地表水总硬度特征分布如图2所示。

图2 南四湖流域地表水总硬度特征分布图

3.2 矿化度

评价流域中共设置监测点82处；达到矿化度二级标准的评价站点有1处，占评价总站点的1.2%；达到矿化度三级标准的评价站点有12处，占评价总站点的14.6%；达到矿化度四级标准的评价站点有33处，占评价总站点的40.3%；评价区域内没有站点符合矿化度一级标准。达到矿化度五级标准的评价站点有36处，占评价总站点的43.9%。矿化度检测最低值出现在济宁市东部的西苇水库；矿化度最高检测值出现在菏泽市沙土集。

从整体情况看，流域内矿化度呈现有规律的分布状态，流域内矿化度在三级至五级之间，流域内主要为矿化度四级区和五级区。评价流域中西部(济宁市西部和菏泽市东部)矿化度较高，为五级区；流域的中东部(济宁市中西部和滕州市大部分地区)和流域西部(曹县、东明县大部分和单县西部)均为矿化度四级区，流域的东北部(包括泗水县大部分、曲阜市东南部、邹城市中东部和枣庄市东北部地区)为矿化度三级区。

从行政区来看，三级矿化度出现在济宁泗水县、邹城东部和滕州市东北部；呈片状分布；五级矿化度出现在菏泽市东部和济宁市西部，呈片状分布；四级矿化度出现在济宁市中东部和菏泽市西部，滕州市和山亭区大部分地区均属矿化度四级区。这与总硬度评价结果相符。南四湖流域地表水矿化度特征分布如图3所示。

图3 南四湖流域地表水矿化度特征分布图

3.3 水化学类型

地表水中主要离子有钾离子、钙离子、硫酸盐、氯化物和碳酸盐等水中8种主要离子。这些离子的总量数值上接近水体的矿化度。本次评价按照水体中阴、阳离子间的成分组成和比例关系来决定水化学类型的分类。然后按照阿列金分类法进行评价。

以水资源分区来看，湖西区以Cl类Na组Ⅱ型为主；西部少量分布有C类Na组Ⅱ型分布；评价区东部为山区，以Cl类Na组Ⅲ型为主，与地形特征相符；北部有S类Na组Ⅲ型出现，应该与此处靠近黄河有关；西南部有S类Ca组Ⅱ型出现；湖东区西部为Cl类Na组Ⅱ型，与湖西区相同。

以行政区来看，枣庄薛城区、山亭区南部和微山东南部为S类Ca组Ⅱ型；泗水县、曲阜市、邹城市和滕州市大部、山亭区北部均属于Cl类Na组Ⅲ型，微山县和宁阳县北部及兖州部分地区出现S类Na组Ⅲ型；济宁市西部和菏泽大部分地区属于Cl类Na组Ⅱ型。菏泽市东明县南部、曹县西部和单县西北部为C类Na组Ⅱ型。南四湖流域地表水水化学类型分区如图4所示。

图4 南四湖流域地表水水化学类型分区图

4 成果合理性分析

4.1 评价结果与地质地貌特征相符

4.2 总硬度、矿化度和水化学类型三者关系合理

本文对南四湖流域主要河流水体的化学特性进行了系统的检测评价，对南四湖流域地表水的总硬度、矿化度和水化学特征进行了分析研究。结果表明：南四湖流域矿化度以三级、四级为主，少部分地区处于矿化度二级区，南四湖流域水体属于较高矿化度水体；总硬度评级以三级为主，部分地区属于总硬度二级区或一级区，属于适度硬度水。通过对水化学类型进行分析发现：南四湖流域大部分地区属于Cl类，流域东部山区属于C类，极少部分区域属于S；流域内Na组Ⅱ型和Na组Ⅲ型均有分布。

与上次南四湖流域水化学评价成果相比，流域内地表水矿化度和总硬度含量变大，矿化度和总硬度分级逐级变高。

5 水化学影响因素分析及保护措施

地表水水化学分布特征容易受到诸多因素的影响，例如：降水、环境条件，水源补给地地质条件和人类活动等因素。通过对分析：地质地貌条件的影响对南四湖流域的水化学特性起主导作用，区域内的地形地貌条件、岩石成分组成、土壤成分类型等直接影响区域内的地表水水化学类型。南四湖流域水化学分布规律和流域内地形地貌特点相符。可见，南四湖流域水化学特点主要受流域内地形地貌影响，其主要的水化学类型特征分类并未改变。

由于受人类活动和工农业生产的影响，区域内地表水矿化度和总硬度的含量持续升高，矿化度和总硬度级别也对应升高。流域内水化学特征类型呈现相应的变化。我们应实施相应的措施，法制化、规范化的管理利用流域水资源。实现生活、生产和生态的合理分配，水资源和经济社会的协调发展。确保南四湖流域水资源的可持续利用。

6 结语

南四湖流域是我国重要的自然生态水域，南四湖流域水资源的开发与利用对我国社会发展和生态安全的保障，具有十分重要的作用。通过对南四湖流域地表水水化学特征的探究，可以为南四湖流域的环境治理提供有效的基础资料，对促进水资源的可持续利用，提供了可靠地数据支撑。对保护南四湖生态安全和实现南四湖的可持续发展具有重要的意义。

通过本次对水化学站点的监测和数据分析发现：由于监测站点布设密度的问题和水环境监测频率等条件的制约，本文在地表水水化学分布规律的总结上还不尽完美。