齊齊哈爾市中心城區(qū)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

高淑紅

(齊齊爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

0 引 言

地下水是齊齊哈爾市城區(qū)居民生活用水和工農(nóng)業(yè)用水的主要水源，本次評(píng)價(jià)采取的20套水質(zhì)分析樣品對(duì)第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水和19套第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水，分別進(jìn)行生活飲用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水及工業(yè)鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)。

1 生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

1.1 模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)法，首先對(duì)地下水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)和《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB-T14848—93)，把地下水水質(zhì)分為5級(jí)(見表1)；根據(jù)模糊質(zhì)量指數(shù)(FQI)的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合工作區(qū)地下水污染狀況，按以上標(biāo)準(zhǔn)將工作區(qū)地下水水質(zhì)劃分級(jí)別。

依據(jù)我國地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)，并參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求，地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)將地下水質(zhì)量劃分為5類。

Ⅰ類：主要反映地下水水化學(xué)組分的天然低背景含量。適用于各種用途。

Ⅱ類：主要反映地下水水化學(xué)組分的天然背景含量。適用于各種用途。

Ⅲ類：以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)。主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水。

Ⅳ類：以工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水要求為依據(jù)。除適用于農(nóng)業(yè)用水和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后，可作為生活飲用水。

Ⅴ類：不宜飲用，其他用水可根據(jù)用水目的選用。

表1 水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

采用的是模糊數(shù)學(xué)中應(yīng)用廣泛的模糊綜合評(píng)判法，即B=A·R法。根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)資料，設(shè)Cl-、SO42-、溶解性總固體、氨氮、NO2-、NO3-、高錳酸鹽指數(shù)、As、總硬度﹜為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的集合，﹛Ⅰ類水、Ⅱ類水、Ⅲ類水、Ⅳ類水、Ⅴ類水﹜為水質(zhì)分級(jí)的集合。

1.2 第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水

根據(jù)2018年監(jiān)測(cè)點(diǎn)隸屬度水質(zhì)級(jí)別計(jì)算結(jié)果，按模糊綜合指數(shù)評(píng)分值將區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水分為水質(zhì)較好區(qū)、水質(zhì)中等區(qū)、水質(zhì)較差區(qū)、水質(zhì)極差區(qū)。

1.3 第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水

根據(jù)2018年收集第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水水質(zhì)檢測(cè)分析報(bào)告，按模糊綜合指數(shù)評(píng)分值將區(qū)內(nèi)第四系孔隙承壓水分為水質(zhì)優(yōu)良區(qū)、水質(zhì)較好區(qū)、水質(zhì)中等區(qū)、水質(zhì)較差區(qū)、水質(zhì)極差區(qū)，詳見表2。

表2 第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)表

悲觀狀態(tài)下，19眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井中，Ⅴ類水1眼，占總數(shù)的5.26%，Ⅳ類水7眼，占總數(shù)的36.84%，Ⅱ類水11眼、占總數(shù)的57.89%，由此可見，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水適用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)主要用水，適當(dāng)處理后，可用于生活用水的Ⅳ類的監(jiān)測(cè)井占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的36.84%，即水質(zhì)適用于各種用途的天然背景值的Ⅱ類水質(zhì)的監(jiān)測(cè)井占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的57.89%。樂觀狀態(tài)下，19眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井中，Ⅳ類水1眼，占總數(shù)的5.26%，Ⅲ類水1眼，占總數(shù)的5.26%，Ⅱ類水9眼，占總數(shù)的47.37%，Ⅰ類水8眼，占總數(shù)的42.11%。由此可見，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水不宜飲用的水質(zhì)點(diǎn)占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的5.26%；適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水的Ⅲ類水質(zhì)點(diǎn)占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的5.26%，即水質(zhì)適用于各種用途的天然背景值的Ⅱ類水質(zhì)的監(jiān)測(cè)井占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的47.37%，適用于各種用途的天然低背景值的Ⅰ類水質(zhì)的監(jiān)測(cè)井占評(píng)價(jià)區(qū)監(jiān)測(cè)井總數(shù)的42.11%。不同評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果相差較大。2種評(píng)價(jià)方法的結(jié)果完全一致的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位3個(gè)，占點(diǎn)位總數(shù)的15.79%，評(píng)價(jià)結(jié)果完全不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位16個(gè)，占點(diǎn)位總數(shù)的84.21%。當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果不同時(shí)，應(yīng)以評(píng)價(jià)等級(jí)較高為準(zhǔn)，按照本次對(duì)比分析，應(yīng)參考悲觀狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 水質(zhì)污染評(píng)價(jià)

2.1 第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水

結(jié)合《黑龍江省齊齊哈爾市江東地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)研究報(bào)告》往年相關(guān)水質(zhì)資料，選用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。選取監(jiān)測(cè)因子有總硬度、溶解性總固體、SO42-、Cl-、耗氧量、NO3-、NH4+、砷等8項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析結(jié)果見表3。

表3 第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水水質(zhì)污染評(píng)價(jià)分析表

水質(zhì)等級(jí)劃分是進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的依據(jù)。因此需根據(jù)內(nèi)梅羅公式進(jìn)行計(jì)算，求得每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)的內(nèi)梅羅指數(shù)，計(jì)算結(jié)果，指數(shù)范圍為0.580-5.421之間，據(jù)此便可劃分水質(zhì)等級(jí)，依據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合地下水污染狀況，將區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)劃分為3個(gè)等級(jí)[1]。結(jié)合評(píng)價(jià)區(qū)區(qū)域1984年水質(zhì)資料，對(duì)比分析見表4。

表4 第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水水質(zhì)評(píng)價(jià)占地面積對(duì)比一覽表

從表可以看出，2015年評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)水質(zhì)已無良好型水，以水質(zhì)一般區(qū)、水質(zhì)較差區(qū)、水質(zhì)很差區(qū)3種類型水為主。其中，水質(zhì)一般區(qū)從1984年的71.975km2，縮小到2015年的6.926km2，分布在北大營東北1.7km、鐵鋒區(qū)新發(fā)村一帶，占評(píng)價(jià)區(qū)面積的4.347%。由于人為生活環(huán)境的變化，飲用水從84年的潛水井到現(xiàn)如今的集中供水，污排水從84年的滲坑污排到現(xiàn)如今的城市污水集中排放，排水環(huán)境的改變致使局部地下水質(zhì)良性轉(zhuǎn)變。所以，地下水中除原生物質(zhì)鐵、錳含量超出標(biāo)準(zhǔn)外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)較好的水質(zhì)，加工處理可作為生活飲用水。其次，水質(zhì)較差區(qū)從1984年的57.357km2，擴(kuò)大到2015年的84.275km2，分布在二家屯、東溝村、蘆屯、向陽村、第一拖拉機(jī)制造廠西側(cè)一帶，在水質(zhì)一般區(qū)外圍地帶，占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的52.897%。隨著城市工業(yè)化的迅猛發(fā)展，人口逐漸向城區(qū)遷移，致使王屯周邊淺層地下水面源污染程度減小，由原污染很差區(qū)局部水質(zhì)污染程度減輕為污染較差區(qū)。評(píng)價(jià)區(qū)周邊多年為農(nóng)業(yè)用地，常年的施肥灌溉導(dǎo)致區(qū)域性面源污染，滲入淺層地下，污染地下水。隨著地下水東北向西南的流動(dòng)方向，局部地下水污染很差區(qū)水體外滲，導(dǎo)致周邊地區(qū)水體受到不同程度的污染。從水質(zhì)特征分析，As、NH4+、總大腸桿菌存在超標(biāo)跡象，As超標(biāo)分布在蘆屯、第一拖拉機(jī)制造廠西側(cè)、二家屯3處，超標(biāo)僅1-2倍；NH4+處向陽村附近以外，該區(qū)其他區(qū)域都存在超標(biāo)跡象，但超標(biāo)倍數(shù)較小，均小于1倍。該區(qū)水質(zhì)狀況較差，如加工處理可作為生活飲用水。

水體很差區(qū)從1984年的17.205km2，擴(kuò)大到2015年的68.113km2，主要分布在評(píng)價(jià)區(qū)的西部城區(qū)及南部一帶和評(píng)價(jià)區(qū)西部以四家子、宛屯、種畜場(chǎng)、及胡屯一帶，占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的42.753%。由于人口遷移和社會(huì)化生產(chǎn)飛速發(fā)展，導(dǎo)致區(qū)域性生活污水與工農(nóng)業(yè)廢水的產(chǎn)生量不斷增加，不同的排放方式導(dǎo)致多種污染物不同程度的污染。污染區(qū)主要集中在人口密集的市區(qū)中，其污染物主要以生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水為主，排放方式從當(dāng)初的渠排、污水庫等到現(xiàn)如今的城區(qū)污水集中處理排放，區(qū)域性水質(zhì)呈良性發(fā)展；市區(qū)周邊地帶一直以農(nóng)業(yè)種植為主，多年的農(nóng)田灌溉施肥導(dǎo)致區(qū)域性水質(zhì)持續(xù)污染。從水質(zhì)特征分析，除原生質(zhì)Fe、Mn超標(biāo)外，As、NH4+、NO3-的含量均有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，As主要在恒大名都、中醫(yī)院南院、鶴城駕校、啤酒廠西南150m處等4處地帶，超標(biāo)僅1-3倍；NH4+除建華水廠東北150m處以外，均存在超標(biāo)現(xiàn)象，超標(biāo)僅2-4倍；NO3-局部超標(biāo)，但超標(biāo)變幅較大曙光八隊(duì)超標(biāo)14.9倍、建華水廠東北150m處超標(biāo)39.64倍、啤酒廠西南150m處超標(biāo)1.3倍，水質(zhì)很差，如飲用需做適當(dāng)處理[2]。

2.2 第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水

第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水的水質(zhì)進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，主要針對(duì)現(xiàn)狀水質(zhì)進(jìn)行分析。選取收集19眼監(jiān)測(cè)資料(2015年評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))，監(jiān)測(cè)因子主要包括總硬度、溶解性總固體、SO42-、Cl-、耗氧量、NO3-、NH4+、砷等8項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析結(jié)果見表5。

表5 第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水污染評(píng)價(jià)分析表

從分析結(jié)果可以看出，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水污染評(píng)價(jià)水質(zhì)分級(jí)為良好型、一般型，該層水體質(zhì)量良好，未受污染。

3 農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水主要以第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水為主，故本次評(píng)價(jià)主要以淺層地下水為主。本次采用灌溉系數(shù)與農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法兩種方法對(duì)孔隙潛水予以評(píng)價(jià)。

3.1 灌溉系數(shù)計(jì)算法水質(zhì)評(píng)價(jià)

1)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。灌溉系數(shù)(Ka)：大于18，完全適于灌溉，1.2—18在潛水排水條件好時(shí)，適于灌溉，否則采取措施，以免鹽份聚集。小于1.2時(shí)，不適于直接灌溉水源。

表6 第四系孔隙潛水灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)表

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水完全適于灌溉的點(diǎn)位有13個(gè)，占評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的65%；在潛水排水條件好時(shí)，適于灌溉的點(diǎn)位有7個(gè)，占評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的35%。

3.2 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

依據(jù)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084—92)，見表7，選取化學(xué)耗氧量、PH、全鹽量、氯化物、總汞、總鎘、總砷、六價(jià)鉻、總鉛、總銅、總鋅、氰化物、揮發(fā)酚等14項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，北大營東北1.7km的QP2號(hào)點(diǎn)的砷超標(biāo)準(zhǔn)限值，不適合灌溉，其余均符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)要求。

表7 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

4 鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

在工業(yè)用水中，鍋爐用水比較普遍，對(duì)水質(zhì)的要求也較高。水在蒸汽鍋爐是處在高溫、高壓條件下，水中的一些化學(xué)物質(zhì)會(huì)發(fā)生各種不良化學(xué)反應(yīng)，主要有成垢作用、起泡作用和腐蝕作用。本次工業(yè)鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)主要對(duì)第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水及第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水分別給予評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容為鍋垢總量(H0)、硬垢系數(shù)(Kn)、起泡系數(shù)(F)、腐蝕系數(shù)(Kk)四項(xiàng)指標(biāo)。

4.1 鍋垢總重量(H0)

(H0)=S+C+36c(1/2Fe2+)+17c(1/3Al3+)+20c(1/2Mg2+)+59c(1/2Ca2+)

H0為鍋垢總重量，mg/L；S為水中懸浮物含量，mg/L；C為膠體(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量，mg/L；C(1/2Fe2+)、c(1/3Al3+)、c(1/2Mg2+)、c(1/2Ca2+)分別為Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+為離子以單位電荷為基本單元計(jì)算的物質(zhì)的量濃度，單位為mmol/L。

4.2 硬垢系數(shù)(Kn)

Kn= Hn/H0

Hn=Si02+20c(1/2Mg2+)+68 [cCl-+c(1/2SO42-)-cNa+-cK+]

Hn為硬鍋垢重量，mg/L；SiO2為二氧化硅的含量，mg/L。

4.3 起泡系數(shù)(F)。

F=62cNa++78cK+cNa+、cK+分別為cNa+、K+的毫摩爾濃度(mmol/L)

4.4 腐蝕作用

酸性水：Kk=1.008(rH++ rAl3++ rFe2++ rMg2+- rHCO3-- CO32-)，

堿性水：Kk=1.008(rMg2+- rHCO3-)

式中: rMg2為鎂含量(毫克當(dāng)量/升)；rHCO3為重碳酸含量(毫克當(dāng)量/升)

4.5 第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水

第四系孔隙潛水水質(zhì)評(píng)價(jià)為鍋垢很少僅在二家屯Qp17處，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)井5%；鍋垢少的水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)共10個(gè)，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的50%，主要分布在北大營東北150m、四家子、宛屯東南、蘆屯、東溝村、大民鎮(zhèn)南院、水資源辦公室院內(nèi)、恒大名都、中醫(yī)院南院、啤酒廠西南150m處、鐵鋒區(qū)新發(fā)村等地帶；鍋垢多的水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)共8處，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的40%，主要分布在曙光八隊(duì)、胡屯、東達(dá)胡屯、向陽村、查罕諾、第一拖拉機(jī)制造廠西側(cè)、中醫(yī)院南院、鶴城駕校等地帶；鍋垢很多僅一處，為建華水廠，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的5%。產(chǎn)生中等沉淀物的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)4處，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的20%，分布在曙光八隊(duì)、四家子、建華水廠、啤酒廠西南150處；其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生軟沉淀物。水質(zhì)產(chǎn)生起泡現(xiàn)象的點(diǎn)有6處，占評(píng)價(jià)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的30%，主要分布在胡屯、東達(dá)胡屯、建華水廠、恒大名都、中醫(yī)院南院、啤酒廠西南150m等4處地帶；其余水質(zhì)為半起泡。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)水質(zhì)除四家子QP4監(jiān)測(cè)點(diǎn)為半腐蝕性，其他均為非腐蝕性水，對(duì)工業(yè)鍋爐不具有腐蝕性。

4.6 第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水

第四系孔隙承壓水為鍋垢少型、很少型兩種等級(jí)。其中鍋垢少型有6處，占評(píng)價(jià)區(qū)承壓水監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的34.58%，主要分布在炮臺(tái)屯北西400m、北大倉酒廠、齊齊哈爾市啤酒廠、建華水廠、鐵鋒水廠、齊市金鑼肉制品有限公司等地帶，其余為很少型。鍋垢的性質(zhì)評(píng)價(jià)為中等沉淀—軟沉淀、局部硬沉淀，其中，硬沉淀主要有兩處，主要分布二家屯、鐵鋒水廠附近；軟沉淀主要分布在炮臺(tái)屯北西400m、北大倉酒廠兩處地帶；其余地帶為中等沉淀。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水產(chǎn)生起泡現(xiàn)象主要以半起泡現(xiàn)象(機(jī)車鍋爐、須2-3d換一次水)為主。腐蝕作用評(píng)價(jià)均為非腐蝕性水，適宜鍋爐用水。

5 結(jié) 語

以上評(píng)價(jià)分析全面、準(zhǔn)確、科學(xué)地反映中心城區(qū)地下水水質(zhì)狀況，掌握地下水水質(zhì)變化規(guī)律，科學(xué)合理地控制、規(guī)范地下水開采，不斷改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，科學(xué)配置水資源提供決策依據(jù)。