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摘要 [目的]探明影响庆南地区水质评价标准的因素及其分布规律。[方法]在研究区内，以21个采样点的溶解性固体总量（TDS）、总硬度为分析元素，利用内梅罗指数法综合评价研究区水质污染程度，对整个研究区的水质情况进行合理判定。[结果]预测区与现状污染区有高度的重叠性，可作为今后水质专项研究的重点区域。在该区域内利用地电特征来确定水源井区域可获得较好的成果。[结论]该研究可为庆南地区地下水资源的保护提供科学依据。
关键词 水化学分类；综合指数分析法；水质污染预测；水源成井
中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）23-53-03
地下水中的某些离子的分布与其所处环境有一定的关联性，对于分布比较离散的离子其研究意义不是很大，而针对具体采样化验结果中数值反应密集的离子进行规范化分析更具有现实指导意义[1-3]。庆南地区位于甘肃省庆阳市南部，隶属于陇东煤炭与煤电化基地。庆阳市是甘肃省赋煤好的区域之一，其中主要保有的煤炭储量位于庆南地区的正宁县、宁县、合水县及环县等地。早期该区域内只有大比例尺的水文地质调查，对水质的认识程度较低，且局限性较大。近年来，该地区划定了一些大型煤炭勘查区，在取得煤层基础资料的基础上进一步核实了水质的情况。白垩系水是当地饮用水的第1个开采层，近年来煤炭资源的开采与开发使得地下水化学特征有部分变化，因此，笔者在重点水源地附近采取地下水样，对其水质进行系统分析，同时对地下水污染区变化进行预测分区，然后以水源成井选择条件来确定合适的水源成井区域，旨在为今后开采矿井时保护地下水资源提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
庆南地区地下水以白垩系下统层状孔隙、裂隙承压水为主，第四系潜水及新近系、侏罗系承压水次之；深部环河组、洛河组、直罗组、延安组普遍具有承压水分布，其中洛河组富水性较好，其他含水层的富水性差。研究区内的采样点分布如图1所示。
储存于第四系中更新统离石黄土中的地下水以大气降水补给为主。第四系中更新统黄土层潜水由塬面中心地段向四周径流，径流条件好。河谷区现代冲洪积层潜水由两侧向中心或由上游向下游径流。河谷区现代冲洪积层潜水与其两侧的基岩风化裂隙带潜水有密切的水力联系，具有良好的储水空间，透水性、储水性强，易接受大气降水的渗入补给；水位埋藏浅，一般3.0～6.0 m，季节性变化明显，且与地表河流存在互补关系，一般枯水期地下水补给地表水，丰水期地表水补给地下水。区内白垩系下统环河组以泥岩及砂质泥岩为主，具有良好的隔水性能，且其厚度大，因而下伏的白垩系下统洛河组、宜君组含水层及侏罗系承压裂隙含水层基本不接受区内大气降水的间接补给。补给来源主要为西部的含水层侧向补给，层间越流补给极为微弱（图2）。
1.2 研究方法
采样时间为2010～2013年，采样地点垂直于地下水流向。采样容器材料选用聚乙烯类材料，容器以清洁剂稀水溶液清洗，自来水冲洗，纯水清洗3次，控干或烘干后旋紧瓶盖。储存在1～5 ℃的气温下保存时限最长为30 d。
在研究区内，以21个采样点的溶解性固体总量（TDS）、总硬度为分析元素，利用内梅罗指数法综合评价研究区水质污染程度，便于对整个研究区的水质情况作合理判定。以单因子指数法来确定主要污染指标，以综合因子指数法来评价水质污染程度[4]。单因子指数法是以某项组分i的实测浓度与这种i组分的评价标准的比值来反映地下水的受污染程度，当比值<1时，表示地下水未受到污染；比值>表示地下水已受到污染，并且数值越大表示受污染程度越严重[5]。TDS和总硬度的评价标准以Ⅲ类水作为基准，以便直接判断是否可以供生活饮用。
式中，Fi表示单项污染指数；Ci为单项污染物含量实测值；Si为单项污染物评价标准；F为采样点的综合污染指数； F→为单项污染指数的平均值；Fmax为单项污染指数的最大值。
2 结果与分析
2.1 水质分析结果
由于平均值和标准差不能反映数据的离散程度，因些在数据分析中引入变异系数作为参考选定的项目。由表1可以看出，NO-3和NH4的变异系数分别达到0.82和1.25，变异性较大；Mg2+、Cl-、Ca2+和SO2-4的变异系数分别为0.54、0.49、0.47和0.47，分散程度存在一定的离散性；其余水化学成分的数值尽管平均值与中值存在一定的差异，但其变异系数变化不大，其中，pH变异系数仅为0.04，中值与平均值仅差0.07。根据舒卡列夫分类表[5]对21组水样进行水化学分类，其结果显示绝大多数为35-B，少量为39-B，极个别为33-A（A型矿化度<1.5 g/L，B型矿化度为1.5～10.0 g/L）。研究区采样点的矿化度类型共有4类，分别为SO4-Na、Cl-Na、SO4-Ca、SO4-Mg，其主要水化学类型为SO4-Na型（图3）。
根据单因子指数法评价分析结果（表2）和综合指数法评价分析结果（表3），再结合地下水综合指数分区表[5]可判断研究区的地下水TDS综合污染指数>3.00，属于重度污染区；另根据总硬度综合污染指数为1.65可判断研究区属于初始污染区。2种因素综合考虑得出，研究区的污染已经开始，并已经趋于严重势态，应采取得力措施防止地下水源受到进一步污染。
图4为研究区总硬度污染指数分布情况，图5为研究区TDS污染指数分布情况，2种因素影响范围有一定的重叠区。结合2种因素的重叠区可以作为水质研究的重点靶区，防止已污染区的水质进一步恶化。由图6可知，2种因素叠加的结果显示重度污染区的范围明显扩大。值得提出的是，导致这种评价结论仅与某一类的水质评价因素相关。
2.2 水源井选择分析
首先要将拟采的含水层岩性进行分类（如松散岩类区、碎屑岩类区、碳酸岩类区和复合岩类区），在含水层分类的基础上深入进行地形地貌特征、地层岩性及地电特征的分析。该研究区域的含水层分类为碎屑岩区，由于其含水介质主要为孔隙含水岩组，在一般情况下，其水质较好的范围普遍反映出高阻特征[1]。因此，需要在水质较好的层位找高阻区。若遇到高阻区中电阻率持续下降则可能是由于其颗粒变细、水质矿化度变高造成的，需在研究中重点把握。
3 结论
（1）研究显示，TDS污染程度最重地区（污染指数>3.00）呈带状分布，对照该地区的地质图可以看出，该分布区与地理地貌吻合，在泾河附近其污染程度是全区最严重的区域，应与人类的活动有密切的关系。因此，下一阶段要特别注意已污染区域的有效隔离，防止污染进一步扩大。
（2）研究区西北角、东南部的水质较好，经处理后可作为生活用水和工业用水。
（3）根据该地区的地下水赋存特点，除了地层沉积厚度较大的中心塬区、古河道及地势低洼的细粉砂层这些特殊地区之外，还要根据地电特征，重点筛查白垩系洛河组地电特征，划出高阻带，作为水源靶区。
参考文献
[1]樊小舟.水文地质钻探与水源井成井技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2015.
[2]杨文焕，陈阿辉，李卫平，等.克鲁伦河水质评价及其对呼伦湖水环境影响分析[J].环境工程，2015，33（10）：113-116.
[3]曾玉超，戴韵，刘娜，等.基于指标分类的地下水水质评价模型及其应用[J].世界地质，2008，27（3）：279-283.
[4]卢文喜，李迪，张蕾，等.基于层次分析法的模糊综合评价在水质评价中的应用[J].节水灌溉，2011（3）：43-46.
[5]汪民，殷跃平，文冬光.水文地质手册[M].北京：地质出版社，2012.
关键词 水化学分类；综合指数分析法；水质污染预测；水源成井
中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）23-53-03
地下水中的某些离子的分布与其所处环境有一定的关联性，对于分布比较离散的离子其研究意义不是很大，而针对具体采样化验结果中数值反应密集的离子进行规范化分析更具有现实指导意义[1-3]。庆南地区位于甘肃省庆阳市南部，隶属于陇东煤炭与煤电化基地。庆阳市是甘肃省赋煤好的区域之一，其中主要保有的煤炭储量位于庆南地区的正宁县、宁县、合水县及环县等地。早期该区域内只有大比例尺的水文地质调查，对水质的认识程度较低，且局限性较大。近年来，该地区划定了一些大型煤炭勘查区，在取得煤层基础资料的基础上进一步核实了水质的情况。白垩系水是当地饮用水的第1个开采层，近年来煤炭资源的开采与开发使得地下水化学特征有部分变化，因此，笔者在重点水源地附近采取地下水样，对其水质进行系统分析，同时对地下水污染区变化进行预测分区，然后以水源成井选择条件来确定合适的水源成井区域，旨在为今后开采矿井时保护地下水资源提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
庆南地区地下水以白垩系下统层状孔隙、裂隙承压水为主，第四系潜水及新近系、侏罗系承压水次之；深部环河组、洛河组、直罗组、延安组普遍具有承压水分布，其中洛河组富水性较好，其他含水层的富水性差。研究区内的采样点分布如图1所示。
储存于第四系中更新统离石黄土中的地下水以大气降水补给为主。第四系中更新统黄土层潜水由塬面中心地段向四周径流，径流条件好。河谷区现代冲洪积层潜水由两侧向中心或由上游向下游径流。河谷区现代冲洪积层潜水与其两侧的基岩风化裂隙带潜水有密切的水力联系，具有良好的储水空间，透水性、储水性强，易接受大气降水的渗入补给；水位埋藏浅，一般3.0～6.0 m，季节性变化明显，且与地表河流存在互补关系，一般枯水期地下水补给地表水，丰水期地表水补给地下水。区内白垩系下统环河组以泥岩及砂质泥岩为主，具有良好的隔水性能，且其厚度大，因而下伏的白垩系下统洛河组、宜君组含水层及侏罗系承压裂隙含水层基本不接受区内大气降水的间接补给。补给来源主要为西部的含水层侧向补给，层间越流补给极为微弱（图2）。
1.2 研究方法
采样时间为2010～2013年，采样地点垂直于地下水流向。采样容器材料选用聚乙烯类材料，容器以清洁剂稀水溶液清洗，自来水冲洗，纯水清洗3次，控干或烘干后旋紧瓶盖。储存在1～5 ℃的气温下保存时限最长为30 d。
在研究区内，以21个采样点的溶解性固体总量（TDS）、总硬度为分析元素，利用内梅罗指数法综合评价研究区水质污染程度，便于对整个研究区的水质情况作合理判定。以单因子指数法来确定主要污染指标，以综合因子指数法来评价水质污染程度[4]。单因子指数法是以某项组分i的实测浓度与这种i组分的评价标准的比值来反映地下水的受污染程度，当比值<1时，表示地下水未受到污染；比值>表示地下水已受到污染，并且数值越大表示受污染程度越严重[5]。TDS和总硬度的评价标准以Ⅲ类水作为基准，以便直接判断是否可以供生活饮用。
式中，Fi表示单项污染指数；Ci为单项污染物含量实测值；Si为单项污染物评价标准；F为采样点的综合污染指数； F→为单项污染指数的平均值；Fmax为单项污染指数的最大值。
2 结果与分析
2.1 水质分析结果
由于平均值和标准差不能反映数据的离散程度，因些在数据分析中引入变异系数作为参考选定的项目。由表1可以看出，NO-3和NH4的变异系数分别达到0.82和1.25，变异性较大；Mg2+、Cl-、Ca2+和SO2-4的变异系数分别为0.54、0.49、0.47和0.47，分散程度存在一定的离散性；其余水化学成分的数值尽管平均值与中值存在一定的差异，但其变异系数变化不大，其中，pH变异系数仅为0.04，中值与平均值仅差0.07。根据舒卡列夫分类表[5]对21组水样进行水化学分类，其结果显示绝大多数为35-B，少量为39-B，极个别为33-A（A型矿化度<1.5 g/L，B型矿化度为1.5～10.0 g/L）。研究区采样点的矿化度类型共有4类，分别为SO4-Na、Cl-Na、SO4-Ca、SO4-Mg，其主要水化学类型为SO4-Na型（图3）。
根据单因子指数法评价分析结果（表2）和综合指数法评价分析结果（表3），再结合地下水综合指数分区表[5]可判断研究区的地下水TDS综合污染指数>3.00，属于重度污染区；另根据总硬度综合污染指数为1.65可判断研究区属于初始污染区。2种因素综合考虑得出，研究区的污染已经开始，并已经趋于严重势态，应采取得力措施防止地下水源受到进一步污染。
图4为研究区总硬度污染指数分布情况，图5为研究区TDS污染指数分布情况，2种因素影响范围有一定的重叠区。结合2种因素的重叠区可以作为水质研究的重点靶区，防止已污染区的水质进一步恶化。由图6可知，2种因素叠加的结果显示重度污染区的范围明显扩大。值得提出的是，导致这种评价结论仅与某一类的水质评价因素相关。
2.2 水源井选择分析
首先要将拟采的含水层岩性进行分类（如松散岩类区、碎屑岩类区、碳酸岩类区和复合岩类区），在含水层分类的基础上深入进行地形地貌特征、地层岩性及地电特征的分析。该研究区域的含水层分类为碎屑岩区，由于其含水介质主要为孔隙含水岩组，在一般情况下，其水质较好的范围普遍反映出高阻特征[1]。因此，需要在水质较好的层位找高阻区。若遇到高阻区中电阻率持续下降则可能是由于其颗粒变细、水质矿化度变高造成的，需在研究中重点把握。
3 结论
（1）研究显示，TDS污染程度最重地区（污染指数>3.00）呈带状分布，对照该地区的地质图可以看出，该分布区与地理地貌吻合，在泾河附近其污染程度是全区最严重的区域，应与人类的活动有密切的关系。因此，下一阶段要特别注意已污染区域的有效隔离，防止污染进一步扩大。
（2）研究区西北角、东南部的水质较好，经处理后可作为生活用水和工业用水。
（3）根据该地区的地下水赋存特点，除了地层沉积厚度较大的中心塬区、古河道及地势低洼的细粉砂层这些特殊地区之外，还要根据地电特征，重点筛查白垩系洛河组地电特征，划出高阻带，作为水源靶区。
参考文献
[1]樊小舟.水文地质钻探与水源井成井技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2015.
[2]杨文焕，陈阿辉，李卫平，等.克鲁伦河水质评价及其对呼伦湖水环境影响分析[J].环境工程，2015，33（10）：113-116.
[3]曾玉超，戴韵，刘娜，等.基于指标分类的地下水水质评价模型及其应用[J].世界地质，2008，27（3）：279-283.
[4]卢文喜，李迪，张蕾，等.基于层次分析法的模糊综合评价在水质评价中的应用[J].节水灌溉，2011（3）：43-46.
[5]汪民，殷跃平，文冬光.水文地质手册[M].北京：地质出版社，2012.