武漢市第四系淺層地下水環境背景值研究

何 軍，彭 軻，曾 敏

(中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢 430205)

武漢市第四系淺層地下水環境背景值研究

何 軍，彭 軻，曾 敏

(中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢 430205)

武漢市； 第四系； 地下水； 背景值

0 引言

水利部2016年1月地下水動態月報顯示，2015年我國主要盆地和平原區的2 103眼地下水監測井中，80%地下水為四類或五類水，說明我國地下水普遍“水質較差”，引起了社會廣泛關注。地下水與其賦存的環境條件有關，究竟是人類活動導致的地下水污染，還是地下水本身即為原生劣質水，需要通過研究地下水的環境背景值才能確定。研究地下水的環境背景值有利于分析地下水是否受到污染，進而針對性地開展地下水防護。地下水環境背景值是指某一地區在未受污染或基本未受污染的前提下，地下水中各化學組分的含量[1]。地下水環境背景值具有地區差異性和時效性，是地下水污染評價的基礎，對于判斷地下水污染程度及評定地下水質量具有重要意義[2-3]。隨著現代分析測試技術的提高，一些地區相繼開展了地下水環境背景值研究工作，在數據獲取、數據分析以及背景值確定等方面取得了大量成果[4-6]。Zeng[7]于20世紀90年代以第四系淺層孔隙水為主要目的層，采用數理統計方法對江漢平原東部地區進行地下水環境背景值調查研究。

根據我國首輪地下水水質調查評價工作部署，2014年，中國地質調查局啟動中南重點地區地下水污染調查評價，研究中南重點地區地下水環境背景值。本文選擇武漢市郊區人類活動相對較小的地區進行調查取樣，通過數理統計的方法計算研究區地下水環境背景值。并將獲得的地下水環境背景值與江漢平原東部地下水環境背景值[7-8]進行對比，進一步明確了該區地下水水質的變化特征。

1 研究區概況

武漢市位于江漢平原東北部邊緣，長江和漢江呈“Y”字形交匯，地勢總體南高北低(圖1)。北部的漢口、漢陽及武昌沿江以長江一、二級階地為主，壟崗平原穿插其中，形成波狀起伏的地形。沿江一帶的沖積平原地形平坦，具明顯的二元結構，上部為全新統黏土，下部為砂性土及卵礫石層。南部主要為壟崗平原，相對高差10～30 m不等，以更新統亞黏土、亞砂土和黏土為主。中部分布少量條帶狀丘陵和殘丘，主要分布于蔡甸新農至漢陽永豐、洪山區的九峰和花山一帶，南部江夏烏龍泉和鄭店一帶零星分布，巖性多為泥盆系、志留系石英砂巖、砂質頁巖和石灰巖等。

1.沖積平原； 2.壟崗平原； 3.剝蝕丘陵； 4.取樣點及編號圖1 研究區地貌及采樣點分布圖Fig.1 Landform of the study area anddistribution of samples

本次調查采集的樣品為第四系淺層孔隙水，主要位于長江一級階地以及壟崗平原區。長江、漢江沿岸地區具有多層地下水含水層，淺部為淤泥質土中的上層滯水或潛水，深部為賦存于砂層或卵礫石層中的承壓水，由于該含水層緊鄰長江或漢江，地下水與地表水具有強烈的直接水力聯系，因而具有較高的承壓水頭。壟崗平原的水文地質條件較簡單，地下水以潛水為主，多賦存于粉質黏土中，水位埋深較大，局部地區粉質黏土下部存在砂、卵礫石層，具有承壓性。由于砂卵石層的結構緊密且黏粒含量較高，導致壟崗地區富水性遠小于長江一級階地，且壟崗地區與地表水無直接水力聯系，承壓水頭不高[9]。

2 水樣采集與測試

3 背景值確定

由于地下水所處的含水介質多為非均質，即使同一地區的地下水各化學組分也具有局部差異，因此，各組分背景值不宜采用某一確定數值表示，而應采用區間值表示[10]。本文運用數理統計中的集中值(均值、中位數等)、標準差、變異系數等指標，獲得地下水中各組分的環境背景值范圍。運用數理統計方法可以判斷地下水化學數據的離散和變異程度，從而確定地下水環境背景值的區間范圍。

表1 運用數理統計確定地下水環境背景值的方法Tab.1 Mathematical statistics methods for determining environmental background levels of groundwater

3.1 異常值判斷與剔除

環境背景值是反映地下水組分的天然本底值，雖然在采樣過程中盡量避開了疑似受污染的樣品，選取城市遠郊區進行取樣，但在樣品采集、運輸及檢測等環節中仍可能存在污染[10]，因此需要對獲取的地下水數據進行檢驗，剔除異常數據。對于<30的樣本數量，一般采用Grubbs準則進行異常值剔除(顯著性水平為0.05時判定為異常)，Grubbs準則引入正態分布中的平均值和標準偏差2個最重要的參數，當某個樣品的單一組分數據存在異常時僅剔除該組分數據，而不是將整個樣品的其他指標值一起剔除[11]。本次調查的水樣檢出總數及各指標經Grubbs準則檢驗后有效樣本數見表2。

表2 水樣檢出總數及經Grubbs檢驗后的有效樣本數Tab.2 Total number of shallow groundwater samples and valid record by Grubbs test

注： 總硬度以CaCO3計(下同)。

3.2 檢驗分布類型

表3 研究區及江漢平原東部地區地下水環境背景值及統計特征值Tab.3 Environmental background levels and statistical eigenvalues of groundwater in the study area and eastern Jianghan Plain

(續表)

注： N表示正態分布； LN表示對數正態分布； P表示偏態分布； —表示未計算本項值。

4 結果與討論

圖2 研究區與20世紀90年代江漢平原東部地區地下水環境背景值對比Fig.2 Comparison of groundwater environmental background levels with the 1990s levels in eastern Jianghan Plain

地下水化學特征與其賦存的水動力條件、沉積環境有關[12]。通過分析研究區水文地質條件，可知區內地下水中K+和Na+主要來自于北部山區變質巖風化溶解及第四系堆積物中K+和Na+的解吸。與江漢平原東部地區對比，武漢市位于江漢平原東部地區的腹部地帶，周圍的丘陵山區地下水徑流速度相對較快，含水介質中K+和Na+經礦物溶解后隨水流搬運，K+和Na+大量被水帶至腹部地帶，使周圍環境介質中的K+和Na+含量相對減少，而腹部地帶接受水流帶來的K+和Na+，加上緩慢的地下水交替，研究區K+和Na+含量表現為相對高值。江漢平原東部地區的漢川和嘉魚一帶，雖然地下水交替較緩慢，可以接受地下水流帶來的K+和Na+，但由于其遠離山區變質巖，K+和Na+來源有限，故未能表現出高含量的K+和Na+。

區內F-主要來源于氟化物及含氟硅酸鹽礦物的溶解、水解作用和大氣降水，但其提供的F-含量有限，故F-含量較低，且變化較小。較20世紀90年代，Cl-含量具有較大的增加，主要由于北部山區含氯化物的礦物經長期淋濾，Cl-隨水流被帶至平原地帶，Cl-含量不斷增高，且不易被吸附，因而礦化度也隨之增高。

與20世紀90年代相比，本次調查獲得的硫酸鹽環境背景值具有較大增加，高硫酸鹽的水樣主要位于武漢市北部山前地帶，可能受北部山區巖石風化淋濾作用影響較大，而二級階地地下水賦存環境為氧化環境，金屬硫化物的氧化也將造成硫酸鹽含量增加。

5 結論

[1] 賀秀全.地下水環境背景值研究中存在的幾個問題[J].地下水,1994,16(2):68-69.

[2] 高迪,潘國營,鐘福平,等.新鄉市地下水化學背景值研究[J].露天采礦技術,2006(4):51-54.

[3] 吳霞,吳津蓉,李巧,等.新疆漢水泉地區地下水環境背景值計算[J].人民黃河,2015,37(1):83-86,90.

[4] 郭曉靜,周金龍,王毅萍,等.塔里木盆地地下水環境背景值[J].人民黃河,2011,33(1):61-63.

[5] 張英,孫繼朝,黃冠星,等.珠江三角洲地區地下水環境背景值初步研究[J].中國地質,2011,38(1):190-196.

[6] 劉文波,馮翠娥,高存榮.河套平原地下水環境背景值[J].地學前緣,2014,21(4):147-157.

[7] Zeng Z H.The background features and formation of chemical elements of groundwater in the area of the middle and lower beaches of the Yangtze River[J].Acta Geologica Sinica,1996,70(3):262-269.

[8] 遇廣弟,茅貴文,韓德坤,等.江漢平原東部地區地下水環境背景值調查研究[R].武漢:湖北省地質環境總站,1989:46-47.

[9] 楊育文,敖晨霞,熊增強.武漢地質條件與城市地質問題概述[J].城市勘測,2015(6):147-153.

[10] 樊麗芳,陳植華.地下水環境背景值的確定[J].西部探礦工程,2004,16(7):90-92.

[11] 楊吉忠.數理統計方法在岷沱江水環境背景值計算中的應用[J].干旱環境監測,1997,11(1):28-33.

[12] 楊麗芝,楊雪柯,劉春華.山東平原地區淺層地下水有機污染特征分析[J].中國地質調查,2015,2(8):25-30.

StudyonenvironmentalbackgroundlevelsofQuaternaryshallowgroundwaterinWuhanCity

HE Jun， PENG Ke， ZENG Min

(WuhanCenterofChinaGeologicalSurvey,Wuhan430205,China)

Wuhan City; Quaternary; groundwater; background levels

劉永權)

10.19388/j.zgdzdc.2017.06.10

何軍,彭軻,曾敏.武漢市第四系淺層地下水環境背景值研究[J]. 中國地質調查,2017,4(6): 71-75.

X143; P641.12

A

2095-8706(2017)06-0071-05

2017-05-08；

2017-06-07。

中國地質調查局“中南重點地區地下水污染調查評價(編號： 12120114029601)”和“長江中游宜昌—荊州和武漢—黃石沿岸段1∶5萬環境地質調查(編號： 121201009000150014)”項目聯合資助。

何軍(1984—)，男，高級工程師，主要從事環境地質調查評價工作。Email： 05302105hj@163.com。