CONTROLLING EFFECT OF QUATERNARY HYDROGEOLOGICAL STRUCTURE ON CONTAMINATING SENSITIVITY OF SHALLOW GROUNDWATER, TAIAN CITY
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摘要: 通过对泰安市第四系水文地质结构研究发现, 浅层地下水的污染受地层结构的控制, 在包气带岩性及含水层岩性相同的条件下, 包气带的厚度越大, 其防污性能越高, 含水层遭受污染的程度越小; 在地面环境质量及包气带岩性和厚度相近的条件下, 粗砂含水层较粉质粘土含水层更易遭受污染Abstract: The Quaternary hydrogeological structure in Taian shows that the contamination in shallow groundwater is controlled by the Quaternary hydrogeological structure. When the lithology of vadose zone is the same as that of aquifer, the vadose zone is thicker, increasing the pollution prevention index, so that the contamination in the aquifer is smaller. However, on the similar conditions in surface environmental quality and in lithology and thickness of the vadose zone, the coarse sand aquifer is easier to contaminate than the silty clay aquifer.
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Key words:
- vadose zone /
- hydrogeological structure /
- contaminating sensitivity
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0. 引言
地下水污染与防治是目前水文地质学研究的主要领域之一[1].近几十年来, 城市化发展带来广泛的地下水资源超采和水质恶化.地下水水位的大幅度降低是人类活动及其对环境影响的指示指标, 同时也是引起环境变化的主要原因[2].地下水系统因水文地质条件的复杂性, 其污染具有敏感性.浅层地下水尤其是第四系孔隙水为人类活动的主要对象, 其污染负荷最大, 对污染最为敏感, 受水文、气象及水文地质结构控制最为明显[3].本文对泰安市水文地质结构对第四系孔隙水污染敏感性控制作用进行了探讨研究.
1. 研究区环境状况及水文地质条件概述
研究区位于东岳泰山以南, 大汶河以北, 包括泰安市区及郊区.西部为低缓丘陵, 东部为大汶河冲积平原, 中部为泰山山前冲洪积平原, 构成山间盆地地貌(图 1).
图 1 山东省泰安市地质结构示意Fig. 1. Sketch map showing geological structure of Taian, Shandong Province大汶河为研究区主干河流, 其支流滂河、奈河、双龙河通过泰安市区, 为泰安市主要的纳污河道.
研究区几乎全为第四纪冲洪积物所覆盖, 由于受古地形控制, 第四系分布厚度变化较大, 一般厚度10~25 m, 局部大于50 m.第四系冲洪积粘性土分布于泰山山前, 构成一元结构; 冲积砂土沿大汶河、滂河、奈河、双龙河分布, 构成二元及三元结构.
冲积砂、砾石含水层富水性强, 为本区主要含水层之一, 冲洪积粉质粘土构成弱含水层.
第四系孔隙水主要接受大气降水及滂河、奈河及双龙河等地表水补给, 地下水位埋深城区为1~5 m, 郊区为4~12 m.第四系孔隙水通过其底部的弱透水层以及“天窗”下渗补给岩溶水, 构成岩溶水的主要补给来源.
第四系孔隙水主要通过包气带的垂向渗入污染(渗渠、污水坑、化粪池等)、地表水渗入污染及地面塌陷的注入污染等途径接受污染物质.由于城市工业废水和生活污水的排放, 致使第四系孔隙水遭受严重污染, 1987年以来常量组分TDS、总硬度、NO3-质量浓度一直有增无减, 超标率100%, 1995年枯水期检测值分别为1 191.3 mg/L, 607.6 mg/L, 100.0 mg/L, 有毒元素Cr6+质量浓度超标.孔隙水污染面积已愈30 km2.
2. 水文地质结构对第四系孔隙水污染敏感性的控制作用
2.1 包气带结构特征
(1) 研究区位于污染最严重的铁路三角区地段, 面积4km2.第四系水文地质结构及物质组成为: 包气带为粉质粘土, 含水层为粗砂, 富水性强.采用13个钻孔(民井) 水质分析资料对包气带厚度与离子等标指数(1985年测试值与1960年对照值的比值) 及绝对增量相关性进行分析(见表 1及图 2, 3) [4].
表 1 泰安城区二元结构包气带厚度与离子(组分) 等标指数及绝对增量Table Supplementary Table The relationship between the thickness of double structural vadose zone and the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
图 2 等标指数与包气带厚度关系曲线Fig. 2. Relative curves between the ratios of components and the thickness of vadose zone
图 3 指标增量与包气带厚度关系曲线Fig. 3. Relative curves between the increments of components and the thickness of vadose zone表 1和图 2, 3显示: ρ (TDS)、硬度、ρ (Cl-) 等标指数及绝对增量随包气带厚度增大而减小; 在污染负荷相近及水文地质结构相同条件下, 包气带厚度控制了孔隙水污染程度.包气带厚度越小, 其防污性能越弱; 包气带厚度越大, 其防污性能越强.
(2) 该区位于污染最严重的市区中心地段, 面积8km2.第四系水文地质结构及物质组成为: 包气带为粉质粘土或含砾粘土, 含水层为粉质粘土及含砾粘土, 弱富水性.利用11个钻孔及民井水质分析资料, 分析包气带厚度及岩性对地下水污染敏感性的控制作用(见表 2及图 4, 5) 可知, 在污染负荷及包气带、含水层物质组成相同条件下, 孔隙水ρ (TDS)、硬度及ρ (Cl-) 等标指数和绝对增量与包气带厚度呈负相关; 包气带厚度控制第四系孔隙水的污染程度, 包气带薄, 其吸附、溶解、沉淀等水文地球化学作用过程短, 包气带对污水的净化程度低, 地下水水质差; 反之, 包气带对污水的净化程度高, 地下水水质好[5~9].
表 2 泰安城区一元结构包气带厚度与离子(组分) 等标指数及绝对增量Table Supplementary Table The relationship between the thickness of single structural vadose zone and the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
图 4 等标指数与包气带厚度关系曲线Fig. 4. Relative curves between the ratios of components and the thickness of vadose zone
图 5 指标增量与包气带厚度关系曲线Fig. 5. Relative curves between the increments of components and the thickness of vadose zone综上所述, 包气带粘性土的厚度与其防污能力成正比.原因在于: 粘性土的吸附能力强, 包气带的粘性土越厚, 污染物迁移到含水层就越困难, 含水层就越不易污染[10].
2.2 含水层介质特征
研究区位于泰安城区, 水文地质结构为一元结构(包气带与含水层岩性相同, 为粉质粘土、粘土) 及二元结构(包气带为粉质粘土, 含水层为粗砂), 面积16 km2.利用36个钻孔(民井) 资料, 分析含水层富水性对地下水污染敏感性的控制作用(见表 3).
表 3 泰安市城区粗砂及粉质粘土含水层等标指数及绝对增量对比Table Supplementary Table Comparison of the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
从表 3可知, 在污染负荷及包气带岩性厚度相近条件下, 粗砂含水层较弱粉质粘土含水层更易污染.其原因在于: 粉质粘土具有较强的吸附能力, 对污染溶质起到良好的净化作用; 而粗砂由于颗粒大, 吸附能力弱, 所以, 粗砂含水层较粉质粘土含水层的污染程度重.
3. 结语
通过对泰安市水文地质结构对第四系孔隙水污染敏感性控制作用的分析, 可得出以下几点认识: (1) 水文地质结构对第四系孔隙水污染具有控制作用, 在相同的水文地质结构条件下, 包气带厚度越大, 第四系孔隙水污染越轻, 即防污性能越强.在包气带厚度及岩性相近条件下, 含水层富水性越强, 地下水越易受污染, 即防污性能差. (2) 在特定的水文地质条件下, 第四系孔隙水ρ (TDS)、硬度及ρ (Cl-) 具有相对稳定性, 可用作评价孔隙水污染敏感性的基本指标, 以便定量评价孔隙水的污染敏感性程度.
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图 1 山东省泰安市地质结构示意
Fig. 1. Sketch map showing geological structure of Taian, Shandong Province
图 2 等标指数与包气带厚度关系曲线
Fig. 2. Relative curves between the ratios of components and the thickness of vadose zone
图 3 指标增量与包气带厚度关系曲线
Fig. 3. Relative curves between the increments of components and the thickness of vadose zone
图 4 等标指数与包气带厚度关系曲线
Fig. 4. Relative curves between the ratios of components and the thickness of vadose zone
图 5 指标增量与包气带厚度关系曲线
Fig. 5. Relative curves between the increments of components and the thickness of vadose zone
表 1 泰安城区二元结构包气带厚度与离子(组分) 等标指数及绝对增量
Table 1. The relationship between the thickness of double structural vadose zone and the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
表 2 泰安城区一元结构包气带厚度与离子(组分) 等标指数及绝对增量
Table 2. The relationship between the thickness of single structural vadose zone and the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
表 3 泰安市城区粗砂及粉质粘土含水层等标指数及绝对增量对比
Table 3. Comparison of the ratios and increments of components in groundwater in Taian city
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