神府矿区地下水环境背景值初步研究

马 莉，康卫东，王润兰，孙继朝

(1.西北大学地质学系，陕西西安710069;2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄050061)

近几十年来，工业化和城市化进程带来的地下水水量衰竭和水质恶化，从中检测出的不同元素及其化合物的浓度，对于天然条件下形成的地下水而言是罕见的[1]。地下水环境背景值的建立对于水质评价、水资源评价、地下水环境污染程度评价、研究污染源和污染物运移变化规律等均具有重要意义。因此研究区域地下水环境背景值就显得极为迫切。环境背景值是指在目前的环境条件下，研究区域内相对清洁区(人类活动影响相对较小的地区)化学元素的含量及能量值[2]。它反映了地下水各要素随自然环境变化而演化的特征。进行地下水环境背景值研究，需要获取真实可靠的地下水化学资料，以反映地下水在形成过程中的天然状况。

本文以神府矿区浅层地下水为研究对象，为合理的评价神府矿区的地下水水质及污染程度，进行了地下水环境背景值初步研究。

1 研究区概况

神府矿区位于陕西省北部，晋、陕、蒙三省(区)接壤地带，是国家级陕北能源化工基地的核心区域。该地区常年干旱少雨、蒸发强烈，地表水资源匮乏，地下水成为该区生产、生活用水的主要水源。全区地势西北高而东南低，境内西北部为风沙滩地区，地势比较平坦，属以堆积为主的地形;东南部为黄土丘陵沟壑区，地面支离破碎，沟壑纵横，以侵蚀为主。区内地下水依据赋存条件、水力特征和含水介质分为第四系松散岩类孔隙、裂隙孔洞潜水和碎屑岩类裂隙潜水及裂隙承压水。

2 地下水环境背景值研究方法与应用

2.1 地下水环境背景值研究方法

地下水环境背景值的研究方法主要包括比拟法、平均值法、趋势面分析法、剖面图法、数理统计分析法、等值线法等[3－5]。其中数理统计方法能充分利用水质资料，较全面的描述各组分背景含量的统计特征，因此神府矿区地下水环境背景值的研究采用数理统计法。

2.2 研究区地下水环境背景值

2.2.1 地下水环境单元划分

为更好的研究神府矿区地下水化学元素背景值的特征及其演化规律，将该区进行地下水环境单元划分。神府矿区地下水环境单元的划分，是依据地下水的形成条件、埋藏特征和介质特点等，并结合气象、水文条件及地理位置等。

1)沙漠滩地区水环境单元。在地貌上主要表现为沙丘沙地和湖盆滩地，沙丘沙地环抱湖盆草滩，多为固定、半固定沙丘。地形较平坦，地下水位埋深浅，含水层岩性垂向上有下细上粗的沉积规律。富水性较富水。

2)河谷区水环境单元。河谷较开阔，阶地普遍发育，地面平坦，相对高度差0－50m。从低到高依次为低河漫滩、高河漫滩、一级阶地、二级阶地、三级阶地。多由冲积砂土母质组成。地下水埋深较浅，含水层含水层上部多为细砂、粉细砂，下部主要为中细砂及细砂，富水性中等。

3)黄土区水环境单元。以黄土梁峁和沙盖黄土区为主，成长斜梁或短梁形态，其上断续分布有黄土峁，局部地段黄土坡面发育有细沟和冲沟，地形破碎，沟谷密度大，梁峁特别发育，沟谷多为“V”型谷，梁顶到沟谷底部相对高差较大;沙盖区表面沟谷切割较为强烈，树枝状的沟谷无定向展布，部分呈阶梯状。含水层主要由粉土、粉质粘土和粘土层组成，其间夹数层古土壤，含钙质结核，结构致密坚硬，具垂直节理，厚度变化较大，地下水主要赋存于黄土的裂隙中。富水性贫乏。

2.2.2 地下水背景值计算

1)异常值得剔除。为了获取真实的水环境背景值，除在布点、采样、贮运和分析过程中进行全面的质量保证，尽量避免人为污染外，还必须对测定数据进行检验[6]。在此采取的剔除异常值的方法是:Grubbs准则法，在此采用Grubbs检验法(取显著水准为:α=0.01时判断为异常值)，对统计单元内数据进行检验，对那些表明异常数据予以剔除。

2)检验分布类型。本次背景值研究选用 Kolmogorov－Smirnov法，偏度、峰度法，以及SPSS中的P－P图或Q－Q图法，对各环境统计单元的各元素含量概率分布类型进行综合判定(信度选为0.05)。分别以两个以上检验方法判定的一致结果作为确定分布类型的依据[7]。其判定结果见表1。

表1 神府矿区地下水环境背景值统计表

3)确定背景值。地下水背景值是统计性的，即按照统计学的要求进行采样设计与样品采集，分析结果经频数分布类型检验，确定其分布类型。以其特征值表达元素背景值的集中趋势，以一定的置信度表达该元素背景值的范围，可以说地下水背景值是一个范围值，而不是一个确定值。在分析各个不同采样点的各离子分布类型的基础上，综合不同采样点，由上述方法对研究单元内的地水化学成分的背景值确定见表1。

2.2.3 计算结果及初步分析

本次数据来源于2012年陕北神府矿区1:25万地下水污染调查，共采集地下水样品75组，取样点布置依据相关技术规范执行，样品测试单位为国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心，所有样品的采集和测试均进行了严格的室内和室外质量控制。考虑各组分对地下水污染的影响程度，本文采用无机常规指标中较常见的 7项污染组分 TDS、TH、Cl－、、Fe、Mn、，神府矿区地下水环境背景值计算结果(表1)。分区环境条件差异比较明显，水文地球化学作用各有不同，各元素的背景值特征因地而异，在空间上也显示了一定的分布规律:

(1)总硬度(TH)、总溶解固体(TDS)在全区的总体分布情况为河谷区、黄土区偏高，而沙漠滩地区偏低。由于神府矿区煤炭的开采，导致地下水位下降使包气带厚度变大，补给量减少，同时使地表水及降水补给地下水路径变长，易于矿物质溶解，含水层变薄使地下水对盐分的稀释能力逐渐减弱，从而使TDS、TH浓度增加[8]。

(2)区内Cl－以河谷区背景值最高，其次为黄土区，沙漠滩地区背景含量最低。在水文地球化学中Cl－是常用的保守和惰性示踪成分，Cl－含量用来表征人类活动污染物对地下水的影响程度。河谷区来自人类活动有关的污染源，如垃圾渗滤液、生活废水等废水的排放，直接改变地下水中Cl－的含量。

(3)神府矿区沙漠滩地区松散孔隙水含铁、锰质较高，主要由于地形平坦，不利于地下水的径流和排泄。研究区地下水中Fe、Mn的污染程度基本相当，但Fe略重于Mn。这是因为Fe、Mn的化学性质十分相近，所以当它们所处的水文地球化学环境基本相同时，在地下水中经常是共存的[9]。

3 结论

神府矿区浅层地下水受外界影响比较大。由于当地煤炭及相关工业的生产，地下水与外界交流较密切。并且地形地貌、地下水的形成条件、水动力条件、和含水层介质等，不同地下水环境单元显示出这些化学元素的分布差异。地下水化学元素以对数正态分布和偏态分布为主，反映了这些元素的形成条件比较复杂。

[1]王焰新锌.地下水污染与防治析[M].北京.高等教育出版社.2009.

[2]陈振民.环境本底值背景值基线值概念的商榷[J].河南地质，2000，61

[3]邱汉学，黄巧珍.地下水环境背景值及其确定方法[J].青岛海洋大学学报，1994，12，16－20.

[4]高迪，潘国营.新乡市地下水化学背景值研究[J].露天采矿技术，2006，(4):51－54.

[5]长江中下游重点地区地下水环境背景值调查研究课题组.长江中下游重点地区地下水环境背景值调查研究[M].1991:1，39－40.

[6]樊丽芳，陈植华.地下水环境背景值的确定[J].西部探矿工程，2004，(7):90.

[7]章申，等.化学元素水环境背景值研究[M].测绘出版社，1990，111

[8]苏春利，王焰新.大同盆地空隙地下水化学场的分布规律性研究[J].水文地质工程地质，2008，35(1):83－89.

[9]曾昭华，蔡伟娣，张志良.地下水中锰元素的迁移富集及其控制因素[J]. 资源环境与工程:2004，18(4)，39 －42.