肥城盆地区域地下水化学特征及水质评价

杨海博，朱文峰，周良，路兵

(1.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，山东 泰安 271000；2.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250000；3.泰安市岱岳区自然资源局，山东 泰安 271000；4.新泰市自然资源和规划局，山东 新泰 271200)

0 引言

地下水是重要的自然资源，在我国的社会经济发展中具有不可替代的作用。随着社会发展进程加快，地下水开发程度越来越高，地下水环境问题也日益明显。因此，对地下水水化学特征和地下水质量评价就显得尤为重要[1-2]。地下水水化学组分是地下水与周围环境长期相互作用的结果[3]，除受地质、水文地质、气候、海拔等多种因素控制以外，还受人为输入的影响，且人类活动对地下水环境的影响愈发明显。地下水水质评价常用单因子评价法、加附注的评分法、模糊综合评价、神经网络评价法等[1-3]。模糊综合评价法已成为地下水水质评价的最常用方法之一，该方法充分考虑水质等级界限的模糊性，评价结果更接近实际[4]。

很多学者对肥城地区的地下水水化学及水质进行了评价研究。刘冬梅[5]分析了肥城盆地地下水水质及其污染因素，张兆强[6]对肥城矿区地下水水化学成分的变化进行了相关研究，崔素芳等[7]分析了肥城盆地地下水水质变化规律及影响来源。笔者利用2017年采样数据，研究了肥城市地下水水化学特征，评价了地下水水质，以期为区域地下水资源的合理开发利用提供参考。

1 研究区概况

肥城市地处山东省中部，属暖温带半湿润季风区，四季分明，春季空气干燥，蒸发量大，降水稀少；夏季天气炎热，湿热多雨，降水集中；秋季气温下降，降水减少，多为晴朗的凉爽天气；冬季寒冷降水较少。多年平均降水量为656.6mm，降水主要集中的6—8月份，占全年的60%以上，多年平均蒸发量为1082.7mm。

肥城市在区域构造上隶属华北型沉降，是独立的地质构造单元。四周为隆起的变质岩，内部为第四系地层，隐伏奥陶系和寒武系灰岩。区内东高西低，北高南低，地势由东北向西南倾斜，主要有低山、丘陵和平原等。区内河流按水系分属于黄河流域和大汶河水系，主要有汶河、康王河、汇河、漕河、浊河、金线河等，主要发源于泰山西麓的低山区。区域内地下水资源因受水文地质条件和降水特点的影响，地区分布不平衡，肥城盆地内富水区主要集中在盆地中部的康王河两岸的第四系砂层带及岩溶发育带，而盆地北部的片麻岩地带地下水贫乏，南部漕浊河两岸砂层及部分岩溶地带地下水相对富集，中部山区地下水相对贫乏，区域内含水层主要有第四系孔隙水含水岩组、石炭系灰岩及岩溶裂隙水含水岩组、寒武系和奥陶系岩溶裂隙水含水岩组、前震旦系泰山岩群花岗片麻岩裂隙水含水岩组(图1)。

图1 肥城市水文地质简图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

图2 地下水取样点分布图

2.2 分析方法

运用Excel进行统计性分析，对地下水主要组分进行统计性描述，运用Piper图和Gibbs图以及离子比值等水化学方法探讨研究区地下水水化学特征及其控制因素，并基于模糊综合评价法对研究区地下水进行了水质评价。

3 结果与讨论

3.1 地下水化学组分统计特征

描述性统计是研究地下水化学特征的基础，通过描述性统计分析，可大致了解地下水中各化学成分的富集和变化规律[8]，肥城市地下水主要水化学参数描述性统计见表1。

3.2 水化学类型

表1 地下水水化学主要组分描述性统计

图3 Piper三线图

3.3 Gibbs模型

3.4 离子比值分析

图4 水化学Gibbs图

图5 地下水水化学离子比值

3.5 地下水质量评价

利用模糊综合评价法建立地下水质量综合判别隶属度集，确定评价集，建立隶属函数[13-14]。

1级水的隶属函数，即j=1：

(1)

2级至第(m-1)，即j=2，3，……(m-1)：

(2)

m级，即j=m：

(3)

式中：Xi—第i中水质污染因子的实测值；Sij—第i种因子第j级水的标准值。

根据各因子地下水质量的隶属度，可组成模糊矩阵R：

(4)

权重值的确定公式如下：

(5)

式中：Wi—第i种污染物的权重因子；Ci—第i种污染因子的实测值；Si—第i种染物的标准值的平均值。

得出地下水质量综合判别模型：D=W·R

基于模糊综合评价法，得出研究区大部分地下水质较好，以Ⅱ,Ⅲ类水为主，其中Ⅱ类水占35%，Ⅲ类水占30%；但Ⅴ类所占比重也较大，占到了35%，评价结果见表2。

表2 地下水水质评价结果

地下水质量评价结果分区如图6所示，由图6可以看出，肥城市及其周边乡镇、南部的边院镇、安驾庄镇地区的地下水质量较好，均为Ⅱ，Ⅲ类水，而在安临站镇、孙伯镇、王庄镇和石横镇附近地区地下水水质较差，为Ⅴ类。

图6 地下水质量评价结果分区图

4 结论

(2)地下水化学类型以HCO3-Ca，HCO3·SO4-Ca为主，同时也存在HCO3·Cl-Ca和HCO3·SO4-Ca·Mg型。水-岩作用是控制研究区地下水水化学组分的主要因素，且主要受碳酸盐岩的风化溶解控制。

(3)基于模糊综合评价法，得出研究区地下水以Ⅱ,Ⅲ类水为主，占65%，主要分布在肥城市及周边乡镇、南部的边院镇、安驾庄镇地区；但Ⅴ类水所占比重也较大，占到了35%，主要分布在安临站镇、孙伯镇以及王庄镇等附近地区。