水污染控制与修复技术课程设计报告书

水污染控制与修复技术课程设计报告书前 言自改革开放以来，尤其是当中国加入WTO之后，我国社会经济迅猛发展，城市化进程不断加快，工业化程度不断提高。与此同时，也出现了一系列令人担忧的问题，诸如水资源结构性短缺、水资源浪费、水资源开发利用不合理、水污染日益严重等，这些已经成为制约我国经济社会可持续发展和影响人民健康的重要因素。如何科学合理有效地开发利用水资源，控制和治理水污染，实现水资源的可持续利用，已成为当下及今后工作的重点。本次课程设计主要是运用所学的环境影响评价、水环境化学和水污染控制与修复技术等课程的理论知识和方法，阐明研究区的水环境演化过程，对研究区的水质作出污染控制和修复设计。本次设计的研究区主要是三姑泉泉域。三姑泉泉域作为晋城市主要的供水水源，岩溶地下水水量稳定、水质良好，对晋城市经济社会的发展起到了举足轻重的作用。但由于煤矿、化工等工业废水的排入及其他人类活动的影响，岩溶泉水流量持续下降、水质遭受严重污染，岩溶泉域水环境发生了较大变化。设计结果包括文字报告和附图两大部分，其中报告共分为六章，分别对研究区的自然环境条件、人为环境条件、水化学类型及其水质演化特征进行了阐述，同时进行了水环境污染特征分析、水污染控制与修复设计，得出结论并提出了合理的建议。本次课程设计以小组为单位共同协作完成，通过该课程设计，使我们对所学的专业课程内容有了更深入的理解，并掌握了老师在课内未讲，而生产实际中需要的知识和技能，最终达到了初步应用水化学基本理论与技术方法分析解决水环境工作中的实际问题、编写技术报告以及应用MapGIS进行绘图的能力，为今后的工作奠定了一定的基础，同时锻炼与培养了同学之间团结协作的团队精神。第一章 自然环境条件一、水文气象（一）气象泉域内常年季风盛行，四季分明，属暖温带大陆性季风气候。19562000年平均气温10.2。一年中一月最冷，月平均气温6.53.1；七月最热，月平均气温20.724.8。全区多年平均无霜期在4月中上旬至10月中下旬之间,多年平均185d左右。泉域内年际降雨量变化较大。1956-2000年多年平均降水量609mm，最大年降水量为871.5mm（1963年），最小年降水量为312（1997年）。降水主要集中在6-9月，占年降水的70%左右（图1），多以暴雨形式出现。泉域内降水地域分布不均，由低平区向山区递增，山区多，盆地区少。 图1 泉域多年平均月降水量分布图泉域年蒸发量在13352015mm之间，19592000年多年平均蒸发量为1709.3mm。泉域内56月份蒸发最强烈，12月、1月蒸发量最小。（二）水文1、河流泉域内主要河流为丹河。丹河是是晋城市境内第二大河流，为沁河的一级支流，发源于高平市丹朱岭下的李泉附近，源头分水岭高程在1200mm左右，流经高平市、陵川县、泽州县，在泽州县两谷坨附近流入河南省后汇入沁河。丹河最小年径流量1.34亿m3（1997年），最大年径流量6.80亿m3（1956年），多年平均径流量2.67亿m3（19562000年）。晋城市境内河长128.65km，落差875m，平均坡度6.8，流域面积2945km2。丹河的主要支流有东仓河、许河、东大河、巴公河、白洋泉河和白水河(图2)。 图2 泉域水系图 2、泉水三姑泉出露于泽州县河西乡三姑泉村附近的丹河河谷中，丹河河谷自小会村南开始出泉，出露泉水约20处，其中三姑泉流量最大，亦是丹河排泄带的主要泉点。三姑泉水分三股流出，流量最大的南股泉涌水量为3.5m3/s，出露标高342m，出露地层为寒武系中统鲕状灰岩。由于河床切割灰岩，中下游河段岩溶水陆续排向丹河使丹河清水流常年不断，岩溶水排泄出地表形成了诸多泉水，在丹河岩溶水排泄带出露的主要泉水有：郭壁泉、土坡泉、水掌泉、白洋泉及台北泉等，天然条件下，泉群多年平均流量7.25m3/s（1956-2000年），近期流量为1.86 m3/s。3、水库丹河及其支流上共建有各类水库60余座，其中中型水库有3座，即任庄水库、上郊水库、申庄水库，这3座水库均建于灰岩裸露、半裸露区，水库情况详见表1。表1 任庄、上郊、申庄水库要素表水库名称水库位置所在河流流域面积(km3)总库容(万m3)坝高(m)平均多年来水量(万m3)库区岩性任庄水库泽州县高都镇丹河1313630035.32163O2二、地形地貌（一）地形三姑泉域位于山西高原东南部边缘，太行山脉的南端，总体地势是四面环山，中部低且地形较平坦开阔，形成宽阔的高原盆地。东部和南部为太行山脉，标高为10001500；西部为伊候山和武神山，标高为10001300；北部为琉璃山和金泉山，标高为10001400；中部高平、晋城为山间凹陷丘陵盆地，标高700850；丹河出境处的三姑泉一带河谷最低，标高为342.0。（二）地貌根据泉域地形特征、成因类型、地表组成物质、下伏基岩古地形及现代地貌的演变过程等，将本区划分为5大地貌类型和8类次级地貌类型（表2）。 表2 泉域地貌分区表分区代号成因类型形 态亚区褶皱断块剥蚀剥蚀中 山太行山王屋山褶皱断块溶蚀剥蚀中山区（1）褶皱断块溶蚀侵蚀东谷褶皱断块剥蚀侵蚀中山区（2）褶皱断块溶蚀侵蚀中低山冶头大兴褶皱断块剥蚀侵蚀中低山区褶皱剥蚀低山丘陵大阳附城褶皱剥蚀低山区（1）褶皱侵蚀剥蚀秦家庄褶皱侵蚀剥蚀低山区（2）褶皱剥蚀山间盆地与山间河谷晋城山间盆地区（1）侵蚀高平山间区（2）剥蚀侵蚀黄土源团池黄土源区三、地层岩性泉域出露地层有元古界震旦系、下古生界寒武奥陶系、上古生界石炭系二叠系和新生界的第三、第四系。现由老到新分述如下：1、寒武系（）分布于陵川县东部的马圪当河和郭壁泉至三姑泉一带的丹河河谷。包括下统、中统和上统地层，与下伏震旦系呈平行不整合接触关系，局部为角度不整合接触关系。（1）下统（1）馒头组（1m）：底部为砾岩或砂砾岩，一般厚0.5m左右，最厚达2m；下部以灰黄、灰白色泥灰岩、泥质灰岩、页岩夹细砂岩及灰岩为主，页岩或泥灰岩中有时含食盐夹晶；上部以泥质灰岩、灰岩为主，夹浅紫红色页岩。厚7085m。毛庄组（1mz）:下部以紫红、砖红色含白云母小片泥岩、页岩、粉砂岩为主，夹青灰色薄中厚层状灰岩；上部以青灰、灰白色中厚厚层状灰岩、鲕状灰岩为主，夹紫红色含白云母小片页岩。一般厚5560m。（2）中统（2）徐庄组（2x）:中下部以紫红色页岩为主夹中厚层状灰岩、薄层状细砂岩及少许鲕状灰岩、竹叶状灰岩；上部主要为中厚层状灰岩、鲕状灰岩间夹紫红、黄绿色页岩，近顶部发育24层中厚层豆状鲕状灰岩。厚93105m。紫红色页岩为寒武系裂隙岩溶水的区域隔水底板。张夏组（2z）:底部为薄层状泥质条带灰岩夹紫红、灰绿色页岩；下部一般发育有较稳定的灰岩；中上部主要为深灰、灰黑色薄巨厚层状鲕状灰岩、鲕状白云质灰岩，且由下至上鲕状灰岩中白云质成分逐渐增高。厚198244m。张夏组鲕状灰岩为寒武系裂隙岩溶水的主要含水层。 （3）上统（3）崮山组（3g）:下部为泥质条带灰岩、厚层状灰岩夹白云质鲕状灰岩；中上部为厚层状鲕状白云岩。厚3540m。长山组（3c）:主要为浅灰色薄层白云岩。厚79m。凤山组（3f）: 主要为中厚厚层粗晶白云岩，中上部含燧石条带及结核，中下部夹数厘米绿色页岩。厚50150m。2、奥陶系（O）包括下统和中统地层，与下伏凤山组呈平行不整合接触关系。（1）下统（O1）包括冶里组和亮甲山组，分布于陵川县东部和南部以及泽州县郭壁泉三姑泉的丹河河谷。亮甲山组（O1l）:主要为灰白、灰黄色厚层状含燧石结核或条带白云岩。仅在北部存在，厚数米，向南缺失。冶里组（O1y）:底部为浅灰、灰黄色中薄层细晶白云岩，普遍含燧石条带及燧石结核；上部为灰黄色中薄层白云岩夹泥质白云岩和竹叶状白云岩。厚4490m。奥陶系下统、寒武系上统巨厚的白云岩构成相对隔水层，将岩溶水分为奥陶系和寒武系两大含水岩组。（2）中统（O2）大面积出露于三姑泉域北部、南部以及西部伊候山、东部东丹河一带，局部隐伏或埋藏于山间盆地和丘陵区。分下马家沟组（O2x）、上马家沟组（O2s）和峰峰组（O2f）。下马家沟组（O2x）：分一段、二段、三段。一段底部为厚数厘米的灰白、褐黄色砂岩或页岩，其上为灰黄、黄褐色泥质灰岩、白云质灰岩、白云质泥灰岩、角砾状泥灰岩，泥灰岩常见有石膏夹晶或夹有石膏层；二段为灰色中厚层夹薄层灰岩；三段为灰黑、灰色中厚层灰岩夹灰黄、浅灰色中薄层泥灰岩、白云质泥灰岩或泥质灰岩。一段厚1020m，二段、三段厚80110m，全组总厚85140m。上马家沟组（O2x）：分一段、二段、三段。一段以灰黄、灰褐色泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质泥灰岩为主，夹有石膏层；二段为灰黑、灰色中厚层状灰岩、豹皮状灰岩夹少量灰、灰黄色薄层白云质灰岩；三段为灰、灰黄色中薄层灰岩夹黄、灰白色中薄层泥灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩和白云岩。一段厚2854m，二段、三段厚118228m，全组总厚223267m。峰峰组（O2f）：分一段、二段。一段为灰黄、桔黄色泥灰岩、角砾状泥灰岩含石膏层，二段为灰黑色、青灰色中厚层状灰岩、白云质灰岩。受剥蚀影响，厚度变化较大，局部缺失二段地层，厚度一般4094m。3、石炭系（C）主要出露于中部各盆地的边缘和零星盖在中奥陶系灰岩之上。包括中统和上统地层，与下伏峰峰组呈平行不整合接触关系。本溪组（C2b）:岩性以铝土质泥岩、页岩为主夹薄层砂岩、灰岩及煤线，底部为山西式铁矿。厚1016m。太原组（C3t）:岩性由砂岩、页岩、泥岩夹45层煤和灰岩组成；底部为灰白色中厚层含砾石英粗砂岩。煤层中9#煤和15#煤稳定或局部稳定可采。厚5394m。山西组（C3s）：岩性以灰白色中细粒砂岩、黑色页岩、砂质页岩为主。厚4089m。夹25层煤或煤线，其中3#煤平均厚5.99m，稳定可采。4、二叠系（P）主要分布于高平西、西北部及晋城北部和西南部。出露有下统下石盒子组和上统上石盒子组地层，与下伏山西组呈整合接触关系。下石盒子组（P1x）:下部为褐黄、黄绿色砂岩与灰黑、灰黄色炭质页岩、砂质页岩互层夹煤线；中上部以黄绿色砂岩为主夹砂质页岩。厚74100m。上石盒子组（P2s）：岩性以杏黄、黄绿色砂质页岩为主夹砂岩。厚200277m。5、上第三系（N2）零星分布于盆地区边缘。岩性以棕红色粘土、亚粘土夹钙质结核为主，底部为砂砾石或钙质胶结砾岩。厚1040m。厚度随下伏古剥蚀地形起伏变化较大，与下伏各类基岩呈不整合接触。6、第四系（Q）广泛分布于巴公、北石店、城关、南村、高平盆地，丘陵区以及河谷区。本区出露中更新统、上更新统、全新统，缺失下更新统。中更新统（Q2）：岩性为坡洪积浅棕红色粘土、亚粘土，粘性土含钙质结核，局部夹砂砾石。厚537m。上更新统（Q3）：岩性为冲洪积和坡洪积浅黄、灰黄色亚砂土、亚粘土夹砂砾石透镜体，底部为0.52.0m厚的砂砾石层。厚115m。全新统（Q4）：分布于近代河谷河床、一级阶地。岩性为冲洪积亚砂土、亚粘土及砂砾石层，厚010m。四、地质构造区域构造位于吕梁太行断块东南部,太行山块隆和沁水块坳之间.出露地层受两大构造体系的控制,总体为以高平晋城为轴部的不对称的山间向斜凹地,西翼至晋获断裂,岩层总体向东或东南方向倾斜,倾角1030；东翼开阔,岩层总体向西、西北方向倾斜，倾角510。对地层分布和水文地质条件起控制作用的主要构造体系有晋获褶断带和丹河小“山”字型构造（图3）。五、水文地质条件（一）系统结构及边界条件1、系统结构该域是一以岩溶水为主，由地表水第四系孔隙水基岩裂隙水岩溶水组成的水资源系统。中奥陶岩溶含水层与寒武系岩溶含水层组成了巨大的岩溶地下水盆地，接受大气降水、地表水及浅层地下水的补给，经调蓄后以泉水形式排泄。三姑泉域岩溶地下水系统结构复杂，它是由中奥陶岩溶含水层、下奥陶上寒武弱岩溶相对隔水层、中寒武岩溶含水层共同组成的复杂的岩溶水系统。 1.晋东南山字型构造 2.东西向构造带 3.北西向构造带 4.北东向构造带 5.压扭性断裂 6.背斜、向斜构造 7.构造盆地图3 区域构造略图2、边界条件北部边界位于丹株岭金泉山黄沙山一线，近东西向展布，基本沿着丹河与漳河的地表分水岭分布。东部边界为地下水分水岭，该分水岭基本沿地形分水岭，即柳树口夺火槐树岭。南部边界位于大箕南河底城群张路口一带,由一系列的压扭性断层褶皱组成，属弱透水边界。西部边界以甘润为界分为南北两段。南段由晋获褶断带构成,北段甘润以北从甘润以北沿来村向阳南陈康营蜂儿背，以地下分水岭为界，从蜂儿背以北至高平一带,地下分水岭基本沿着地表分水岭展布。北部边界位于丹株岭金泉山黄沙山一线，近东西向展布，基本沿着丹河与漳河的地表分水岭分布。东部边界为地下水分水岭，该分水岭基本沿地形分水岭，即柳树口夺火槐树岭。南部边界位于大箕南河底城群张路口一带,由一系列的压扭性断层褶皱组成，属弱透水边界。西部边界以甘润为界分为南北两段。南段由晋获褶断带构成,北段甘润以北从甘润以北沿来村向阳南陈康营蜂儿背，以地下分水岭为界，从蜂儿背以北至高平一带,地下分水岭基本沿着地表分水岭展布。(二)含水岩组及其富水规律根据泉域含水介质岩性和地下水赋存特征，将地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水（含变质岩）、碎屑岩夹碳酸岩层间岩溶裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水四大类。不同类型地下水的补给、径流、排泄及其分布与赋存规律，受地层、地层岩性和构造等因素的影响，在水平和垂直方向都存在着不均一性。根据地质特征和含水岩组构成条件，将三姑泉域内的含水层分成四个含水岩组，即（1）第三、四系松散岩类孔隙水含水岩组；（2）二叠、三叠及震旦系碎屑岩类（含变质岩类）裂隙水含水岩组；（3）石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩层间岩溶裂隙水含水岩组；（4）寒武、奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水岩组。 1、松散岩类孔隙含水岩组主要分布于陵川平城、高平拥万晋城一带的丘陵区及巴公以北丹河干流及其支流许河、巴公河、东仓河等山间河谷区。含水岩组为第四系全新统，中、上更新统和上第三系，地层岩性主要为亚砂土、亚粘土、粘土和砂砾石。富水性受地形控制，河谷区富水性较丘陵区强。大气降水是该类地下水的主要补给来源，即在降雨期直接得到降水的入渗补给，其次为河谷两侧基岩裂隙水的侧向补给。地下水径流方向与地表水一致，在天然条件下，地下水顺地势由上游向下游、由河谷两侧向河谷中心汇流。排泄方式以人工开采为主，其次为蒸发排泄、侧向排泄河谷和裂隙下渗补给下伏基岩含水层。2、二叠系上、下石盒子组碎屑岩类裂隙含水岩组分布于牛庄米山永禄的以北地区及釜山寺头半坡沿线一带的侵蚀低中山区，山顶浑圆，沟谷呈“V”字形，地形切割强烈。地层岩性为砂质泥岩、页岩和砂岩，富水性差。该含水岩组由于其主要分布于山丘区，其补给方式主要为大气降水入渗，补给量受地形、裂隙发育程度以及裂隙充填程度的影响。除此之外，对于上覆松散沉积物的地区，还有可能接受上覆越流补给以及大气降水入渗补给。排泄方式主要为：人工开采、向下伏灰岩的渗漏及蒸发。地下水的流向主要受地形与地质构造控制，多为由分水岭向河流运动。3、石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组分布于高平陵川、茶元东土河及伊侯山一带。地貌形态为侵蚀低中山和剥蚀低中山，山顶呈浑圆状。主要为砂岩、页岩、煤层夹灰岩地层。在城区与泽州分布有57层灰岩，其中K1、K5两层分布较为稳定。巴公盆地以K5为主，埋深3050m，厚度24.3m，在南巴公河以北至西板桥、北板桥一带富水。泊村地区K5埋深3040m，厚度34m，泊村泉以西铁路附近富水。北石店盆地K5富水性不均一，主要分布于北石店、刘家川至司徒村一带；东部府城以西黄头村、背荫村至金村、孟匠一带K1富水，单位涌水量4.354.0m3/hm。晋城盆地也是以K5为主，其次为K1或K4，埋深1543m，厚度58m，单位涌水量3.6100.8m3/hm。南村盆地以K1为主，埋深811m，在北大社、南村至马匠村一带富水，单位涌水量34.2147.6m3/hm。长河谷地附近为K1相对富水，单位涌水量113m3/hm，远离则富水性变差。埋藏浅、地形低、构造条件适当、上覆盖层对补给有利，则富水，反之，则相对富水性差。在高平，受O2灰岩漏水的影响，K1、K2岩溶水往往疏干或水位埋藏较深，水量较小，单位涌水量约0.1m3/hm。K5灰岩层水位较高，均具有不同程度的承压性，其富水性的强弱主要受构造控制，其次与灰岩的埋深、产状、所处地质地貌条件以及补给情况有关。例如，在丘陵区二叠系地层较厚地区，降水入渗系数小，补给量少，富水性弱；在河谷地段，如果埋深大于70m，其富水性也较弱，单位涌水量小于0.2m3/hm；在河谷平川，埋深小于70m，其产状倾向上游，则富水性强，单位涌水量可达620m3/hm。该含水岩组主要补给方式为大气降水入渗，在松散沉积物覆盖区还可接受孔隙水的入渗补给。主要排泄方式为煤矿排水和人工开采，其次在构造有利部位为向下伏灰岩的越流排泄。地下水运动主要为顺层流动，部分地区受构造控制。该含水岩组富水性受煤矿排水影响较大。近些年由于煤矿开采深度与范围的不断加大，排水的影响越来越大，致使该含水岩组水位大幅度下降，甚至部分地区呈现疏干状态。4、碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组（1）奥陶系中统含水岩组该含水岩组按埋藏条件可分为裸露型、半裸露型和埋藏型三种。总厚360530m，分布广泛，约占泉域中碳酸盐岩总面积的80%以上。含水层岩性以灰岩为主，质地较纯，岩溶发育，多见溶洞、漏斗、悬谷及溶蚀洼地等，但其富水性极不均一。东部裸露区由于奥陶系下统隔水底板隆起，地层向西倾，大气降水入渗后产生顺层渗流，包气带很厚，而饱水带很薄，因此在西河底杨村以东一带很难形成有开采价值的奥陶系中统含水层，而大兴乡东南沿线也仅在局部有利部位（台北泉、五龙宫泉、白洋泉附近）形成富水地段。如台北泉流量40L /s，属水量中等；五龙宫泉河、白洋泉流量分别为410L/s和120L/s,属水量丰富。中、北部覆盖埋藏区富水性也不均一。在高平晋城汇水盆地，构造裂隙及溶蚀裂隙发育，富水性较强。富水区位于冯庄高平、巴公高都晋城岗河及椅掌村附近，标准井涌水量大于5000m/d，水量丰富，如高平造纸厂S9号钻孔，抽水降深1.78m，单井涌水量2589.1m/d，晋城矿务局S93号钻孔及陵川椅掌村S13号钻孔，抽水降深1.56m、0.24m,单井涌水量2497m/d和521.8m/d，水量丰富。中等富水区分布于团池南陈及北义城苇元一带，沿着强富水区的外围分布，标准井涌水量在10005000m/d，水量中等。如高平西庄S2号钻孔和南城铺车站S23号钻孔，抽水降深0.82m和1.4m,单井涌水量526.2m/d和926.2m/d，标准井涌水量3696m/d和3835m/d；晋城西党庄S70号、水北村S95号及小张村S96号钻孔，抽水降深1.5m、3.0m和0.8m,单井涌水量分别为960.0m/d、1920.0m/d及752.54m/d，标准井涌水量为3443m/d、2829m/d及4293.6m/d，水量中等；弱富水区分布于晋获褶断带西边寺庄大阳、丹河北东的杨村北义城及南村大箕一带，标准井涌水量小于1000m/d，如陵川寺润S5号、晋城崔庄S41号和苇元S174号钻孔，抽水降深73.50m、52.0m和4.4m,单井涌水量600.0m/d、480.0m/d和552m/d，水量贫乏。（2）寒武系中统含水岩组该含水岩组在泉域内按埋藏条件可分为裸露型和埋藏型，主要出露于郭壁以南的丹河河谷，含水层岩性主要为灰岩、鲕状灰岩。岩溶发育极不均一，主要沿构造裂隙及部分层面裂隙溶蚀扩大，形成脉状裂隙含水带。三姑泉即由寒武系中统张夏组中宽约30cm、高达数米的裂隙中涌出。该含水岩组富水性极不均一。在郭壁以北该层埋藏较深，岩溶裂隙不发育，富水性很弱；在郭壁以南，由于构造影响，裂隙发育，则成为主要含水层，富水性较强。物探勘测资料证实，在断裂带附近，构造裂隙发育，含水层视电阻率低，极化率高，富水性强；离开断裂带，构造裂隙发育程度逐渐减弱，含水层视电阻率逐渐增高，极化率降低，富水程度变差。富水区位于河东村付坝一带、城群谷堆窑三姑泉一带及围滩泉附近，单井涌水量大于5000m/d，泉流量大于50L/s,水量丰富，三姑泉和围滩泉，出露标高为342m、444m,流量分别为3500L/s和70L/s。其它为一般富水区，泉流量50L/s,如郭峪泉和马头泉，出露标高472m、412m,流量均为15L/s。（3）奥陶系下统、寒武系上统和寒武系下统相对隔水层奥陶系下统、寒武系上统分布于陵川东部和南部及南河西以南的白水河河谷和郭壁以南的丹河河谷。岩性主要为薄层厚层状白云岩，普遍含燧石团块和条带，厚150250m。岩溶化程度低，有时可见星散状溶孔，但连通性较差，对上覆奥陶系中统含水层具有“隔水托底”作用。仅在沿河地段和构造破碎带，富水性稍好，但单位涌水量仍小于0.5 L/sm，水量贫乏。寒武系下统仅出露于马圪当河河谷，岩性为泥岩、页岩及泥灰岩夹薄层灰岩，厚度110120m。构造和岩溶裂隙不发育，水量贫乏。奥陶系下统和寒武系下统一般构成区域相对隔水层。（三）岩溶地下水的补给、径流和排泄条件岩溶水的补给、径流、排泄受岩溶水系统的地质构造、现代水文网分布及岩溶发育特征所控制。三姑泉域补给、径流和排泄模式见图4。1.第四系含水层 2.石炭、二叠系煤系地层 3.奥陶系中统岩溶含水层 4.奥陶系下统相对隔水层 5.寒武系、中上统岩溶含水层 6.泉水 7.地下水位 8地下水流向 9地表水库图4 三姑泉域岩溶水补、径、排模式1、岩溶水的补给 本区岩溶水的补给源为大气降水。补给方式有三种：一是灰岩裸露区及半裸露区大气降水的直接入渗补给；二是河流和水库的渗漏补给；三是上覆岩体的越流补给。东部陵川丈河白洋泉一线，大部分为裸露可溶岩区，是区内最主要的大气降水入渗补给区。在东丹河流域西北，即东丹河与丹河干流分水岭一带为半裸露可溶岩区，坡面流进入沟谷后大部分入渗，仅洪水期有少量洪水出流。在秦家庄北诗北义城高都水东南村晋普山一线以西至晋获褶断带，寒武系、奥陶系可溶岩被第四系和石炭系、二叠系地层覆盖，不能直接接受大气降水入渗补给，但在局部构造有利部位，可接受上覆岩体的渗透补给。在高平尧头陈沟一线，由于晋获大断裂作用，可溶岩呈断续的条带状出露，河谷第四系下面直接与可溶岩接触，这一带不仅接受大气降水直接补给，而且丹河干流上游及西部支流都穿过此带发生渗漏，成为一个补给带。丹河及其支流流经灰岩裸露区、半裸露区时，河水大量漏失。渗漏段计有七处：即丹河流经高平市一带、丹河支流许河在康营河西镇段、野川河野川乡的南部、马村河的陈村东部、任庄水库小会泉一带、白洋泉河台北泉白洋泉一带及白水河在南河西水掌泉一带。泉域内有一大型水库即任庄水库，这座水库地处灰岩区，存在库水向地下水渗漏问题，它也是岩溶地下水的重要补给源。2、 岩溶水的径流据三姑泉域岩溶水等水位线图（图5），该区岩溶水的总体流向为：在高平以北、东北及陵川一带灰岩裸露区、半裸露区接受大气降水入渗补给及河流、任庄水库渗漏补给后，流向南、南西方向的巴公、北石店、晋城城区一带汇集，在晋城市区及以南，由于受晋城高平褶断带及丹河小“山”字型前弧阻水作用，岩溶水转向南东向郭壁泉、水掌泉、三姑泉一带径流。根据水力坡度的变化规律、地质构造、岩溶水等水位线疏密程度、构造、钻孔岩溶发育特征、水力特征和富水特征分析，可将本区划分为三个岩溶水强径流带。高平巴公北石店晋城城区强径流带：该带为晋城高平褶断带东侧凹陷盆地，盆地中心在北石店，岩溶水水利坡度在1.251.67之间，岩溶发育，富水性好，单位涌水量在1.18149.224L/s.m，单井涌水量80140 m/h，尤其在巴公、北石店、晋城城区，单位涌水量一般都大于20L/s.m。任庄水库水东郭壁泉强径流带：沿丹河小“山”字型的脊柱展布，该脊柱由近南北向的北斜及挠曲组成，岩溶发育，富水性较好，水力坡度在2-2.86之间。台北泉白洋泉郭壁泉强径流带：沿白洋泉展布，沿途出露有台北泉、白洋泉、郭壁泉，水力坡度14左右。3、岩溶水的排泄岩溶水的排泄方式主要有三种。其一是以泉的形式排泄，其排泄点主要集中在两处，一处是郭壁泉，主要有五龙宫泉、土坡泉和牛草泉组成，泉流量0.662 m/s，泉口标高525546m，泉水出露于奥陶系中统下马家沟组灰岩中；另一处是三姑泉，流量3.5 m/s，泉口标高342m,泉水出露于寒武系中统张夏组鲕状灰岩中。其二是人工开采，岩溶水是区内工农业生产和人民生活最重要和最主要的供水资源，人工开采是其主要排泄方式之一。其三是以潜流形式排向区外，三姑泉不是全排型的泉水，有一部分潜流排向焦作地区。图5 泉域等水位线图（四）岩溶地下水资源子系统三姑泉域岩溶水系统可划分为四个子系统，见图6和图7。1.第四系松散层 2.石炭、二叠系砂页岩夹灰岩 3.中奥陶统及中寒武统灰岩岩溶含水层 4.相对隔水层 5.岩溶泉 6.地下水流向 7.地下水位 8.断层图6 岩溶水子系统剖面示意图1.地表分水岭 2.地下阻水边界 3.推测地下分水岭 4.子系统界线5.岩溶水强径流带 6.岩溶泉 7.地表水系 8.地下水流向图7 三姑泉域地下水子系统分区图1、东丹河子系统该子系统的汇水范围与东丹河的地表流域不一致，由于地质构造的关系，该子系统的地下水面积远比地表水汇水面积小，其西部边界为白阳泉与小会泉之间隆起，形成地下水分水岭。该背斜向南延伸至郭壁以南的河东，向北延东丹河右岸到台北泉以北尖灭。子系统内有两处较大的泉水，台北泉出露于O1地层中。由于全扣下有底层褶皱，含泥质微晶白云岩层阻水形成泉水。最大流量0.250.30m3/s,最枯流量0.05 m3/s。该泉为近源补给的稳定程度较低的泉水。白洋泉出露于O1顶板，其来水方向主要为东丹河左岸分水岭的O2灰岩区，由于小会背斜东翼O1地层阻水而出露，标高607m。有两个泉组，总流量为0.1027m3/s.东丹河河谷中O2含水层中地下水有一部分通过断裂穿过O1相对隔水层进入2含水层中，在三姑泉与郭壁泉之间的丹河河谷左岸出露，如水帘洞泉等。2、任庄子系统该子系统的汇水范围从陵川到任庄一带的丹河干流流域地带，包括东丹河部分流域，由于地层向西或西北倾斜，东部裸露、半裸露可溶岩区的大气降水入渗后，在O2灰岩中进行顺层渗流，向西部汇集，在任庄水库至郭壁泉一线形成近南北向的强劲地带，任庄水库及丹河干流地表水的渗漏，也加强了径流带的发育。本子系统的地下水流，在郭壁泉排泄了一部分，另一部分穿过O1进入2含水层，并在三姑泉排泄。3、高平-晋城子系统该子系统在高平-南陈一带接受丹河上游支流渗漏补给，并接受任庄子系统的侧向补给。其主要特征是子系统内多为盆地，O2 含水层埋深较大，地下水循环较缓慢，循环周期长。本子系统与任庄子系统有水力联系。在原始天然条件下，本子系统上游接受任庄子系统的侧向补给，下游主要向白水河及丹河排泄。4、长河子系统该子系统在晋获大断裂以西的丹河支流许河流域，其补给主要为断裂带西盘出露的O2灰岩接受大气降水的入渗及许河渗漏补给。该子系统与高平-晋城子系统的边界在地表无明显的地表分水岭，但存在着可移动的地下分水岭。 第二章 人为环境条件一、社会经济条件晋城市目前的产业格局以“四大基地、八大产业”为主导。 煤炭行业：按照“控制总量”、“关小改中建大”的总体思路，生产集中度、技术装备水平显著提高。建市初期的1985年全市共有各类矿井852个，生产原煤2248万吨，到2004年全市矿井总数压减到537个，实际产煤5004万吨，单位矿井年产量由2.6万吨提高到9.3万吨。建成百万吨矿井7座，60万吨矿井达6座，30万吨矿井达40座。30万吨以上矿井原煤产量占到全市的50%以上，327矿342个工作面实施了采煤方法改革，壁式开采率达到60%以上，煤炭资源回收率、煤炭入洗率、加工转化率分别达到43%、22%和25%。2004年煤炭行业实现增加值54.4亿元，占全市GDP的22.3%，提供财政收入24.3 亿元，占到全市财政总收入的56.4%。煤焦建设取得进展，建成了兴高焦化40万吨一期工程，三甲120万吨、沁晟60万吨和兴高焦化40万吨二期项目正在建设。 电力行业：坚持大电厂与小水电、小火电并重发展，建成了拴驴泉、杜河等水电站，5个国家级电气化县和小水电代燃料工程正在建设，阳电一期635万千瓦建成，阳电二期260万千瓦开工，鲁能460万千瓦和晋城430万千瓦热电项目前期工作进展顺利，泽州高都、阳城两个213.5万千瓦项目奠基。2004年全市装机容量达到240万千瓦，发电量达到135亿千瓦时。 化工行业： 1985年我市仅有高平、阳城、陵川三家化肥厂，产品以碳铵为主，到2004年全市已建成了兰花一化、天脊晋城化工和大化3套“1830”装置和天脊晋城化工1套“813”装置，形成103万吨大颗粒尿素的生产能力，天脊“4060”、晋丰“3652”和兰花阳城“1830”也正在建设中。天脊晋城化工的三聚氰胺技改、高平30万吨甲醇一期、10万吨乙醇一期等精细化工工程正在建设。产品实现了从“碳铵大颗粒尿素精细化工”的飞跃，由单一型向多元化方向发展，煤化工基地正在崛起。 冶铸行业：从“村村点火、处处冒烟”的“一脚蹬”，发展到179 M3以上的大高炉，铸件产品从单一、低档向多元、中高档方向发展，冶铸业实现了上档升级。到2004年，全市已建成东方、众鑫、腾飞、箭头、鑫源、兴华等179 M3以上高炉13座，亚鑫318M3、闽峰500M3等6座高炉正在建设。福盛钢铁100万吨轧钢一期投产。开发区国际铸造工业园区、泫氏铸业、泽州金工等一批高档铸造企业迅速崛起。 建材行业：阳城建瓷工业园形成了2000万平方米生产能力。东方玻璃全电熔生产线、长河建材多孔墙砖投产，城区恒光粉煤灰免烧砖、绿营粉煤加气砼砌块、高平、泽州日产2000吨水泥熟料项目正在建设。丝麻行业：绿洲二期奠基开工，森鹅、佶利尔、红萍、靓豹等一批服装加工企业积极扩大规模。饮品行业：厦普赛尔、白马王5万吨扩建工程进展顺利，鑫山柿子饮料、阳城的华萸、帅源桑椹系列等正在建设中。旅游业：全力打造晋豫“金三角”，在加快硬件设施建设的同时，不断加大促销力度，以皇城相府为代表的旅游热点形成，旅游业整体发展水平迈上一个新台阶。2004年共接待游客424.8万人次，实现旅游总收入9.5亿元，增长85%。 第三产业快速发展，服务能力大大增强。生产的快速增长促进了流通、服务业的发展。2004年全市社会消费品零售总额达59.6亿元，是1985年的12.8倍，名优特新商品琳琅满目，大型综合性商厦不断涌现，超级市场、便民店、专卖店、购物中心、无店铺销售等多种零售业态共同发展。运输邮电业发展迅速。2004年全市邮电业务总量达13.4亿元，较1985年翻了近7.6番。交通运输方面，公路货运量由1985年的1075万吨增至2004年的8448万吨，增长6.9倍，旅客发运量由1080万人增至5743万人，增长4.3倍。二十年来，特别是上世纪90年代以来，信息产业获得空前发展，信息交流方式由以邮件、电话、电报为主发展为包括固定（移动）电话、传真、电子邮件、数据传输在内的先进快捷的交流方式。伴随经济的发展，房产、金融业迅速壮大，有力地支持了经济的发展，促进了人民生活质量的改善。同时，各种新兴服务业应运而生，社区服务网络逐步形成，大大方便了人民群众的生活。 二、污染源类型与分布1工业污染源 晋城市工业结构以煤炭、电力、化学、冶金、机械工业等为主，据统计，全市2000年工业废水排放总量3531.6万t，矿坑排水量2180万t。各县（市区）废水排放量见表1。表1 2000年各县（市区）废水排放量县（市区）工业废水排放量（万t）矿坑废水排放量（万t）城区886.8780.0泽州县815.0320.0阳城县1035.8400.0高平市569.0610.0陵川县149.020.0沁水县76.050.0合计3531.62180经调查，晋城市河流主要污染行业是化工、煤炭行业，主要工业污染企业分布于丹河流域的高平市、晋城市城区、泽州县，大量的工矿企业及城市生活废污水排入河流，造成丹河60的河段严重污染，丹河的一些支流，如北石店河、巴公河、白水河也由于接纳废污水而遭受严重污染。造成丹河污染的主要排污企业有晋煤集团、兰花科技一化分公司、6013厂、兰花科技巴公化肥厂等。沁河年径流量大，沿河厂矿较少，所以除润城断面以外，其他河段水质较好，造成润城河段主要污染源是阳城化肥厂、阳城绿洲纺织公司及小煤矿排水等。2生活污染源生活污染源是指由人类消费活动产生的污水，城市和人口密集的居住区是主要的生活污染源。生活污水中含有机物、合成洗涤剂和氯化物以及致病菌、病毒和寄生虫卵等。人口的增加，城市规模的迅速发展，城镇化率和人们生活水平的逐步提高，使得城镇生活用水量呈不断增加的趋势。2000年全市城镇生活取水量已增加到的2421.0万t，取水量的增加必然带来生活废污水排放量的增加，2000年生活污水排放量为1341.3万t。近年来由于工业企业加大了治污力度,废污水排放量较之过去有所减少，而生活污水的排放量不断上升,逐渐成为水环境污染的一个重要因素。另一方面，随着科技的不断进步,人们生活中使用合成化工产品的种类和数量不断增加,使得生活污水中污染物的种类和数量也呈不断上升趋势。过去生活污水中多以无机污染为主,现在生活污水中发现了越来越多的有机物污染。表2 各县区生活污水排放量县（市区）城镇生活取水量（万t）城镇生活污水排放量（万t）城区1527.1891.3泽州县320.0171.0高平市284.0134.0陵川县55.023.0合计2421.11341.33农药、化肥大量施用的化肥、农药，除被作物吸收、分解外，大部分残留在土壤和水分中，之后会随着地表径流进入水体，造成污染。2000年晋城市农用化肥施用224782t，其中氮肥101602t、磷肥81387t、钾肥7954t、复合肥33839t。全年农药施用量937t。晋城市历年化肥施用量见表3，各县区化肥施用量见表4 ,农药使用量见表5。 表3 历年化肥施用量年份城区泽州高平陵川合计1980400322829997711200351985342632939317551182911232619905212451744715319414166387199547734826658853279171995622000479048413682203156922478220024435463136597731341219887表4 各县区化肥、农药施用量统计表年份县（区）化肥施用量（t）按实物量计算氮肥磷肥钾肥复合肥合计2000城区1616147323914624790陵川1710210550525339231569泽州2026919193580837148413高平2703926029506610086682202002城区1557137514613574435陵川1669598871111364831341泽州1863118066653896346313高平261492407113571440065977表5 农药使用量（t）年份城区泽州高平陵川合计19951343316100599200034984621039372002169525195648三、污染物特征主要污染物质为煤矿矿坑废水、化工企业废污水、生活污水和农业污水等，矿坑废水中含有大量的硫化物（如FeS），其中SO42、F等阴离子浓度较高，水的pH值较低，Fe、Mn、Zn等重金属离子含量较高，硫酸根、总硬度、重金属等离子含量随pH值的降低而增大。化工企业和生活、农业废水中化学耗氧量、生化需氧量、氟化物、氨氮、总硬度等超标严重。污水中的氨氮、磷、钾等进入地表水体中，使得水体产生富营养化现象，导致水质恶化。四、入河排污口及其特征主要排污企业分布于丹河流域的高平市、晋城市城区、泽州县，排污口多数为煤矿污水口，其次是化工企业排污口和生活污水排污口。沿河主要的排污口入河废污水量每年总计为3966.1万t，其中煤矿污水口每年排放进入河流的废污水量为1310.6万t，化工企业排放进入河流的废污水量为410万t，生活污水量为441.4万t。排入河流的污染物类型主要为COD和氨氮，COD的主要排污口为白水村白水河断面、巴公化肥厂污水口、一化污水口、凤凰山煤矿污水口，氨氮的主要排污口为巴公化肥厂污水口、一化污水口、白水村白水河断面、6013厂污水口。第三章 水化学类型及其水质演化特征一、水化学类型及其特征分析该研究区域主要为三姑泉域岩溶水系统，该系统以岩溶地下水为主，由地表水、第四系孔隙水、基岩裂隙水、岩溶地下水组成的水资源系统。该系统划分为四个子系统：东丹河子系统、任庄子系统、高平晋城子系统、长河子系统。岩溶地下水化学成分的形成与分布是在地质和水文地质条件及物理化学平衡等因素的综合作用下元素迁移的结果，在很大程度上，岩溶水的化学成分取决于补给水的化学成分和含水介质的物质成分。本区岩溶地下水的含水介质主要矿物成分为方解石、白云石和石膏，它们的溶解决定了岩溶水中主要阳离子为Ca2和Mg2、Na，主要阴离子为HCO3 、SO42、Cl4 。矿化度特征分析：岩溶地下水水化学的平面分布特征主要决定于水的循环交替条件，在水交替积极的地带，总矿化度相对较低，在水交替滞缓的地带其值较高。总的趋势是从补给到排泄，随径流途径延长，水岩作用时间增加，岩溶矿化度逐渐增高。由于不同泉排泄点的补给径流条件不同，泉水矿化度也不同。Ca2Mg2比值特征分析：由于方解石的溶解率远大于白云石，因此岩溶水中Ca2含量远大于Mg2含量。但是，随着方解石、白云石不断溶解，水中的CO2降低，方解石和白云石溶解速度减慢。这时方解石的减小幅度要远大于白云石的降低幅度。致使二者溶解度逐渐降低，因此随着径流途径的增长，水岩作用时间增加，岩溶水中Mg2含量增加幅度要大于Ca2含量，且其二者比值趋近于一值。研究区补给区附近的Ca2含量远大于Mg2含量。二、水化学成分演化与形成特征分析通过水化学组分的离子当量比值来分析地下水水质演化过程及演化特点，结果表明，地下水中钠的来源并不是单纯的岩盐溶解。其钠离子的超出部分可能是因为地下水补给源的背景值较高以及硫酸钠蒸发沉积物在地下水径流过程中的溶解。钙的来源除与方解石和白云石的溶解沉淀有关外，受石膏的溶解沉淀影响也较大。通过对地下水形成影响因素的研究，表明地下水化学成分的变化主要受地下水补给水源水化学