满洲里市地下水水质的变化特征

满洲里市地下水水质的变化特征

满族自治区位于东经1171211753，北纬49194941。内蒙古呼伦堡联盟的一个几乎是省会和边境港口城市，市区面积为18.73公里。满洲里市市区属起伏不平的丘陵缓坡地形,平均海拔高度为654m左右。四周被山包围,地势南高北低,由西南向东北倾斜。满洲里市属中温带半干旱大陆性气候。冬季严寒漫长,夏季温凉短促;冬季干旱多大风,秋季降温急剧霜冻早。年平均气温-1.3℃,年平均降水量299.5mm,年蒸发量(1200~1500mm)是降水量的4.85倍左右。目前满洲里市生产和生活用水均以地下水为唯一水源,随着城市发展和人口增加,该市地下水水位逐渐下降,现已严重超采,满洲里市市区各业用地下水资源已超过补给量30万m3,缺水问题已迫在眉睫,水资源将会制约着满洲里市的进一步发展。研究满洲里市地下水水体环境中污染物的演化特征,探讨地下水的污染现状及成因,为满洲里市合理开发和经营地下水资源提供理论基础,同时为我国干旱地区利用地下水资源提供参考。1上白垩统砂岩石孔隙含水层满洲里市位于外贝加尔褶皱系与大兴安岭褶皱系衔接带上,额尔古纳—呼伦湖深断裂西北侧,其地质构造、火山——岩浆活动及地下水均受控这一特定的构造环境。该地区地层由老到新为泥盆统乌奴耳组,上侏罗统塔木兰沟组和上库力组,下白垩统大磨拐河组,第四系全新统冲洪积层。侵入岩有燕山早期花岗岩、白岗岩和正长花岗岩。本区构造一断裂为主。褶皱有石灰厂背斜和小煤窖向斜。满洲里市市区属隆起褶皱带、属以裂隙水为主的水文区。根据岩性、埋藏条件含水性及透水性可分为以下含水层:①第四系砂砾石孔隙含水层,主要分布在小河谷及其山间谷地中,由坡洪积砂砾石、碎石夹粘土和冲洪积砂砾石、砂卵石组成。含水层分布特点是从补给区(西部查干湖、后贝加尔、小煤窑)至径流区(中部小北湖至机械化农场到中苏边境界额尔尼托海62界点两侧流入苏联)粒度由大到小,由单一变为多层,厚度变大,水位埋深由大变小,水量逐渐增大,水化学类型为HCO3-NaMgCa,HCO3SO4-NaCa,HCO3SO4-NaCaMg,矿化度为0.43~1.00g/L。②下白垩统砂砾石、孔隙裂隙含水层。分布在西部开放山—小煤窑一带,由白色砂岩、凝灰质砂砾岩组成,水化学类型为HCO3SO4-Na,矿化度为0.8~1.0g/L。③上侏罗统火山岩裂隙含水层。广泛分布在北部和东部,根据岩性、富水程度等划分为两层:一是玄武安山岩层,水化学类型为HCO3-NaMg,矿化度为1.56g/L。二是流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩裂隙含水层,分布在小煤窑西部、北部,小龙岸山西山,四头山、胪滨南山、达永山、大木山等地,由流纹岸、凝灰岩、安山斑岩、火山角砾岩、粗面岩组成,岩石节理裂隙不甚发育,裂隙率0.53%~1.42%,含水层厚度30~45m,水位埋深5~15m。④中泥盆统大理岩、白云质结晶灰岩裂隙岩溶水含水层。分布在石灰矿区,面积仅3km2,由大理岩、结晶灰岩组成,裂隙较发育。⑤燕山期花岗岩裂隙水含水层。分布在市区南部工厂一带,由花岗岩、白云岩、化岗结晶、石英二长斑岩组成。水化学类型为HCO3SO4-CaMg,矿化度为0.69g/L。2对污染物的监测和分析2.1水样采集和采样对分布于满洲里市的6眼井(老1号、老5号、新1号、新2号及良种场和技工学校)进行水样采集。这6眼井的地下水类型均是砂砾石含水层孔隙承压水,除技工学校井深为109m外,其他水井的井深均为30m。每年分枯水期(5月下旬)和丰水期(9月下旬)2次采样,每次采样的频次为一次。样品用聚乙烯瓶盛装,带回实验室分析。2.2分析和限制分析方法和检出限见表3。3结果讨论3.1地下水环境质量评价取1988~1999年监测结果的平均值,执行《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)对其进行评价,结果见表2。从表2可以看出,满洲里市地下水的水体环境质量总体上来说较好,主要超标污染物是氟化物,这与地下水的循环有关。受到区域水文地质条件的影响,该区属于高氟区。地下水开采后,进入城市的生产和生活系统后,污染物会进一步富集,因而,必须采取一定的措施降低水体中的氟污染。3.2满洲里市地下水污染的季节变化特征满洲里市地处高纬地区,在9月至来年5月,地表水因结冰而不能向地下水中补给,因而地下水接受地表补给集中在5~9月份,因而9~5月份是地下水的枯水期,5~9月份是地下水的丰水期。地下水的埋深较浅,且主要接受地表水补给,受到地表水的影响较大。5~9月份,随着地表水的补给,地下水水量逐渐增多,水体的pH值会有所降低,同时,地表污染物逐步进入到地下水并在其中富集;9~5月份,随着地下水的运动和被开采,污染物逐渐减少。从表3可以看出,满洲里市地下水中的污染物有明显的季节变化特征。除pH值和As外,其他各项污染指标都是丰水期的含量大于枯水期,并且变化很大。特别是NO3-N和Cr6+,丰水期的含量约是枯水期含量的1倍(表3)。3.3cno3-n和氟化物含量的变化在MicrosoftOrigin软件包的支持下,对满洲里市主要污染指标的年际变化(1988~1999年)进行多项式拟合,取卡方检验最好的多项式方程进行分析,得到如下方程:pH=6.12+2.01t−0.86t2+0.15t3−0.01t4+(3.59E−4)t5(R2=0.96904)(1)CF=2.03−0.26t+0.29t2−0.07t3+0.01t4−(2.27E−4)t5(R2=0.97179)(2)CNO3−N=3.74−6.03t+5.17t2−1.25t3+0.11t4−0.00381t5(R2=0.58593)(3)pΗ=6.12+2.01t-0.86t2+0.15t3-0.01t4+(3.59E-4)t5(R2=0.96904)(1)CF=2.03-0.26t+0.29t2-0.07t3+0.01t4-(2.27E-4)t5(R2=0.97179)(2)CΝΟ3-Ν=3.74-6.03t+5.17t2-1.25t3+0.11t4-0.00381t5(R2=0.58593)(3)式中:CF,CNO3-N——氟化物和硝酸盐氮的含量;t——年份。对指标进行平均值标准化,作出年际变化图(图1)。由分析方程(1)(2)(3)和图1,可以发现一个非常有趣的现象,主要污染指标均发生波状变化,初始周期大约是5~7a。NO3-N和氟化物的变化基本同步,1989年之后,pH值的变化情况却与其变化正好相反,表现在以下三方面:①pH值变化的周期逐渐增大,而NO3-N和氟化物的变化周期则逐渐减小;②pH值变化的幅度逐渐加大,而NO3-N和氟化物变化的幅度逐渐减小;③当pH值处于高值区时,而NO3-N和氟化物却处于低值区,这也就是说pH值的变化与NO3-N和氟化物的变化有3~4a的时滞。导致这种现象发生的原因很复杂,但主要是受到水文地质条件的综合影响。至于pH值与NO3-N和氟化物含量变化的异步性,可以从NO3-N和氟化物的化学性质上作出解释。NO3-N和氟化物均是强酸盐,随着pH值的增加,其发生水解的强度会增大,其含量会降低。3.4深度和浅水期废水中污染物含量的对比不同深度的含水层的地下水因水的来源和与岩石接触的时间不同,其水质也有明显的变化。经过多次渗漏,水体才能进入到深层,其从地表带入的污染物会降低,同时,随着水的渗漏,其与岩石接触的时间增多,反映更为充分,导致深层地下水的矿物度加大。取深度为30m的地下水中污染物含量的平均值与深度为109m的地下水中污染物含量的平均值进行对比(见表4),可得出如下结论:①浅层地下水的pH值丰水期与枯水期基本持平,且丰水期稍低于枯水期;深层地下水则呈现明显的丰水期与枯水期的变化,丰水期比枯水期低。②浅层地下水和深层地下水的总硬度都有明显的丰、枯水期的变化,丰水期大于枯水期,但从整体水平上看,浅层地下水的含量更高。③深层地下水的CODMn含量基本持平,而浅层地下水丰水期较枯水期高,且含量比深层水要高。④浅层地下水和深层地下水的NO3-N都有很强的丰、枯水期的变化;深层水的变化率更大,含量比浅层地下水要低得多。⑤深层地下水和浅层地下水中氟化物的变化基本同步。⑥浅层地下水中砷的含量在逐步减少,深层地下水却逐步增多。⑦浅层地下水中Cr6+的含量有明显的丰枯水期的变化,而深层地下水却持平。4t