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华北典型丘陵地区地下水水质特征及污染成因分析

韩雪萌 蔡文倩 王军强 李慧颖 徐香勤 田胜艳

韩雪萌,蔡文倩,王军强,等.华北典型丘陵地区地下水水质特征及污染成因分析:以河南省安阳市龙安区为例[J].环境工程技术学报,2023,13(3):992-1000 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220624
引用本文: 韩雪萌,蔡文倩,王军强,等.华北典型丘陵地区地下水水质特征及污染成因分析:以河南省安阳市龙安区为例[J].环境工程技术学报,2023,13(3):992-1000 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220624
HAN X M,CAI W Q,WANG J Q,et al.Groundwater quality characteristics and pollution causes in typical hilly areas of North China: the case of Longan District, Anyang City, Henan Province[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(3):992-1000 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220624
Citation: HAN X M,CAI W Q,WANG J Q,et al.Groundwater quality characteristics and pollution causes in typical hilly areas of North China: the case of Longan District, Anyang City, Henan Province[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(3):992-1000 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220624

华北典型丘陵地区地下水水质特征及污染成因分析—以河南省安阳市龙安区为例

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220624
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFC1407603)
详细信息
    作者简介:

    韩雪萌(1996—),女,硕士研究生,主要从事地下水环境研究,hxm12135@163.com

    通讯作者:

    蔡文倩(1986—),女,副研究员,主要从事水环境污染防治技术研究,caiwenqian@tcare-mee.cn

  • 中图分类号: X523

Groundwater quality characteristics and pollution causes in typical hilly areas of North China: the case of Longan District, Anyang City, Henan Province

  • 摘要:

    为探明华北典型丘陵地区——安阳市龙安区的地下水水质状况,共检测了龙安区内127个监测井的24项水质指标,开展区域地下水水质特征及污染成因研究;在水化学统计和水质评价的基础上,应用反距离权重空间插值法对污染物进行空间分布特征解析,并通过主成分分析法识别污染源。结果表明:龙安区浅层地下水化学类型多为HCO3-Ca型,区域内93.0%的地下水样品中NO3 浓度超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类标准限值,最大超标倍数为47.1倍。单因子污染指数评价结果显示,研究区地下水样品中NO3 污染指数最大值为48.10,其中27%的样品处于较重污染状态,19%处于严重至极重污染状态;SO4 2−处于中度污染状态,Cl、NH4 +、F处于轻度污染状态。内梅罗综合污染指数评价结果显示,研究区地下水综合污染指数为0.01~34.69,地下水水质整体处于良好水平,但有4%的样品处于极差状态,主要分布于研究区中部。NO3 、NH4 +、SO4 2−、Cl浓度高值区主要分布于区域中部,且呈现中部高、东西低的分布特征;F浓度高值区分布于地下水滞留区,且呈现西低东高的分布特征。污染成因分析结果表明,研究区地下水水质状况主要受区域水文地质条件、地下水地球化学特征和农业面源污染影响。

     

  • 图  1  龙安区水文地质单元划分及采样点分布

    Figure  1.  Hydrogeological units and sampling points of groundwater in Longan District

    图  2  浅层地下水Piper三线图

    Figure  2.  Piper trilinear chart of shallow groundwater

    图  3  地下水单因子污染指数法评价结果

    Figure  3.  Evaluation result of groundwater single factor pollution index method

    图  4  研究区地下水主要污染指标空间分布

    Figure  4.  Spatial distribution of major indicators of groundwater quality in the study area

    图  5  主成分分析载荷

    Figure  5.  Load diagram of principal component analysis

    图  6  研究区地下水中各指标的相关矩阵

    Figure  6.  Correlation matrix of indexes from groundwater

    图  7  不同水文地质单元地下水F浓度差异性

    I—为东北部松散岩类孔隙水;Ⅱ1—东南部碎屑岩类孔隙裂隙水;Ⅱ2—中部北侧碎屑岩类裂隙水;Ⅲ1—西部裸露型碳酸岩类裂隙岩溶水;Ⅲ2—西部覆盖型碳酸岩类裂隙岩溶水。 注:字母相同表示不存在显著差异性(P>0.05)。

    Figure  7.  Difference of groundwater F concentration in different hydrogeological subregions

    表  1  单因子污染指数法分级标准

    Table  1.   Classification standard of single factor pollution index method

    Pki污染等级污染程度
    ≤0未污染
    0~1轻度污染
    1~3中度污染
    3~6较重污染
    6~10严重污染
    >10极重污染
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    表  2  内梅罗综合污染指数法分级标准

    Table  2.   Classification criteria for Nemerow composite pollution index method

    F污染等级污染程度
    ≤0.80优良
    0.80~2.50良好
    2.50~4.25较好
    4.25~7.20较差
    >7.20极差
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    表  3  研究区地下水常规指标统计特征

    Table  3.   Statistical characteristics of groundwater conventional indicators in the study area

    水质指标最小值中值最大值平均值标准差变异系数/%GB/T 14848—2017中
    Ⅲ类标准限值
    超标率/%
    pH 6.66 7.36 8.33 7.36 0.32
    EC/(μS/cm) 344 888 2208 928 294 32.0
    DO/(mg/L) 1.09 8.45 30.20 9.93 6.09 61.0
    ORP/mV −217.6 96.0 544.0 117.2 128.1 109.0
    温度/℃ 15.8 20.3 29.0 21.1 3.2 15.0
    总硬度/(mg/L) 252.80 507.06 2776.62 573.80 340.07 59.3 450 68.4
    TDS/(mg/L) 314.94 637.99 4170.93 765.02 527.57 69.0 1000 14.0
    F/(mg/L) ND 0.32 2.60 0.37 0.35 93.7 1 0.8
    NH4 +/(mg/L) ND 0.12 2.78 0.18 0.29 163.8 0.5 0.8
    NO3 /(mg/L) 8.4 54.2 962 93.8 136.3 145.4 20 93.0
    SO4 2−/(mg/L) 17.97 118.78 1191.70 154.46 163.89 106.1 250 14.0
    HCO3 /(mg/L) 178.67 360.32 559.74 353.75 76.53 21.6
    K+/(mg/L) 0.36 0.73 10.23 1.47 2.04 138.7
    Na+/(mg/L) 9.50 28.12 186.65 38.20 30.52 79.9 200 0.0
    Ca2+/(mg/L) 70.94 159.42 847.43 177.88 108.15 60.8
    Mg2+/(mg/L) 10.76 27.81 160.52 31.49 19.10 60.6
    Cl/(mg/L) 21.06 71.68 623.39 92.51 86.36 93.3 250 3.5
    Cu/(mg/L) ND 0.3×10−2 0.8×10−2 0.3×10−2 0.1×10−2 44.1 1 0.0
    Hg/(mg/L) ND 0.5×10−4 0.9×10−4 0.5×10−4 0.1×10−4 24.2 0.001 0.0
      注:ND表示未检出;—表示不存在。
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    表  4  主成分分析主要计算结果

    Table  4.   Main calculation results of principal component analysis

    项目F1F2F3
    特征值7.1851.1971.049
    贡献率/%59.8759.9738.743
    累积贡献率/%59.87569.84878.591
    载荷总硬度0.9870.0730.038
    TDS0.9940.0320.063
    F0.0620.728−0.027
    NH4 +−0.015−0.0200.929
    NO3 −0.200−0.0600.861
    SO4 2−0.9510.0220.196
    Cl0.959−0.071−0.057
    HCO3 0.2400.4690.295
    K+0.195−0.6230.080
    Na+0.846−0.0280.250
    Ca2+0.9710.0830.050
    Mg2+0.9340.030−0.008
      注:加粗数字表示污染指标在此主成分有较大的载荷(>0. 70)。
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