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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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  • [1] 水利部. 2021年中国水资源公报[A]. 北京: 水利部, 2022.
    [2] 环境保护部. 全国地下水污染防治规划(2011—2020年)[A/OL]. (2011-10-28)[2022-04-15].https://www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201111/W020111109376922920938.pdf,2011.
    [3] LIU R L, ZHONG B, LI X P, et al. Analysis of groundwater changes (2003-2020) in the North China Plain using geodetic measurements[J]. Journal of Hydrology:Regional Studies,2022,41:101085. doi: 10.1016/j.ejrh.2022.101085
    [4] 李雅丽, 张红娟, 闫海琴, 等.近20年全球农业生产对地下水影响研究的热点与趋势[J]. 环境工程技术学报,2022,12(4):1086-1095. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210357

    LI Y L, ZHANG H J, YAN H Q, et al. Research hot spots and trends on the impacts of global agricultural production on groundwater in the past two decades[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1086-1095. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210357
    [5] 张鑫. 地表水、地下水硝酸盐时空变化及其来源分析: 以渭河流域关中段为例[D]. 西安: 西北大学, 2021.
    [6] 周洋, 朱恒华, 刘治政, 等.山东省海岸带地区地下水有机污染特征分析[J]. 山东国土资源,2020,36(8):40-47. doi: 10.12128/j.issn.1672-6979.2020.08.006

    ZHOU Y, ZHU H H, LIU Z Z, et al. Analysis on organic pollution characteristics of groundwater in coastal area of Shandong Province[J]. Shandong Land and Resources,2020,36(8):40-47. doi: 10.12128/j.issn.1672-6979.2020.08.006
    [7] 席北斗, 李娟, 汪洋, 等.京津冀地区地下水污染防治现状、问题及科技发展对策[J]. 环境科学研究,2019,32(1):1-9. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.09.27

    XI B D, LI J, WANG Y, et al. Strengthening the innovation capability of groundwater science and technology to support the coordinated development of Beijing-Tianjin-Hebei region: status quo, problems and goals[J]. Research of Environmental Sciences,2019,32(1):1-9. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.09.27
    [8] 刘启龙, 车丽娜.绥化市水源地地下水污染特征分析及水质评价[J]. 环境科学学报,2019,39(10):3528-3534. doi: 10.13671/j.hjkxxb.2019.0259

    LIU Q L, CHE L N. Analysis of groundwater pollution characteristics and water quality evaluation of water sources in Suihua[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2019,39(10):3528-3534. doi: 10.13671/j.hjkxxb.2019.0259
    [9] 安阳市人民政府. 安阳市土地利用总体规划(2006—2020年)[A/OL]. [2022-04-15]. https://zrzyghj.anyang.gov.cn/2019/08-13/2192774.html.
    [10] GUO L, XIE Q, SHENG Y Z, et al. Co-variation of hydrochemistry, inorganic nitrogen, and microbial community composition along groundwater flowpath: a case study in Linzhou-Anyang area, Southern North China plain[J]. Applied Geochemistry,2022,140:105296. doi: 10.1016/j.apgeochem.2022.105296
    [11] 赵海丽, 唐敏, 王颖, 等.近十年安阳市地下水水质综合评价及变化趋势分析[J]. 地下水,2020,42(6):24-27. doi: 10.19807/j.cnki.DXS.2020-06-008

    ZHAO H L, TANG M, WANG Y, et al. Comprehensive evaluation and trend analysis of groundwater quality in Anyang City in recent 10 years[J]. Ground Water,2020,42(6):24-27. doi: 10.19807/j.cnki.DXS.2020-06-008
    [12] 张青艳.安阳市2019年地下水水质现状与评价分析[J]. 河南水利与南水北调,2020,49(12):38-39. doi: 10.3969/j.issn.1673-8853.2020.12.019

    ZHANG Q Y. Current status and evaluation analysis of groundwater quality in Anyang City in 2019[J]. Henan Water Resources & South-to-North Water Diversion,2020,49(12):38-39. doi: 10.3969/j.issn.1673-8853.2020.12.019
    [13] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 地下水质量标准: GB/T 14848—2017[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
    [14] HUANG T M, PANG Z H, YUAN L J. Nitrate in groundwater and the unsaturated zone in (semi)arid Northern China: baseline and factors controlling its transport and fate[J]. Environmental Earth Sciences,2013,70(1):145-156. doi: 10.1007/s12665-012-2111-3
    [15] 杨琰, 蔡鹤生, 刘存富, 周爱国.林州—安阳地区食管癌高发区地下水氮污染及防治措施[J]. 水文地质工程地质,2002,29(6):8-11. doi: 10.3969/j.issn.1000-3665.2002.06.003

    YANG Y, CAI H S, LIU C F, et al. NO3 contamination of groundwater and preventable measures in the high distributive district of esophagus cancer in Linzhou and Anyang[J]. Hydrogeology and Engineering Geology,2002,29(6):8-11. doi: 10.3969/j.issn.1000-3665.2002.06.003
    [16] XU B, ZHANG Y, WANG J F. Hydrogeochemistry and human health risks of groundwater fluoride in Jinhuiqu irrigation district of Wei River Basin, China[J]. Human and Ecological Risk Assessment:an International Journal,2019,25(1/2):230-249.
    [17] 生态环境部. 建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则: HJ 25.2—2019[S]. 北京: 中国环境出版集团, 2019.
    [18] 卫生部, 中国国家标准化管理委员会. 生活饮用水标准检验方法: GB/T 5750—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
    [19] 环境保护部. 水质 可溶性阳离子(Li+ 、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+)的测定 离子色谱法: HJ 812—2016[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2016.
    [20] 洪慧, 李娟, 汪洋, 等.基于统计学方法的地下水水质评价与成因分析: 以齐齐哈尔市为例[J]. 环境工程技术学报,2019,9(4):431-439. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.2019.04.160

    HONG H, LI J, WANG Y, et al. Groundwater quality evaluation and causes analysis based on statistical methods: taking Qiqihar City as an example[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2019,9(4):431-439. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.2019.04.160
    [21] 李名升, 张建辉, 梁念, 等.常用水环境质量评价方法分析与比较[J]. 地理科学进展,2012,31(5):617-624. doi: 10.11820/dlkxjz.2012.05.010

    LI M S, ZHANG J H, LIANG N, et al. Comparisons of some common methods for water environmental quality assessment[J]. Progress in Geography,2012,31(5):617-624. doi: 10.11820/dlkxjz.2012.05.010
    [22] 李贵明. 河南省商丘市浅层地下水水质污染分区[C]//中国煤炭学会矿井地质专业委员会2008年学术论坛. 北京: 中国煤炭学会, 2008: 615-620.
    [23] 成思, 温瑶, 许畅畅, 等.崇明岛浅层地下水化学特征及其影响机制[J]. 环境科学研究,2021,34(5):1120-1128. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.09.13

    CHENG S, WEN Y, XU C C, et al. Hydrochemical characteristics and impact mechanism of shallow groundwater in Chongming Island, China[J]. Research of Environmental Sciences,2021,34(5):1120-1128. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.09.13
    [24] 孟利, 左锐, 王金生, 等.基于PCA-APCS-MLR的地下水污染源定量解析研究[J]. 中国环境科学,2017,37(10):3773-3786. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2017.10.020

    MENG L, ZUO R, WANG J S, et al. Quantitative source apportionment of groundwater pollution based on PCA-APCS-MLR[J]. China Environmental Science,2017,37(10):3773-3786. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2017.10.020
    [25] 左正金, 王献坤, 罗文金, 等.河南沈丘饮用水资源评价与用水规划[J]. 地下水,2004,26(3):161-164. doi: 10.3969/j.issn.1004-1184.2004.03.005
    [26] ZHANG H, CHENG S Q, LI H F, et al. Groundwater pollution source identification and apportionment using PMF and PCA-APCA-MLR receptor models in a typical mixed land-use area in Southwestern China[J]. Science of the Total Environment,2020,741:140383. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140383
    [27] SHARMA M K, KUMAR M. Sulphate contamination in groundwater and its remediation: an overview[J]. Environmental Monitoring and Assessment,2020,192(2):74. doi: 10.1007/s10661-019-8051-6
    [28] HU B, SONG X G, LU Y, et al. Fluoride enrichment mechanisms and related health risks of groundwater in the transition zone of geomorphic units, Northern China[J]. Environmental Research,2022,212:113588. doi: 10.1016/j.envres.2022.113588
    [29] 李晓姣, 张岱琼, 乔俊, 等.基于多元统计方法的某地浅层地下水污染来源分析[J]. 中国环境监测,2020,36(1):88-95. doi: 10.19316/j.issn.1002-6002.2020.01.12

    LI X J, ZHANG D Q, QIAO J, et al. Analysis of shallow groundwater pollution sources in a certain area based on multivariate statistical approaches[J]. Environmental Monitoring in China,2020,36(1):88-95. doi: 10.19316/j.issn.1002-6002.2020.01.12
    [30] 刘文信, 李新国, 李慧冬.菏泽市地下水氟化物分布特征及形成机理研究[J]. 环境与发展,2020,32(11):115-117.

    LIU W X, LI X G, LI H D. Study on distribution characteristics and formation mechanism of groundwater fluoride in Heze City[J]. Environment and Development,2020,32(11):115-117.
    [31] 姜体胜, 杨忠山, 王明玉, 等.北京南部地区地下水氟化物分布特征及成因分析[J]. 干旱区资源与环境,2012,26(3):96-100. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2012.03.030

    JIANG T S, YANG Z S, WANG M Y, et al. The distribution characteristics and causes of fluoride in groundwater of southern district, Beijing[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment,2012,26(3):96-100. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2012.03.030
    [32] 张敏, 平建华, 禹言, 等.同位素技术解析安阳河与地下水相互作用[J]. 水文地质工程地质,2019,46(6):31-39. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2019.06.05

    ZHANG M, PING J H, YU Y, et al. Isotope analyses of the interaction between the Anyang River and groundwater[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2019,46(6):31-39. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2019.06.05
    [33] 陈娇, 宁立波, 王亚男, 等.基于构造控制的深层高氟地下水成因探讨[J]. 湖南师范大学自然科学学报,2013,36(5):86-91.

    CHEN J, NING L B, WANG Y N, et al. Research on the genesis of high-fluoride deep groundwater based on geological structure[J]. Journal of Natural Science of Hunan Normal University,2013,36(5):86-91.
    [34] WANG Z, JIANG Y H, AWASTHI M K, et al. Nitrate removal by combined heterotrophic and autotrophic denitrification processes: impact of coexistent ions[J]. Bioresource Technology,2018,250:838-845. doi: 10.1016/j.biortech.2017.12.009
    [35] 李中原, 王国重, 张继宇, 等.彰武水库水环境质量评估[J]. 中国农学通报,2020,36(9):30-36. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18110114

    LI Z Y, WANG G Z, ZHANG J Y, et al. Water environmental quality assessment of Zhangwu Reservoir[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,2020,36(9):30-36. ◇ doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18110114
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