1、摘 要随着郑州市人口的增长，经济的发展，越来越多的生活污水及工业废水的排放，郑州市水环境问题日益突出。为了全面了解郑州市城区地下水环境质量状况，对郑州市城区采集一定数量的水样，并进行简单的水质评价。水质评价是为水环境保护和水资源规划管理提供依据的重要手段。目前，对于水质评价的方法有很多，本文主要运用单项分析法和综合分析法对郑州市地下水进行评价。通过计算分析得出各含水层的超标因子和分析变化规律，并依据一定标准进行地下水质量分级。本文初步的研究成果为郑州市浅层地下水水质污染严重，中深层情况稍好，水源地相比质量又有所下降。本课题的研究为地下水资源合理开发利用以及地下水污染防治提供了科学依据，对于保证
2、郑州市经济可持续发展、缓解水资源短缺矛盾、保护郑州市地下水资源具有重要意义。关键字： 郑州市 地下水 水质 评价AbstractWith population growth and economic development of Zhengzhou, a large number of domestic sewage and industrial waste water is discharged, Zhengzhou water quality problems have become increasingly prominent. In order to investigate the Z
3、hengzhou water environmental quality, we layout the water samples of the Zhengzhous main area and make the simple water quality evaluation. Water quality evaluation is an important means to provide evidence for water environment protecting and water resource planning management.At present, there are
4、 many water quality evaluation methods. In the paper, we will evaluation the groundwater of Zhengzhou by the means of individual analysis and comprehensive analysis. We will conclude every aquifer exceed factor and analyze the change of regular pattern through calculation and analysis, and we will m
5、ake the groundwater quality classification for all the water samples.In this paper, the preliminary research results for zhengzhou city of shallow groundwater pollution is serious.However, Middle deep groundwater have a good water quality. The quality of the source water have declined compared to th
6、e middle deep groundwater.The research results provided scientific base for reasonable exploration and protection of the Zhengzhous groundwater resources, which was significant to mitigate the shortage of water resources and protect the groundwater resources of zhengzhou city. Key words：Zhengzhou Ci
7、ty groundwater waterwater quality evaluation 第1章 引言1.1研究背景水环境是人类赖以生存和发展的重要环境要素之一。目前随着我国经济社会的迅速发展和城市化进程的不断加快，水环境问题已成为严重制约经济、社会生活可持续发展和危害人们身体健康的重要问题。其中水环境污染是我国近年来面临最严重和最普遍的环境问题之一，它直接影响人们生活和社会生产的各个方面。随着水环境污染问题的日益突出，郑州作为人口大省河南省的省会，对水质的要求更加重要。通过对郑州市城区地下水进行评价，找出影响水质的污染因子，对水质进行一个分级，对以后水质的保护和预防都具有参考作用。1.2国内
8、外研究现状水质评价是指对水环境各个要素进行单项及综合评价，研究水环境质量的变化规律，并对水环境要素或区域水环境性质的优劣进行定量描述，并在此基础上研究改善和提高水环境质量的方法和途径。目前，地下水水质评价成为一个热门话题。国内外进行水质评价方法很多。关于水环境评价问题，从早期的指数法逐步过度到现代数学方法。1965年，水质评价指数法（QI）的创立意味着水质评价领域的开启。70年代中期，又出现了不同的质量指数法，如WQI、尼梅罗指数法等。8090年代，随着研究的深入，水质评价的方法得到进一步的扩展，各种数学方法和模型都得到了广泛应用。如：模糊聚类法、模糊综合指数法、主成分分析、神经网络法、灰色系
9、统理论法等。当前，国内外在对水环境质量分析评价领域方面所做的研究，主要集中在水环境质量的综合评价和水环境质量的综合分析两个方面，两者间有区别又有联系。水环境综合评价侧重于根据国家颁布的水质标准，对水质污染程度进行分级评价，而水质综合分析则侧重于对水环境污染的程度进行客观描述，从时间、空间相结合的角度，动态的、立体的阐述水质变化的规律，找出影响水质的主要污染物，为决策提供信息支持。1.3主要研究内容及具体成文步骤本文以郑州市城区地下水为研究对象，按照国家地下水评价标准运用单项分析法和综合分析法分别对郑州市城区2011年、2012年两年水质进行评价，并做一个比较，对超标因子以及水质的优良情况进行汇
10、总，并简要分析一下水质变化原因，得出结论。其技术路线如下：确定研究的内容和任务综合分析法单项分析法数据处理地质环境概述自然环境概述取样点化验结果收集资料 浅层地下水水文地质概述水源地水质中深层地下水得出结论评价结果分析原因1.4郑州市水质监测点的描述郑州市监测区面积992.6km2，建成区面积343km2（包括郑东新区），郑州市地下水动态监测网点控制范围覆盖整个市区。水质监测频率为1次/年（平水期）。20112012年分别对水源地、浅层、中深层进行了水质采样分析，水质分析工作由河南省监测院实验室完成。 表11 郑州市地下水水质监测表水质地下水源地12 70 1次/年浅层水29中深层水第2章 郑
11、州市主城区自然地理条件2.1 交通位置 郑州市地处中华腹地，九州之中，十省通衢，地理位置位于东经1132711351，北纬34363500之间。郑州市北临黄河，西南部有黄土丘陵与嵩山相接，土地面积992.6km2，建成区面积343 km2。2.2气候水文郑州市属暖温带半湿润气候，四季分明，春季干旱风沙多，夏季炎热雨集中，秋高气爽日照长，冬季寒冷雨雪少为其主要特征。郑州市降水量适中，但年际变化量较大。年内降水分布不均，根据郑州市气象局19511997年资料，平均降水量为629.7mm，最大1041.3mm（1964年），最小349.3mm（1952年），降水集中在79月，降水量为335.9mm，
12、占全年降水量53%，1、2、12月三个月降水量仅30.2mm，占全年降水量不足5%。多年平均（19711980年）蒸发量1853.2mm；多年平均相对湿度66%。由河南省地质环境监测院实验均衡场测得2011年气象因素见图2-1。 图21 2011年郑州市降雨量、蒸发量统计图 流经郑州市区的主要河流有6条，除黄河外均属淮河水系（见图22）。1、黄河水系黄河从工作区北部边界由西向东流经，长约40km，进入工作区后，成为驰名中外的“地上悬河”，河床高出堤外地面2-5m，常年补给地下水，补给宽度6-8km。目前黄河是郑州市重要供水水源。已建成有邙山、花园口提灌站和东坝头取水闸，计取黄河水10m3/s。
13、 2、淮河水系有贾鲁河、索须河、金水河、熊耳河、七里河、潮河和魏河等，均汇入贾鲁河，再归沙颖河。（1）贾鲁河：发源于新密市白寨和荥阳市贾峪乡，自西南流入境内，向东北蜿蜒，经石佛、老鸦陈至姚桥东流入中牟县境，流域面积963.0km2，区内长62.7公里。近年来流量逐渐减小，其上建有尖岗水库、常庄水库和西流湖水库，也是郑州市的应急备用供水水源。（2）索须河：发源于荥阳崔庙的索河（长46.2km）和发源于荥阳贾峪的须水河（长26.1km），在古荥盆河村汇合后称索须河。向东流至花园口祥云寺入贾鲁河，长69.8km（区内长24.8km），流域面积600km2。（3）金水河：发源于侯寨南龙岗，向东北流经市
14、区，至八里庙村入东风渠，长27.6km，流域面积130.5km2。（4）熊耳河：发源于铁三官庙村，经市区东南角至祭城东北入东风渠，长19.5km，流域面积87km2。（5）七里河：发源于新郑县郭店和小乔，经十八里河至圃田北杨庄入东风渠长38km（区内长27km），流域面积244.6km2。金水河、熊耳河、索须河、七里河等均为季节性河流。其中熊耳河是市区主要排污河流。图22 郑州市水系图2.3地形条件郑州市横跨我国第二级和第三级地貌台阶，西南部嵩山属第二级地貌台阶前缘，东部坦荡的平原为第三级地貌台阶后部组成部分，山地与平原之间的低山丘陵地带，构成第二级地貌台阶向第三级地貌台阶过渡的边坡。地势西部
15、高，东部低，成阶梯状，由山地、丘陵向平原过渡。郑州市区地层属华北地层区华北平原分区，区内出露地层均为第四系。 2.4地质构造 郑州市位于豫皖断块的西北部的郑汁坳陷中，处于三个二级构造单元（即太行断块，冀鲁断块，豫皖断块）的结合部位。基底为一自西南向东北倾斜的单斜构造。构造形迹以断裂为主，多隐伏于第四纪松散堆积物之下，仅在西南丘陵岗地有所出露。构造格局主要受东西向应力场控制，呈东西向展布，北西及北东向构造与其配套。郑州市区及其周围有以下几条主要断层： （1）老鸦陈断裂北起黄河老桥，从邝山东侧通过,向东南方向延伸，经老鸦陈、省体育馆、市体育场一线，穿过郑州市区。断层走向315-330度。倾角60一
16、75度，倾向北东，全长约35km。最上部断点距地表仅3.5m。为第四纪晚期仍有活动的张性正断裂。 （2）上街断层西起上街，经郑州市区的冉屯，老金水区政府向东延伸至开封一带，并被北东、北西向断层切成数段，延伸长度可达120km，走向近东西，倾向北，倾角70度，垂直断距200米左右，断层宽约为400米，上第三系没有错断，为张性正断层。 （3）须水断层 西起南新庄向东经须水、路寨、凤凰台至圃田，全长约会50km，走向近东西，倾向北，视倾角65度，断距200米左右，宽约300米左右。断层附近上第三系连续性好，但基底明显错断，为张性正断层。 （4）古荣断层自市区西北插入市区，经柿园、碧沙岗，在市区内尖灭
17、。走向北西西，倾向北东，倾角70度左右，断距400米左右,宽约200米左右。 （5）花园口断层位于市区东北，通过马李庄、枣庄东、张花庄。走向北西，倾向北东，断层宽约350米左右，张性。 （6）郭小寨断层位于市区南部的郭小寨村，走向北西一南东，压性，断距大于400米。第3章 郑州市主城区水文地质条件3.1地下水类型根据地下水在各类含水介质中的赋存特征和运动规律，郑州市地下水可分为三种类型，即碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、松散岩类孔隙水。3.1.1碎屑岩类孔隙裂隙水该类型地下水仅埋藏于西南黄土塬区，岩性由二叠、石炭系砂页岩组成，富水性差，单井涌水量小于10m3/h。3.1.2碳酸盐岩类
18、岩溶裂隙水分布在西南三李一带，由寒武系、奥陶系、石炭系灰岩、白云岩组成，泉水流量20 m3/h，单井涌水量3060 m3/h，为HCO3-型水，矿化度小于0.5g/l。3.1.3松散岩类孔隙水该类型水储存于第四系及上第三系各种成因的松散岩孔隙中，分布广、厚度大，渗透性能好，补给及开采条件优越，含水层岩性主要为中细砂、砂砾石，水资源丰富，是郑州市重要的地下水供水水源。3.2含水岩组埋藏、分布及富水性郑州市区除西南部深切沟谷中有零星出漏的基岩外，其余区域均被松散岩类覆盖。依含水层的埋藏深度和开采条件可将本区地下水分为浅层地下水、中深层地下水。3.2.1浅层地下水指埋藏于地表80米深度内的潜水，在京
19、广铁路以西、省文化宫至张魏寨一线以南地区，含水层岩性主要为第四系全新统和上更新统含姜石、钙质结核的黄土状亚砂土，局部为粉细砂、砂砾石透镜体，含水层厚一般小于25 m，富水程度不均匀，东北角为强富水区，西南角为贫水区，一般为2030 m3/hm,水化学类型主要有HCO3Ca、HCO3CaNa、HCO3CaMg型。3.2.2中深层地下水指埋藏在80350m深度的承压含水层（组），是郑州市区工业及生活用水的主要开采水源，厚6080米，单井涌水量5002000 m3/d，岩性以细砂、中细砂为主，局部有砂砾石，水位埋深1090 米。市中心以西及东南角为富水区，市中心以南及西北角为中等富水区。水化学类型主
20、要有HCO3Ca、HCO3CaMg、HCO3CaNaMg、HCO3HSO4CaMg型等。3.3地下水补、径、排特征浅层地下水的补给来源主要有降水入渗补给外、在城区西南部受地下水上游的山前径流补给，在东北部为黄河侧渗补给。城区内浅层地下水的天然流向是由西南向东北，但由于受开采的影响，目前，径流方向发生局部改变，由降落漏斗周边向漏斗区流动。主要排泄途径是越流补给中深层地下水及人工开采。中深层地下水与上部浅水层无良好隔水层。中深层水的补给，除各含水层的越流补给外，主要为西南基岩裂隙水的侧向径流补给。径流是从西南、西北向东北径流，排泄途径主要是人工开采、径流为主，排泄方向由非降落漏斗区向降落漏斗区。3
21、.4地下水动态3.4.1浅层地下水动态浅层地下水水位动态主要受开采、气象、水文因素影响，开采量较大的建城区、郊区村镇及地下水位降落偏斗范围内，夏季开采量增大，水位埋深增加、呈下降趋势变化；冬、春季开采量减小，水位动态呈上升趋势，一般每年14月开采量少，水位埋深回升。在开采地下水少的地区，水位动态变化主要受降水量大小的控制，降水量大，地下水位埋深变浅，降水量小，则埋深增加。主要分布于郊区。而在枯水季节时，地表水位浅，对地下水补给少，降雨量又小，地下水位降低，汛期时水位回升。3.4.2中深层地下水动态人为开采、水文地质条件、人工回灌是影响中深层地下水位动态的主要因素。分布在市区降落漏斗区，范围大、
22、面积广，水位动态受开采大小的控制，冬春季节地下水开采量小，1月份埋深最浅，水位最高；夏秋季节，随着开采量增大，地下水位逐渐下降，6、7月份埋深最深，水位最低。 同时水位又与人工回灌有关，由于中深层开采井较集中、开采量较大，为了缓解该区地下水的供需矛盾，对开采井进行“冬灌夏用”，起到“采补平衡”作用，冬季回灌，水位回升，35月水位达到最高，埋深最小；回灌结束后，开采量增大，水位下降，埋深变大，到510月份水位降到最低点，埋深变为最大。第4章 地下水水质评价20112012年分别对郑州市城区内的浅层、中深层、城市供水水源地分别抽取水样进行了水质采样分析，现按地下水不同含水层及水源地对其分别进行评价
23、。4.1评价方法考虑到地下水的不同用途，对浅层、中深层地下及水源地水依据国家生活饮用水水质标准（GB57492006）表4-1进行单项评价，所有水样依据地下水质量标准（GB/T1484893）表4-2进行综合评价。4.1.1地下水单项评价 表4-1 生活饮用水水质标准评价因子水质标准（mg/L）色度15F-1.0浑浊度3CN-0.05pH6.58.5As0.01总硬度450SeFe3+0.3Hg2+0.001Mn2+0.1Cd2+0.005Cu2+Cr6+Zn2+Al3+0.2酚类0.002Pb2+SO42-250Ag+Cl-耗氧量NO3-20洗涤剂NO2-溶解性总固体1000NH40.5 表
24、4-2 地下水质量分类指标 类别标准值项目类类类类类5152525浊度310105.56.58.59.09总硬度（mg/L）150300450550550500100020002000硫酸盐（mg/L）50250350350氯化物（mg/L）铁（mg/L）0.10.20.31.51.5锰（mg/L）0.051.01.0铜（mg/L）0.01锌（mg/L）0.55.05.0铝（mg/L）0.0010.5洗涤剂（mg/L）不得检出0.3挥发性酚类0.0020.01耗氧量（mg/L）2.03.0硝酸盐（mg/L）203030亚硝酸盐（mg/L）0.020.1氨氮（mg/L）氟化物（mg/L）2.0碘
25、化物（mg/L）硫化物（mg/L）氰化物（mg/L）汞（mg/L）0.000050.00050.001砷（mg/L）0.0050.05硒（mg/L）镉（mg/L）0.0001铬（六价）（mg/L）铅（mg/L）4.1.2地下水综合评价方法 地下水水质综合评价方法及具体步骤如下：第1步：按照地下水质量分类指标（表4-2）进行各单项组分评价，划分组份所属的质量级别； 第2步：对各类别按（表4-3）的规定确定单项组分的评价分值F: 表4-3 地下水单项组分评价分值表 类别F1610第3步：按照公式 F= .公式（41）其中：式中： 各单项组分评分值Fi的平均值 Fmax 单项组分评价分值Fi中的最大
26、值 n 参评项数计算各井点水质综合评价分值F；第4步：根据F值，按照表4-4之规定，划分出地下水质量级别 。 表4-4 地下水综合评价质量分级表 级别优良良好较好较差极差0.800.802.502.504.254.257.207.204.2水质评价结果4.2.1浅层地下水一、单项评价 20112012年浅层地下水取样分别为29组、23组，并进行了水质全分析。按照生活饮用水水质标准（GB57492006）（表4-1），进行单项评价，参评的因子有色度、浊度、pH值、总硬度、铁、锰、铜、锌、铝、氨氮、挥发酚、硫酸盐、溶解性总固体、氟化物、氯化物、氰化物、耗氧量、砷、硒、汞、镉、铬（六价）、铅、银、硝酸盐、亚硝酸盐、洗涤剂等，评价结
