水利水电技术(中英文)㊀第52卷㊀2021年第4期
杨戈芝，袁卫宁，马海珍，等.白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素[J].水利水电技术(中英文),2021,52(4):162-170.
YANG Gezhi,YUAN Weining,MA Haizhen,et al.Status quo of groundwater quality in Baiyangdian Lake Watershed and its main influen-cing factors[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52(4):162-170.
㊀
白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素
杨戈芝1,2，袁卫宁1,2，马海珍1,2，朱世峰1,2，段㊀磊1,2，闫姿呈1,2，靳博文1,2
(1.长安大学水利与环境学院，陕西西安㊀710054;2.长安大学旱区地下水与生态效应
教育部重点实验室，陕西西安㊀710054)
收稿日期:2020-08-21
基金项目：国家重点研发计划项目(2018YFC0406504)
作者简介：杨戈芝(1995 )，女，硕士研究生，主要从事地下水污染风险方面的研究㊂E-mail:孟良崮战役纪念馆
摘㊀要：为了解白洋淀流域地下水水质现状及主要影响因素，通过野外调查取样测试㊁多元统计和基于GIS 的空间分析等方法，对白洋淀流域浅层地下水质现状进行了评价，筛出了主要超标物质，探讨
了影响研究区地下水质的主要控制因素㊂结果表明：浅层地下水质存在10项超标组分,SO 2-4㊁TDS ㊁
Mn ㊁NO -3和F -等组分超标率大于20%，硝酸盐超标区位于白洋淀流域的冲洪积平原区，其它超标组分主要分布于白洋淀周边冲湖积平原区㊂通过因子分析法(FA )提取了4个影响浅层地下水水质的主
要控制因素，蒸发浓缩和污水排放的复合作用导致地下水TDS ㊁Cl -㊁SO 2-4超标，贡献率为51.7%;
碱性环境和离子交换作用是影响地下水F -超标的主要原因，贡献率为14.21%；农业活动和原生环境的还原作用导致地下水中氮化物和砷部分超标，贡献率仅为7%左右㊂因此，调控农业活动和污水排放是改善研究区水质的主要途径
㊂
鱼灯笼关键词：地下水；水质评价；污染源；多元统计分析；人类活动；水环境；影响因素
doi :10.13928/jki.wrahe.2021.04.017开放科学(资源服务)标志码(OSID )：中图分类号:X824
文献标志码:A
文章编号:1000-0860(2021)04-0162-09
Status quo of groundwater quality in baiyangdian lake watershed and its main influencing factors
YANG Gezhi 1,2
,YUAN Weining 1,2
,MA Haizhen 1,2
,ZHU Shifeng 1,2
,
DUAN Lei 1,2
,YAN Zicheng 1,2
,JIN Bowen 1,2
(1.School of Water and Environment,Chang an University,Xi an㊀710054,Shaanxi,China;2.Key Laboratory of
Subsurface Hydrology and Ecological Effects in Arid Region of Ministry of Education,
Chang an University,Xi an㊀710054,Shaanxi,China)湖用英语怎么说
丰的组词Abstract :In order to understand the status quo of the groundwater quality in Baiyangdian Lake Watershed and the main factors of
the influences on it,the status quo of the shallow groundwater quality in the watershed is evaluated through the methods of the
sample testing from the field investigation,multivariate statistics,GIS spatial analysis,etc.,and then the main over-standard
substances are screened out,while the main dominant factors of the influences on the groundwater quality in the study area are
discusd as well.The study result shows that 10over-standard components are there in the shallow groundwater quality with the
over-standard rates of the components of SO 2-4,TDS,Mn,NO -3,F -etc.of over 20%,while the over-standard zone of nitrate is
located at the alluvial-proluvial plain of the watershed and the other over-standard components are mainly distributed in the alluvi-al lacustrine plain around Baiyangdian Lake.4main dominant factors affecting the shallow groundwater quality are extracted by
杨戈芝，等//白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素means of factor analysis method FAM);for which the composite effect of both evaporated concentration and wage discharge leads TDS,Cl-,SO2-4in the groundwater to exceed the relevant standards with the contribution rate of51.7%and the alkaline environment and ion exchange are the main caus affecting the over-standard of F-of groundwater with the contribution rate of 14.21%,while the agricultural activities and reduction effect of the primitive environment lead parts of the nitrogen and arnic
in the groundwater to exceed the relevant standards with the contribution rate of only about7%.Therefore,the main pathway to improve the water quality within the study area is to regulate the relevant agricultural activities and the wage discharge therein. Keywords:groundwater;water quality evaluation;pollution sources;multivariate statistical analysis;human activities;water environment;influencing factors
0㊀引㊀言
㊀㊀地下水因其稳定的供水量㊁良好的水质状况和较强的调蓄能力，已成为城乡居民生活㊁工矿业生产和农业灌溉的重要水源之一[1]㊂近年来，随着城市化和工业化进程的不断加快，我国地下水资源普遍受到污染威胁[2]，但因地下水流动缓慢，交替程度较弱，自净能力低，一旦受到污染难以恢复[3]㊂所以有效的预防措施是保护地下水不受污染的关键㊂
白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊，以其在调节气候㊁改善生态环境㊁拦蓄洪水等方面的重要作用，被称为 华北之肾 ，也是雄安新区生态环境的重要调节器㊂因此，其地下水水质状况及其影响因素识别引起了社会的广泛关注㊂郭春艳等[4]根据地下水质量标准(GB/T14848 93)采用内梅罗指数法对2009年保定市平原区地下水水质状况进行评价，发现保定市平原区地下水水质总体相对较好，但20项评价指标中，浅层地下水除了汞㊁镉㊁六价铬㊁铜和锌5项指标未超标，其他指标均有超标现象㊂王彬[5]
对保定市全区地下水水质进行评价发现，平原区山前及山区大部分区域水质为Ⅰ Ⅲ类，水质较好，平原区东部水质较差㊂许益青等[6]对保定平原区潜水水化学演化特征进行分析，发现地下水中总硬度㊁TDS㊁pH 值呈上升的趋势，水化学类型多样复杂化，地下水有碱化趋势㊂孔晓乐等[7]通过硝酸盐氮同位素分析了白洋淀流域地下水硝酸盐来源，研究发现化肥及其点源污染是地下水硝酸盐的主要来源㊂曹文庚等[8]采用电位分布-多点位络合模型(CD-MUSIC)预测了2030年浅层地下水位上升后，保定平原地下水质逐渐向盐化方向发展，南水北调供水及压采后，水位恢复对地下水漏斗区域水质改善具有一定的积极作用㊂本文采用野外调查取样测试㊁单因子评价㊁基于GIS的空间分析等方法，对白洋淀流域平原区地下水水质进行评价，采用因子分析法探讨了影响区域地下水质形成演化的主要控制因素，在前人的基础上加深了对白洋淀地下水水质现状的认识，分析了影响地下水水质的主要因素，为研究区地下水资源开发利用和水环境保护提供了科学依据㊂
想念朋友的句子1㊀研究区概况及数据来源
1.1㊀研究区概况
㊀㊀研究区位于河北省保定市，太行山东麓北段山前倾斜平原，主要由拒马河㊁唐河㊁潴龙河冲洪积扇以及扇间洼地构成㊂属于温带大陆性季风气候区，年均降水量为526mm，降水量年内㊁年际分配不均，其中74.9%的降水集中在6 9月；年均蒸发量为1309.7mm，年平均气温为12.3ħ㊂区域内地层由第
四纪松散堆积物构成，自西向东由薄变厚㊂第四纪沉积物可划分为4个含水层组㊂第Ⅰ含水层组厚度较小，底板埋深20~80m；第Ⅱ含水层组底板埋深50~220m，与第Ⅰ含水层之间水力联系密切，为统一的含水体，共同构成浅层地下水㊂目前是本区主要开采层㊂第Ⅲ含水层组，底板埋深100~400m，地下水具承压性，水径流条件较差；第Ⅳ含水组因水文地质条件差，且层位相对较深，开采强度不大㊂第Ⅲ㊁第Ⅳ含水层组统称为深层含水层系统(见图1)㊂根据2019年野外实测数据，研究区山前冲洪积平原水文地质区地下水位在20~70m之间，冲积平原水文地质区地下水位在-10~15m之间，冲湖积平原水文地质区地下水位在-25~5m之间(见图2)㊂研究区内浅层地下水补给包括降雨入渗㊁井灌回归㊁河流渗漏㊁白洋淀渗漏及山区地下水对平原区的侧向径流补给；山前浅层地下水受侧向补给大于入渗补给，在白洋淀湖泊附近的地下水主要接受湖泊入渗和降雨入渗补给，其他区域主要接受降雨入渗补给㊂浅层地下水径流方向为北部由西北向东南汇流，而南部则由西南向东北方向运动㊂不同水文地质单元的地下水径流条件有着较明显的差异，冲洪积扇区地下水径流条件良好，是地下水强径流带；东部冲洪积平原区随着地形变缓和含水层颗粒渐细及厚度减小,
杨戈芝，等//白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素
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图1㊀区域水文地质剖面
Fig.1㊀Map showing regional hydrogeology
图2㊀区域等水位线
Fig.2㊀Map showing regional contour
杨戈芝，等//白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素
图3㊀研究区位置及采样点分布
Fig.3㊀Location of study area and distribution map of sampling sites
径流条件逐渐变差㊂近年来，随着地下水的超采，区域上出现浅层地下水位降落漏斗，地下水流向则由漏斗周边指向漏斗中心；排泄方式以人工开采为主，其次是下游的径流排泄和向深层地下水的越流排泄，而蒸发消耗已近乎为零，仅白洋淀一带尚存在极少量蒸
发消耗，可忽略不计[9]㊂
1.2㊀数据来源
㊀㊀9月份为研究区的平水期，水位稳定，所测数据
可以反映地下水水质现状㊂课题组于2019年9月，在区域控制的基础上，综合考虑含水层分布㊁地下
水流向㊁污染物的扩散形式等因素，布置采样点(见图
3)，采集浅层地下水样品41组，地表水水样21组；同期，在研究区进行了水文地质调查及污染源调查㊂
采样层位主要为潜水含水层，取样深度2~
104m㊂T 气温㊁pH 值㊁溶解氧(DO)㊁电导率(EC )㊁T 水温㊁氧化还原电位(Eh )及TDS 7项指标采用多参
数水质测试仪现场测定;K +㊁Na +㊁Ca 2+㊁Mg 2+㊁
Cl -㊁SO 2-4
㊁HCO -3
㊁F -㊁NO -2
㊁NO -3
㊁NH +
4
㊁COD12
项与有毒重金属物质Cr㊁As㊁Hg㊁Fe㊁Mn㊁Cu㊁Zn㊁Cd㊁Pb 9项指标，由中国地质调查局水文地质
环境地质调查中心实验室测定㊂地下水中Cl -㊁SO 2-4㊁F -㊁HCO -3㊁NO -2㊁NO -3采用离子色谱法测定(HJ
84 2016);Ca 2+㊁Mg 2+采用EDTA 滴定法(GB
7476 87,GB 7477 87);K +㊁Na +㊁Cu㊁Zn㊁Pb㊁Cd㊁Fe 和Mn 采用原子吸收分光光度法测定(GB
11904 89,GB 7475 87和GB 11911 89);As㊁Hg 采用原子荧光光谱法测定(HJ 694 2014);Cr 采
用二苯碳酰二肼分光光度法测定(GB 7467 87);
NH 4+采用纳氏试剂分光光度法测定(HJ 535 2009);COD 采用酸性高锰酸盐法测定(HJ 828 2017)㊂为
包公案了确保分析结果的准确性，所有样品均设置3个平行样㊂
2㊀水质现状评价
2.1㊀单因子评价法
㊀㊀依据‘地下水质量标准“(GB /T 14848 2017),
杨戈芝，等//白洋淀流域地下水质现状及主要影响因素空间名字霸气
将地下水质量划分为5类(见表1)㊂按指标值所在的限值范围确定白洋淀流域地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣，并按照评价结果最差的指标类别确定地下水质量类别，同时指出最差类别水质指标[10]㊂
表1㊀地下水质量分类标准
Table1㊀Standard for groundwater quality
类㊀别用㊀途
I适用于各种用途
红薯粉条II适用于各种用途
III适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水
IV适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水V不宜作为生活饮用水水源，其他用水可根据使用目的选用
2.2㊀浅层地下水化学特征
㊀㊀研究区浅层地下水pH值在6.94~8.19之间，均值为7.67，呈弱碱性;EC范围在402.2~3845.7μS/cm之间;Eh范围在-67.3~147.7之间㊂在空间尺度上，自西部山前向东部平原Ca2+㊁Mg2+离子浓度整体呈降低趋势,SO42-㊁Cl-㊁Na+离子浓度呈升高趋势，因而水化学类型由简单的HCO3-Ca㊁HCO3-Ca㊃Mg型逐渐向HCO3-Na(Mg㊃Ca)型乃至白洋淀附近复杂的HCO3(SO4㊃Cl)-Na(Mg)型转变㊂在时间尺度上,80年代至今，水化学类型由单一向复杂的转变，其中Ca2+离子所占比重逐渐降低，而Na+㊁Cl-㊁SO42-离子逐渐升高[9]㊂这种变化可能和人类活动有关，本文将用因子分析法探讨其形成演化的主要影响因素㊂
2.3㊀浅层地下水水质特征
㊀㊀根据‘地下水质量标准“(GB/T14848 2017)，选取19项指标(PH㊁TDS㊁SO2-4㊁Cl-㊁Fe㊁Mn㊁COD㊁Cu㊁Zn㊁NH3-N㊁Na+㊁NO-3㊁NO-2㊁Hg㊁As㊁Cr㊁Pb㊁F㊁Cd)进行水质评价㊂结果表明，
研究区内无Ⅰ类水样，水质类别为Ⅱ类的水样仅有3个，占比为7.32%；水质类别为Ⅲ类的水样有10个，占比为24.39%；水质类别为Ⅳ类的水样有11个，占比为26.83%；水质类别为Ⅴ类的水样有17个，占比为41.46%㊂以Ⅲ类水的指标限值做为地下水是否超标的标准，得出研究区浅层地下水样品的19个评价指标中，有10项指标存在超标现象(TDS㊁SO2-4㊁Cl-㊁Fe㊁Na+㊁NO-3㊁As㊁Pb㊁F-㊁Mn)，这与郭春艳等[4]在保定平原区地下水水质特征中得出的结果一致㊂超标率大于20%的指标统计值如表2所列㊂
表2㊀白洋淀流域地下水主要超标项目统计值Table2㊀Statistical values of major over-standard groundwater
items in the Baiyangdian Basin
超标项目硝酸盐氟化物硫酸盐TDS锰
超标水样个数1311999
超标水样比例/%31.7126.8321.9521.9521.95最大值/mg㊃L-1190.50 3.392164.455496.25 1.32最小值/mg㊃L-1未检出0.23 5.47275.53未检出平均值/mg㊃L-127.890.92218.84902.420.14标准值/mg㊃L-120125010000.1标准差/mg㊃L-146.740.70419.98931.640.30变异系数 1.680.76 1.92 1.03 2.17
㊀㊀对表2中各超标组分物质含量进行分析，硝酸盐含量最大值为190.5mg/L，超Ⅲ类水标准9.53倍, 31.71%超过地下水Ⅲ类水标准，其中Ⅴ类水占比26.83%，这高于赵同科等[11-12]在华北平原地下水硝酸盐含量调查中得出的结果，表明研究区地下水硝酸盐含量属于华北平原较高区㊂氟化物含量最大值点为3.39mg/L，超Ⅲ类水标准3.39倍,26.83%超地下水Ⅲ类水标准，与孔晓乐等[13]在华北低平原区地下水氟分布特征中得出的结果相一致㊂
硫酸盐含量最高点为2164.45mg/L，超Ⅲ类水标准8.66倍,21.95%超地下水Ⅲ类水标准;TDS含量最高点为5496.25mg/L，超地下水Ⅲ类水标准5.5倍,21.95%超过地下水Ⅲ类水标准；这与王昭等[14]在华北平原地下水水质调查中得出的结果相吻合㊂锰含量最高点为1.32mg/L，超地下水Ⅲ类水标准13.2倍,21.95%超过地下水Ⅲ类水标准，与毕二平等[15]在河北平原地下水水质调查中得出的结果一致㊂从变异系数来看，锰和硫酸盐变异系数较大，说明地下水中锰和硫酸盐含量的空间异质性明显；其次,NO-3也存在较大的空间异质性㊂
由图4可知，硝酸盐超标样品主要分布在白洋淀流域冲洪积平原区，该区域尽管地下水埋深较大，但包气带介质颗粒大，渗透性好，地下水的防护性能差，农业化肥等污染物容易随降雨入渗进入地下水㊂氟化物超标样品主要分布在白洋淀周围的雄县和安新㊂硫酸盐超标样品主要分布在保定市以东至白洋淀区域，属冲湖积平原和湖积平原区㊂TDS超标样品主要分布在安新㊁雄县和任丘，与高氟水分布基本一致㊂锰超标样品零星分布在安新和雄县等白洋淀周围湖积区㊂
3㊀影响地下水质的主要因素分析
3.1㊀因子分析法
㊀㊀采用SPSS24.0软件对样品数据进行多元统
