（环境科学专业论文）大沽河中下游水源地水质演化及预测.pdf

w a t e rq u a f i t ye v o l v e m e n ta n df o r e c a s t i n go ft h ew e l l f i e l da tt h e m i d d l e - l o wr e a c ho fd a g ur i v e r a b s t r a c t t h ew a t e rq u a l i t yo fd a g ur i v e r , w h i c hi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tw e l l - f i e l d sa t o i n g d a oc i t y , i sc l o s e l yr e l a t i v et ot h ee a c ha s p e c to fs o c i a ld e v e l o p m e n ta n dp e o p l e s d a i l yl i f e i nr e c e n ty e a r s , w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e p r o d u c t i o ni nd a g ur i v e rb a s i n , t h ew a t e rc o n d i t i o ni ss t r o n g l yd i s t u r b e d i nt h i sp a p e r , t h es t a t u sa n dr e a s o n so fw a t e rp o l l u t i o n , w h i c hi n c l u d es u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e ri n t h es c o p eo fd a g ur i v e rw e l l - f i e l d , i sa n a l y z e db a s e do nh y d m g c o l o g i c a li n v e s t i g a t i o n a n dg i st e c h n o l o g y ；t h r o u g ha s c e r t a i n i n gt h eg r o u n d w a t e rs u p p l y , r u n o f fa n dd r a i n a g e c o n d i t i o n so ft h ew e l l - f i e l d , g r o u n d w a t e rq u a l i t ym a t h e m a t i c a lm o d e li sb u i l t ；t h e g r o u n d w a t e rp o l l u t i o nt r e n d sa r ep r e d i c t e db yt h em o d f l o ws o f t w a r e ，a n ds u i t a b l e p r e v e n t i o na n d c u em e t h o d sa g eb m u g h if o r w a r d , f i r s t , s u r f a c ew a t e rq u a i l t yg e n e r a ls i t u a t i o n so fd a g l lr i v e ra n di t sc h i e fb r a n c h e s a l ca n a l y z e d , a n dt h ed i s t r i b u t i n gs i t u a t i o n so fp o i n ts o u r 瞄a n df a c e 文m 嘣a r e a s c e r t a i n e d g r o u n d w a t e rl e v e la n dq u a l i t yd y n a m i cc u r v e sa r em a d eb yt h eg r o u n d w a t e r d y n a m i cm o n i t o rm a n a g e m o n ts o f t w a r eb a s e do t tt h eo l 搭c 舡i o n 由l af r o m1 9 9 2 幻2 0 0 3 w i t hw h i c ht h ed y n a m i cr u l e so fg r o u n d w a t e rq u a l i t yc h a n g ea td i f f e r e n ta r e , a sa n dt h e c o r r e l a t i o nb e t w e e ng r o u n d w a t e ra n ds u r f a c ep o l l u t i o ns o u r e s ta r ea n a l y z e d c o n t o u rc h a r t so fc h i e fc o n t a m i n a t i o n si ng r o u n d w a t e ra t em a d eb ym a p g 珞b a s e d o l it h ed a t ao f1 9 9 5a n d2 0 0 3 ，g r o u n d w a t e rq u a l i t ye v o l u t i v et r e n da n di n t e r f e r e n c e d e g r e ew i t hg r o u n d w a t e ra td i f f e r e n th u m a na c t i v i t yz o l 圮a r ea n a l y z e db yc o n t r a s t i n gt h e c o n t o u rc h a r t s a f t e rt h a t , t h eh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa g ef o u n do u ta n dt h eh y d r o g e o l o g i c a l c o n c e p tm o d di sg e n e r a l i z e d n e x t ，t h r o u g ha n a l y z i n gs y s t e m a t i c a l l y t h er a i n f a l l , e v a p o r a t i o n ，r u n o f f , e x p l o i t a t i o n a n dw a t e rl e v e ld a t ao ft h eg r o u n d w a t e r , a l l h y d r o g e o l o g i c a lp a r a m e t e r s o ft h i sa r e ai sd e f i n e d ，t h e nm a t h e m a t i c a lm o d e lo f g r o u n d w a t e ro fd a g ur i v e ri sb u i l t 撖u s i n g t h em o d f l o w , w a t e rq u a l i t ye v o l u t i v et r e n do fd a g ur i v e ri sp r e d i c t e d f r o m2 0 0 3t o2 0 1 2 ，a n dp r e v e n t i o na n dc u r em e t h o d sa g eb r o u g h tf o r w a r d t h er e s u l t sa r e a sf o l l o w i n g ：t h ew a t e rq u a l i t yi sg e n e r a l l yb e c o m i n gb e t t e r , b u ts o m ea r e a sw h e r ea g e n e a rt op o l l u t i o ns o u r c ea l eb e c o m i n gw o l s c n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o nd on o to b v i o u s l y d e c l i n e , f u r t h e rm o r e ，i th a st h et r e n dt ob ew o t t 犯i ns p e c i a ly e a r s , a n dt h en i t r o g e n c o n c e n t r a t i o ni nt h ew e s ta r e ao fd a g ur i v e rt h a ti sm o s t l ya g r i c u l t u r ep r o d u c t i o ni s g e n e r a l l yh i g h g rt h a nt h ee a s ta r e a , a n dr a i n f a l ls e e pp l a yc h i e fr u l e t o s u p p l i n g g r o u n d w a t e r 1 0 c a lp o l l u t i o ns o u l h a v eg r e a te f f e c to ng r o u n d w a t e r k e yw o r d s ：d a g ur i v e r ；w a t e rq u a l i t ya n a l y s i s ；s i m u l a t e dp r e d i c t i o n ；m o d f l o w 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本入在导师指导下独立完成的研究成果文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：豺 日期卿年，月加日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明 不保密团 日期：刀 年石月a 日 新鹳。基金计醐加净柏口日 ( 本声明的版权归青岛大学厮有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) o ，、 族 内委酗落 方 名 上 签 以 者 在 作 清 文 0 论 引言 引言 随着社会经济的快速发展，人口、资源；环境已成为当今人类社会面临的三大 难题，其中环境问题最为严峻，尤其是水环境污染已严重铡约了经济社会的可持续 发展由于目前我国的经济发展模式仍然属于高能耗，高污染型，废水捧放量不断 增加，导致江河湖泊水体遭受严重污染，水污染问题亟待解决 大沽河是胶东半岛最大的河流，发源于招远市阜山，流经莱西、平度、即墨、 胶州市和城阳区于胶州市码头村南入胶州湾，干流全长1 7 9 ，9 k m ，流域面积6 1 3 1 3 k 一，其中青岛境内长约1 5 7 k i n ，流域面积4 8 5 0 k m 2 。占总面积的7 9 i 鬈，主要支漉有 小沽河、洙河、五沽河、流浩河及南胶莱河等 大沽河水源地是青岛市主要饮用水源地之一，每年供水量约8 0 0 0 万m 3 ，占市区 用水总量的4 5 左右，因此大沽河被称为青岛市的母亲河，但近几年随着城市发展， 用水量增加，大沽河水源地水环境问题也变得日益突出。 大沽河流域有g 0 0 多家工业企业，集中分布在城区和主要乡镇，不达标排放的 工业废水成为大沽河流域内的点状污染源，大沽河流域内土地总面积约7 3 9 万亩， 其中耕地面积占4 7 ，农药化肥的大量施用导致地下水中持久性有机污染物和氮磷 浓度增加，成为流域内的面状污染源由于强烈的人类活动干扰，大沽河水源地水 质环境不断恶化，因此，非常有必要对大沽河水源地的地下水质状况进行分析研究， 确定水质污染的主要原因，并根据水质演化现状预测未来l o 年间的水质环境。提出 有针对性的治理措施，为更科学合理地保护利用地下水资源提供科学依据。 本文在查清大沽河水系水质和区域污染源状况的基础上，利用青岛地区生态 环境地质调查报告 ( 2 0 0 3 ) 中的监测数据，结合g i $ 技术，分析了大沽河中下游水 环境恶化的原因。在此基础上，通过研究水体自净能力、地表水与地下补给水水质 的相互关系，建立了大沽河水源地地下水质数值模型，应用m o d f l o w 软件模拟预测 了大洁河水源地遮下水污染趋势、海水入侵交化趋势并提出了治理对策 研究结果表明大沽河水源地水质污染主要来源于面源污染和点源污染两方面， 面状污染主要源自农药化肥过量施用、农村和乡镇生活污水的不达标捧放，点状污 染主要源自乡镇企业等小型工业废水的捧放地下水质年内交化规律一般为：聿水期 污染物质随降雨、地表水渗入地下而水质变差。枯水期在含水层吸附、降解等净化 作用下水质有改骜的趋势靠近地表点状污染源的地段往往表现出与此相反的变化 规律，丰水期污染物质浓度较小的地表水补给地下水。便原有浓度较高的地下水得 到淡化，水质出现好转，枯水期地表污染源继续污染地下水，又使污染程度加重 m o d f l o w 软件可比较准确地模拟地下水动态变化，特别是对研究区水文地质条件 简单、含水层系统较均一的情形更为有效预测结果显示地下水中n 町污染程度总 青岛大学硕士学位论文 体没有明显的变化趋势；地下水中c 1 污染程度总体有减轻的趋势，多能达到地下水 i i i 类标准。但李哥庄镇附近c l 污染程度加重，总之在通过污染治理，进入地下水 的污染物质浓度每年平均递减蕊的情况下，今后1 0 年内，大沽河水源地地下水水 质大部分地段有变好的趋势，下游李哥庄镇附近有变差的趋势 大沽河水源地历经多次比较全面的水文地质勘察和长期动态监测。具有相当高 的勘探程度。经济社会的快速发展使地下水资源的供需矛盾日渐突出，因此要求对 地下水资源进行更好的评价和管理，即要从定量角度对地下水资源进行预测和评价 但水文地质条件客观上的复杂性，限制了用地下水动力学中建立的解析法来解决问 题。于是数值模拟技术得到了广泛的应用我国在用数值方法模拟地下水流方面的 研究，虽然起步较晚，但其应用范围、规模及其发展水平都是十分可观的。薛禹群、 吴吉春、孙讷正、张宏仁，林学钰等应用有限元数值模拟技术解决了一大批供水水 源地的资源评价、污染物在地下水中运移过程等问题“卜啪。m o d f l o w 是当前地下水数 值模拟领域的权威软件，国内吴剑峰、武强、魏林宏等卧l l “对1 4 0 d f l o w 的原理、功 能、应用前景作了论述，但没有具体的应用实例，何杉等“o 应用p r o c e s s i n gm o d f l o v 对海河流域的一个假定排污河作了分析计算，也只是理想情况，贾金生等“”根据栾 城县水文地质条件，建立了三维地下水流模型，对栾城县地下水进行了数值模拟。 结果较好的反映了地下水动态的实际情况，邱汉学和焦超颖“”吨岫等利用m o d f l o w 对 当时条件下的大沽河地下水库在不同开采量条件下的水位进行了预报，单元剖分精 度大幅提高，每个单元面积达1 k 一，水流动态按三维非稳定流处理。总的来讲，利 用1 4 0 d f l o v 对地下水进行数值模拟，预测水质演化趋势的实际应用在国内还不多 2 第一章区域自然地理与经济概况 第一章区域自然地理与经济概况 1 1 大沽河水源地简介 大沽河水源地是青岛市最大的供水水源地，每年供水量约8 0 0 0 万m 。占市区用 水总量的4 5 左右，为青岛市的工农业供水，城市生活供水发挥了巨大的作用，水 源地范围北起古规一朴木，南至青胶公路，面积为4 3 6 8 k d 大沽河水源地经多次水 文地质勘察和长期的动态监测，具有相当高的勘探程度根据1 9 9 3 年的地下水资源 评价，大沽河流域地下水资源量3 6 0 3 亿m ，地下水可开采量2 4 5 2 亿m 3 ( 参考文 献青岛市地下水资源开发利用规划研究 ) 1 2 气象水文 大沽河流域属华北暖温带季风型大陆气候，由于受海洋环境的影响和调节，具 有较明显的海洋性气候特点，空气湿润，气候温和，四季分明，具有夏季炎热多雨， 冬季寒冷干燥，春季干旱少雨，秋季冷暖适中的特征据青岛市近百年来的气象资 料统计，多年平均气温1 2 左右，极端最高气温3 8 9 c ( 2 0 0 2 7 1 5 ) ，极端最低 气温- 1 6 4 c ( 1 9 3 1 1 1 0 ) ，平均温差一般在4 0 - 5 0 c 霜期一般在1 0 月至翌年3 月， 最晚为1 1 月至翌年5 月结冰期一般在1 1 月2 0 日至翌年3 月2 5 日，平均结冰日 8 2 1 天多年平均冻土深度为4 3 c m 多年平均风速为5 3 m s ，主导风向为东南风 和西北风年均相对湿度7 3 ，夏季7 月最高，为8 9 年平均气压1 0 0 8 1 6 据青岛地区百年来气象观测资料统计，青岛地区多年平均降水量为6 7 7 9 5 m ( 1 8 9 8 2 0 0 2 ) 1 9 9 6 - 2 0 0 2 年平均降水6 4 7 8 m r a ，降水特点有一定时空分布规律： ( 1 ) 年内各季分配不均，汛期( 6 - 9 月) 占7 0 - 7 6 ，多集中于几次暴雨，枯水期( 3 - 5 月) 占1 3 确，平水期仅占5 0 2 。 ( 2 ) 年际间降水量变化悬殊，枯水年持续时问较长，最大值比最小值多近l o o o m , 比值一般在3 4 倍 ( 3 ) 在地域上，从沿海至内陆呈递减趋势，在山区具垂向分带性，由高向低递减 青岛地区多年平均蒸发量为1 4 1 0 m m ，月平均最高值出现在5 月份，为1 7 5 m m ，内陆 蒸发量大于近海地区 大沽河是胶东半岛最大的河流，发源于招远市阜山，在莱西市道子泊村北5 0 0 m 处入境，流经莱西、平度、即墨、胶州各市和城阳区，于胶州市营房镇码头村南入 胶州湾，干流全长1 7 9 9 k m ，青岛境内长约1 5 7 k m ，流域面积6 1 3 1 3 k d ，青岛地区 境内流域面积4 8 5 0 k d ，占流域总面积的7 9 1 ，占青岛市总面积的4 5 5 大沽河水 系流经青岛市辖区内的5 市l 区7 0 多个乡镇，长5 k m 以上的支流1 1 0 条，主要支流 有小沽河、沫河、五沽河、流浩河及南胶莱河等( 见表1 1 ) 在河流的中上游建有 产芝水库和尹府水库大型水库2 座，高格庄水库等中型水库6 座，拦蓄能力为3 7 3 青岛大学硕士学位论文 亿一( 见表1 2 ) 大沽河水系及水源地分布( 见图1 1 ) 河长 流域面积 主要支流发源地流经区域 ( k m )( k m 2 ) 洙河 5 0 7 4 2 0 5 莱阳市潭格庄莱西河头店、周格庄，水集、望城镇 南墅、院里、武各、院上、朴木、旧店、 小沽河 8 0 1 1 2 8 2莱州市马鞍山 祝沟，云山、古岘、仁兆 五沽河 4 46 4 8 莱西市众水村东 李权庄、姜山、夏格庄、朴木、大官庄、 刘家庄、乔家屯、灵山、华山 落药河 3 52 8 5 7 平度市张戈庄张戈庄、郭庄、南村、仁兆 即墨市灵山东南 流浩河 3 64 8 营上、长直，段治岚，七级 金家沟 南胶莱河 3 0 1 5 0 0乎度市姚家 南村、兰底、万家，北王璩、店口、李戈 庄 即墨市普东桃花普东、南泉、兰村、李戈庄，棘洪滩、上 桃源河 3 4 73 村马、河套 云溪河1 9l 2胶州市城西 北关、中云，弗安、云溪、胶东 石桥河 1 0 1 6 5莱西市马连庄马连庄 军武河 1 55 7 5 莱西市马连庄 马连庄 道子泊河 6 9莱西市唐家庄唐家庄 北岚河 5 61 1 2 莱西市南岚唐家庄、日庄、南岚 山珍河 9 2 4 8莱西市唐家庄唐家庄、日庄 芝河 1 5 69 3 6 莱西市南墅镇南墅、唐家庄，日庄 长广河 1 64 0 莱西市牛溪埠牛溪埠 许村河 1 64 3 2 莱西市牛溪埠牛溪埠、孙受、院上 城子河 2 1 56 9 7平度市古岘古岘、仁兆 兴利库容死库容 项目 建库所在所在 流域总库 时问河道市区 面积容( 万 库容水位库容水位 水库 ( 鲥)- ，) ( 万f )( - )( 万m )( i ) 名称 产芝 1 9 5 8 9 大沽河 莱西8 7 94 0 2 0 0 1 8 4 0 0 7 1 5 0 8 0 0 6 3 0 0 尹府 1 9 6 0 6 猪洞河 平度1 7 81 6 1 3 08 1 0 07 9 5 0 7 0 0 7 1 7 0 宋化泉 1 9 6 0 8 流浩河即墨 4 2 72 5 0 01 6 4 04 2 3 91 2 03 8 4 4 挪城 1 9 6 0 。8 桃源河即墨 5 11 2 2 57 5 01 5 5 0 6 0 1 1 4 1 堤湾 1 9 6 0 五沽河莱西 7 3 52 8 0 04 0 03 6 o6 03 5 0 0 高格庄 1 9 5 8 洙河 莱西1 2 52 0 5 07 9 88 3 3 51 77 7 0 7 北墅 1 9 7 0 4小沽河莱西3 0 15 0 1 02 2 0 01 1 2 02 31 0 黄同 1 9 5 9 6 黄同河平度 1 2 55 1 4 72 5 9 0踮的1 4 07 8 0 8 4 第一章区域自然地理与经济概况 图i 1 大沽河流域水系分布圈 ， 青岛大学硕士学位论文 1 3 地形地貌 大沽河流域在大的地貌单元中属鲁东低山丘陵区的一部分区内地貌按其成因 类型及形态特征可划分为构造剥蚀地形和堆积地形两种地形变化的总趋势是北高 南低古岘以北为构造剥蚀低山丘陵地形，主要由花岗岩和变质岩组成，地形标高 一般5 0 - 2 0 0 m ，大泽山主峰高7 3 6 7m ，是区内最高点古岘以南为构造剥蚀平原。 主要由碎屑岩和火山岩组成，是胶莱盆地的组成部分地形起伏平缓，标高一般 2 0 - 5 0 m 沿大沽河中下游河床两侧为河谷冲积平原，由北向南呈不规则的带状分布， 长期接受冲积、冲洪积及洪积堆积作用，堆积物厚度一般l o - 2 0 m ，局部达2 5 m 以上， 多具双层结构古岘一店埠以南河谷开阔，地形平坦，地形标高4 - 4 0 m ，微向南倾斜， 坡降2 0 7 另外在大沽河流域南边缘入海口处有部分海相或海陆交互相沉积 1 4 资源与经济概况 大沽河流域内矿产资源开采以金矿和石墨为主，位于平度和莱西的石墨矿众多， 大部分矿坑废水未经处理捧入大沽河，另外区域内乱采乱挖粘土及河道采砂也对地 下水质产生影响 大沽河流域工业集中分布在莱西市、胶州市城区，另外胶州市的李哥庄镇和莱 西市的南墅镇，姜家庄镇工业企业也相对集中，其它乡镇有少量的工业企业分布 大沽河流域除莱西市、胶州市城区外，其余乡镇均以农业为主，据调查大沽河流域 内共有耕地3 4 7 4 2 万亩，9 0 年代末期施用化肥强度为3 3 - 4 0 k g 亩“叮农作物对氮 肥的利用率一般为3 0 - 6 0 ，即在土壤中的施肥残存量为施肥量的7 0 - 4 0 “7 1 ，大量 未被植物利用和土壤吸收的肥料，随丰水期到来进入地下水，成为地下水污染的面 状污染源。 6 第二章区域地质环境条件 第二章区域地质环境条件 2 1 地质概况 2 1 1 地层岩性 大沽河流域出露的地层除第四系松散地层以外，主要为中生代白垩系和古元古 代变质岩系地层，第三系为隐伏地层区内古元古代变质岩层主要出露荆山群及粉 子山群，中生代白垩系地层自老至新分为莱阳群、青山群和王氏群，广泛分布于本 区中部台陷区，第三系地层主要隐伏于平度南大洼，为下第三系五图组 ( 1 ) 古元古代变质岩层，区内主要出露荆山群及粉子山群 荆山群地层主要分布于胶北隆起莱西南墅镇平度明村镇及云山镇等地，属角 闪麻粒岩一角闪岩相变质，主要岩性为大理岩、黑云变粒岩、长石石英岩、浅粒岩、 斜长角闪岩、透辉岩、石墨变粒岩、片麻岩等 粉子山群地层主要分布于平度灰埠，属高绿片岩相一低角阿岩相变质，岩性主要 为黑云变粒岩，斜长角闪岩、浅粒岩、长石石英岩、透闪大理岩等 ( 2 ) 中生代白垩系地层自老至新分为莱阳群、青山群和王氏群，广泛分布于本区 中部台陷区。 莱阳群主要分布于胶州、即墨等地，为一套陆相租碎屑一细碎屑的洪积相一河流 相一河湖相沉积，由砾岩，砂岩、粉砂岩、长石砂岩及含砾中粒岩等组成 青山群主要分布于胶州、河套、红岛及莱西等地，为一套陆相火山爆发相、溢 流相的中基性一中性一酸性火山岩系，下部岩性为流纹质含角砾熔结凝灰岩、岩屑玻 屑凝灰岩；中部岩性为安山岩、玄武安山岩夹安山质火山角砾岩、角砾集块岩等； 上部为玄武粗安岩夹砂砾岩 王氏群主要分布于胶州市上马镇以北直至古岘、莱西广大地区，为一套陆楣紫 红色碎屑岩问夹玄武岩沉积，下部岩性为钙泥质粉砂岩夹钙质细粒长石砂岩、细粒 长石砂岩，上部为杏仁状玄武岩、拉斑玄武岩及伊丁石化安山玄武岩 ( 3 ) 第三系地层主要隐伏于平度南大洼，为下第三系五图组，由砾岩，砂岩，页 岩和泥质岩等组成 ( 4 ) 第四系地层广泛分布予区内现代河流两侧、山前、入海处及准平原地区，为 第四系更新全新统冲积、洪积、冲洪积、残坡积、海积、海陆交互堆积及人工堆积 等松散堆积层其中冲积和冲洪积层最有供水意义，该层主要分布于较大河流的中 下游和山前地带，厚度一般l o - 2 0 m ，最厚可达2 5 - 3 0 m ；多具双层结构，上部为粘质 砂土及砂质粘土，下部为不同粒径的砂及砂砾石层，其中有泥质夹层，边缘地带有 坡积层楔入，结构较为复杂( 见图2 1 ) 河流愈小，砂层愈薄，分选性差，相交大； 上游为花岗岩分布区，砂层颗粒较租；在河口附近及近海洼地，冲积层中常有海相 ， 青岛大学硕士学位论文 沉积夹层，岩性为淤泥，淤泥质粘土、淤泥质砂等，厚度一般小于5 m 。 芝l s 警 嚣刍器需萄盥1 3 1 9 篙茎越1 1 9 4 销一 镞壤 j ：谤釜黧 娶篓纛 然 萎 邑缮 簧 。譬2z z 。 ， ：= = = ：毫笔墨 十。，瓦。乎审yj 。 。等势 跨与绣鹭乒 弓号一 长：o州 团愀囫愀圃帆圜妣囫斟器熊 圈2 1 大沽河流域下游地质剖面图 本区的侵入岩主要发育有新元古代晋宁期、震旦期和中生代燕山晚期的侵入岩， 可归并为7 个单元，主要分布在流域的话北部即河流上游的大泽山至道头一带，岩 性为花岗岩、= 长花岗岩、花岗闪长岩等 2 1 2 地质构造 大沽河流域位于华北板块南边缘胶南一文威造山带日照隆断东北部，鲁东隆起、 胶莱坳断两个级构造单元区内主要构造形迹为褶皱构造、韧性剪切带及脆性断 裂构造，其主体方位为n e e 向，次为n e 向和阴向区内脆性断裂构造具控水作用， 其方向错综复杂，除部分继承古老断裂构造外，多形成于燕山晚期，为n w - s e 向水 平挤压应力及垂向上隆所导致的水平压力共同作用的结果，具多期活动的特点经 多期构造变动，古老变质岩系褶皱强烈燕山运动在本区表现出强烈的活动性，其 特点是：断裂构造极为发育，并伴有强烈的火山喷溢和酸性岩浆岩侵入胶莱坳陷即 是燕山运动的产物。在坳陷带内沉积了巨厚的白垩系青山群及王氏群，由于裙皱构 造不强烈，青山群和王氏群呈现平缓开阔的褶曲，走向北西，倾角1 0 - 2 5 度进入 新生代以后，本区地壳活动的特点是在总体上升的同时，局部地区相对坳陷，在山 前及河谷平原沉积了第四系松散堆积物，由于坳陷幅度不大，第四系松散堆积物的 厚度较薄 2 2 水文地质 2 2 1 含水岩组的划分与地下水赋存条件 本区地下水根据水文地质特征的不同，可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔 隙裂隙水、喷出岩类孔洞裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水及块状、层状岩类裂隙水 8 第二章区域地质环境条件 等几个含水岩组，其中以松散岩类孔隙水含水岩组为主，供水能力较强 松散岩类孔隙水含水岩组为区内重要的含水岩组，主要分布子大沽河中下游河 谷平原和大泽山西南侧山前平原，含水岩组主要由第四系冲积、冲洪积层不同粒径 的砂及砂砾石组成，厚度一般5 - 1 5 m ，透水性强，水量丰富，在河流中下游沿现代 河床两侧及古河道主流带分布，含水砂层厚度大，颗粒粗，透水性和富水性皆强， 单井出水量可达1 0 0 0 m d 以上，水位埋深一般2 4 m ；在大，小沽河中上游及山前地 带，砂层逐渐变薄，粒度虽粗但分选性较差，透水性和富水性相对减弱，单井出水 量5 0 0 - 1 0 0 0 m d ：在河流上游及五沽河、漉浩河上游等支流，砂层很不发育，单井 出水量小于5 0 0 m 3 d 大沽河中下游地区地下水水力性质基本属于孔隙潜水，局部地 段在高水位时具弱承压性，为青岛市重要供水水源地 2 2 2 地下水的补给、径流、捧泄条件 大沽河流域地下水大多为第四系中的浅层地下水，局部为少量脉状构造基岩裂 隙水，均属于浅埋藏的潜水类型，大气降水为其主要补给来源，地下水的运动方向 与地形坡降、地表水系基本一致，由山区流向平原，由陆地流向海洋，大气降水、 地表水、地下水三者联系密切，转化关系明显 从大的区域水文地质分区来看，研究区内水文地质分区属鲁东低山丘陵水文地 质大区( ) ，由于受地形地貌、地层岩性等因素的影响，不同地区不同含水层的地 下水补、径、择条件有较大差异 ( 1 ) 在丘陵山区，即基岩裂隙水主要分布区，大气降水几乎是其唯一的补给来源， 但因山高坡陡和裂隙不甚发育，降水的大部分转变为地表径流汇集到海洋和胶莱盆 地水文地质区，少量降水渗入到地下转化为地下水，沿构造和风化裂隙以下降泉或 地下径流的形式很快向附近沟谷排泄，山间河谷沟溪成为汇集和捧泄地下水的主要 通道。由于裂隙发育深度浅，水力坡度陡，地下水交替循环强烈，水质良好，水化 学类型一般为重碳酸钙型水，矿化度小于0 3 9 1 ( 2 ) 在胶莱盆地区，地质构造单元属胶莱坳断，地貌形态为河谷平原、山前平原 和剥蚀平原，地层主要为第四系冲积、冲洪积层和白垩系碎屑岩类及火山岩类，地 势低平，除接受大气降水的直接入渗补给外，还接受来自相邻其他区的地表水和丘 陵山区基岩裂隙水的侧向补给，特别是其中河谷平原、山前平原第四系孔隙水和玄 武岩类孔洞裂隙水，地形平坦，植被好，含水层较厚，储水空间较大，表层渗透性 能较强，补给条件十分有利，成为本区地下水最富集的地段该区地下水有多种捧 泄方式，径流排泄主要有两个方向，一是通过北胶莱河向北捧向莱州湾，一是汇集 于大沽河向南捧向胶州湾，因地势平缓，水力坡度小，径流速度缓幔，捧泄量有限； 近年来随着地下水开采量的增大，人工开采成为该区地下水主要捧泄方式由于大 量开采地下水，水位埋深加大，蒸发排泄减少但在河口及近海低洼地带，因水质 9 青岛大学硕士学位论文 差，开采量小，蒸发消耗才居主导地位 水化学成分的复杂性，与丘陵山区相比， 因而矿化度有所增高，水化学类型多样。 2 2 3 大沽河水源地水化学特征 由上述补、径、捧特点，决定了该区地下 地下水流经的路径和滞留时间相对较长， 大沽河水源地在其开采初期( 1 9 8 1 年) 水化学类型分布最广的是h c o ，c i - c a 型 水，开采后水化学成分变化明显，水源地南部污染离子含量逐年增加，水化学类型 变为i l 洒s o , c 1 c a 型，局部变为s o , c i 或s o , - - c a g 水；水源地北部组份含 量上升较快，水化学类型为h c o , s q bc l h c 仉，c 1 s o , - c a 或c a m g 水，局部 为n 0 3 _ 型水；水源地中部水质变化缓慢，属h c 嘎s o , ，h c 以c 1 - c a 水。 大沽河水源地在开采后期地下水中各组分含量逐年增加，近几年的情况是：在北 部区段，即大沽河上游仁兆一袁家庄以北地带，地下水受污染严重，超标组分或指标 主要有n 如，s o , ，矿化度，局部地段总硬度也有超标，c 1 一、矿化度、总硬度有上升 趋势，其他组分有升有降，水化学类型复杂，有s 0 c 1 、h c o , s o , 、n o , 、n o , s o , 型等，阳离子以c a 及c a 型为主 在中部区段，即胶济铁路蓝村以北，大沽河中游地带，超标组分或指标主要有 n o , 一。总硬度，枯水期水化学类型组份含量升高，丰水期以降为主，水化学类型以 i i c o l c l 或i 1 0 0 ，s 0 型为主，阳离子以c a 型为主 在南部区段，部胶济铁路蓝村以南至李哥庄一带。过去受李哥庄开采漏斗影响， 造成海水入侵，水质恶化，尽管在1 9 9 4 年丰水期漏斗平复，1 9 9 7 年在水源地南端 施工一防渗墙工程，水质未继续恶化，但超标现象仍较严重，主要超标组分有：s o ， c l 、矿化度、总硬度、n o f ，其中s o f 基本呈逐年增长趋势，其他组分有升有降 2 0 0 2 年6 月水化学类型以c 1 h c 0 3 ，h c o 。c l - c a 型为主，2 0 0 2 年8 月主要水化学类 型为s o c l 、c l s o 。s 0 混合，s 0 。型水范围在扩大，阳离子以c a m g ，c a n a m g 型为主( 见图2 2 ) 。 第二章区域地质环境条件 田2 2 大沽河水源地水化学类型圈 l l 青岛大学硕士学位论文 第三章水环境演化及分析 3 1 地表水质污染状况 3 1 1 水环境污染状况 大沽河上游污染来源主要是莱西、平度及青岛市境外采金、采矿形成的尾矿、 废渣废水。多数小型金矿是利用汞和氰化物进行粗选，由此而形成的尾矿、废渣中 含有较多的汞、氰化物等剧毒物质，这些污染物大量地堆积在大沽河上游的河道之 中，经雨水冲刷后沿河道注入水库，是导致水库汞污染豹主要原因之一。1 9 9 8 年小 沽河上游黄桐水库曾经发现汞污染，一度出现了阶段性汞超标现象。上述污染物直 接排入大沽河，严重影响了河流水质。另外，北墅、南墅周围的石墨矿开采过程中 产生的硫酸根离子也在一定程度上对大沽河地下水造成了污染；使沿岸地下水从优 质的重碳酸盐氯化物型水变为硫酸盐氯化物型水。 大沽河中下游污染主要来自莱西城区及沿岸城镇工业废水和生活污水。仅莱西 市城区排入河道的工业废水每年i 盘4 0 0 多万吨，生活污水1 5 0 多万吨，每年排入的主 要污染物：c o d 约2 8 0 0 多吨，氨氮约1 0 0 0 多吨，硫化物2 0 多吨，另外还有部分氟化物、 砷和挥发酚等。其次沿河“处乡镇排放的工业废水每年约3 0 0 多万吨。生活污水约6 0 0 多万吨，这些废水大部分就地排放渗入地下，污染地下水。 面源污染主要是农药化肥污染。随着农业生产的发展，农药和化肥的施用面积 和强度也不断增加，目前大沽河水源地范围内化肥施用强度一般在3 b - 4 0 k g 亩，其 中氮肥约占5 0 左右，磷肥约占2 0 左右。农药施用强度一般在0 3 - 0 ；9 k g 亩，其中 有机磷农药约占2 0 左右，有机氯农药约占l 唯左右。残留的农药化肥随着降水排入 河道或渗入地下，使沿岸地下水受到了不同程度的污染。从监测情况看，沿岸地下 水总硬度、硝酸盐氮等普遍偏高。 3 1 2 水质污染原因分析 根据监测，大沽河在开采初期，水质良好，在九十年代末期，污染日趋严重， 水质不断恶化，部分河段氨氮、c o d ，亚硝酸盐、氯化物等均严重超标。汛期到来后， 积存在河道中的污水沿河冲刷而下，大沽河水源地地下水埋深浅，河道表层结构中 缺少隔水层，导致污水直接进入储水层而造成地下水污染。近几年，由于人们的环 保意识加强，政府部门加大了治污力度，大沽河水源地污染状况有所改善。 综上所述，地表水污染形成的主要原因有以下几个方面： ( 1 ) 由于人口增加和经济增长使用水量增加，而相应的污水处理设施不完善，造 成污水排放量相应增加。 ( 2 ) 粗放型工业发展模式的单位产值耗水量大加重7 环境污染。 ( 3 ) 农业广泛施用化肥，农药等有机物质造成面源污染严重，缺乏有效控制措施。 第三章水环境演化及分析 3 2 浅层地下水位动态特征 受各种自然因素影响，地下水动杏有其自然变化规律，人为因素的影响又使其 复杂化，地下水位的变化实质上是地下水补给、径流、捧泄条件的综合反映 本区地下水补给来源主要为大气降水，主要捧泄方式为人工开采，人工开采具 有如下特性：一是城市供水开采的长期性与连续性，二是季节性农灌开采与强烈的蒸 发回步性，表现在水位时空变化上则具有如下特征： ( 1 ) 在个水文年中，自然状态下，地下水位因季节性集中降水而回升，又因径 流和蒸发而下降，动态曲线呈波状起伏，而人为连续的和季节性的开采加大了地下 水位变幅，甚至改变其起伏趋势 ( 2 ) 年际间随降水量相差悬殊，地下水位表现为连枯年份持续下降，遇丰水年或 平水年迅速回升另在自然状态下，最低与最高水位在一年内出现，而在开采状态 下，最高水位往往出现于翌年初 ( 3 ) 不同流域不同含水岩组其地下水动态具有不同特征 松散岩类孔隙水为本区主要含水类型，按其动态类型可分为：降水渗入一径流蒸 发跫、降水渗入一开采径流型及径流( 入侵) 一蒸发型 1 ) 降水渗入一径流蒸发型：主要分布在大沽河上游地下水动态基本处于自然状 态。水面形态沿河谷星沟橹型，年内受降水制约，季节性变化明显，动态曲线呈波 状起伏( 见图3 1 ) ，总体变化规律为7 _ - 9 月份为丰水期，地下水位回升呈波峰，之 后随降水减少及径流和蒸发排泄，水位缓慢下降1 1 月至翌年3 月用水量、蒸发量 均减少，地下水位持平后缓慢回升4 - 7 月份，干旱少雨，蒸发量增大伴随春灌用 水，地下水位急剧下降呈最低谷年际间变化是遇丰水年水位回升，枯水年水位下 降 l a i j u r卟多 山 l 、一、 a 、 樱 y v f v 争 参5 v 田3 1 大沽河上辩地下水水位动态变化曲线圈 青岛大学硕士学位论文 2 ) 降水渗入一开采径流型：主要分布在大沽河中下游。地下水位动态主要受降水、 开采制约，年度内1 - 3 月份降水量少，开采量小，水位一般较高且变化平缓；4 月 份前后由于春灌开采量渐大，水位逐渐下降：7 月底之前降水较少，水位下降至较 大低值；8 月进入汛期，随降水量增大，水位迅速回升达峰值；随后进入秋灌季节， 水位再次下降，变化平缓到年末与翌年相接( 见图3 2 ) 在开采量短时间集中时段， 水位主要受开采影响，开采时大幅下降地表径流与地下水位变化关系也很密切， 地表河流水位的高低，径流持续时间长短、距河床远近等都有影响总之，大沽河 地下水主要补给来源是降雨入渗，因此地下水位与降雨关系十分密切。另外，开采 量大小是影响水位变化的重要因素，开采量大则地下水位下降幅度大，速度快t 反 之亦然“”；降雨、径流、人工开采等因素共同作用使本区地下水位变化呈一定变化 规律，同时也体现了其埋藏浅、易补易采的特点 ：； ； - ：- ： i，心f 1j k j l 、kl l 1 f hj v 弛 、i j lklh 一 ，xj 二k r 卜i1 ill 二! i ：乏，i j 划 八 卜 丫 圈3 2 大沽河中下游地下水水位动态变化曲线图 大沽河水源地在1 9 7 6 - 1 9 8 1 年期闻，基本处于连桔年份，又为开采前阶段，地 下水位基本处于缓慢下降阶段；1 9 8 2 - 1 9 8 5 年由于连续疏干开采，地下水位急剧下 降，直至1 9 8 5 年8 月受台风影响急剧回升；1 9 8 6 - 1 9 9 5 年水位基本稳定，有升有降； 1 9 9 6 年以后总体水位略有升高 3 ) 径流( 入侵) 一蒸发型：主要分布在河流下游入海口处及海水入侵区，地下水位 埋藏浅，其水位动态特征为变幅小，季节性交化不明显，年内除丰水期呈小而缓的 波峰外，动态交化平缓，埋深在2 m 左右，年变幅0 3 - 0 8 咀 3 3 地下水质变化特征 大沽河水源地在开采初期的2 0 世纪8 0 年代，地下水质量一般为i i i 级，局部 1 4 3 蠢馨掣* 第三章术环境演化及分析 为i i i 级，年代以来，随着经济发展，工业废水捧放量增加，农业施用化肥、有 机肥大幅增加，由于该区地下水韵补给来源主要为大气降水入渗、河流渗漏补给， 补给来源的水质不断恶化，从而造成地下水质向坏的方向发展n 町 大沽河水源地范围内布置了3 0 多个动态观测点观测地下水水质的动态变化，现 根据1 9 9 2 2 0 0 3 年问共1 2 年动态观测成果，选择其中8 个具代表性观测孔资料来分 析大沽河水源地水质变化观测孔基本情况见表3 1 表3 1 大沽河水源地动态观测孔基本情况袭 孔号位置孔口高程( - )深度( _ ) 0 2 2 平度市古岘镇北城子树 3 4 7 29 7 1 1 5莱西市朴木镇西菜湾村2 9 2 7 5 9 5 0 2 4 平度市仁兆镇前头村