确定地下水水质背景值的方法与流程

本发明涉及一种确定地下水水质背景值的方法。

背景技术：

确定地下水水质背景值对于认识地下水中某些元素升高是由地质原因引起还是由于人为因素影响(及影响程度)是十分重要的。到目前为止，国际上对地下水水质天然本底的研究还为数不多，国内一般采用经验值或水环境质量标准来进行指导判断，但这并不可靠，而且不同地区背景值的水平也不一样。随着人们的健康意识和对居住环境要求的日益提高，确定地下水水质背景值对于确定地下水是否发生污染及确定污染程度具有重要意义。因此，当下亟需研发一种准确可靠的确定地下水水质背景值的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种确定地下水水质背景值的方法。

本发明的确定地下水水质背景值的方法，包括如下步骤：

(1)对目标区域的地下水进行年代学研究，确定所述地下水的年龄，将所述地下水分成古水、次现代水和现代水3类，其中，所述古水指年龄大于1000年的水，所述次现代水指年龄介于60到1000年的水，所述现代水指年龄小于60年的水；

(2)按照“古水优先-次现代水其次”的原则选取相应测试水样，利用统计学方法，测定所述测试水样中特征组分的中值和上方值，作为目标区域地下水的背景值的中值和上方值；

其中，所述“古水优先-次现代水其次”的原则是指，若目标区域存在古水水样，则以古水水样作为该目标区域的测试水样，若目标区域不存在古水水样，则以次现代水水样作为该目标区域的测试水样。

以上，按照所述“古水优先-次现代水其次”的原则基本可以完成绝大部分情形下的目标区域的地下水背景值的确认。对于其他情况，本发明还包括下述增补方案步骤：

A)当目标区域的地下水缺乏年龄数据时，可使用历史文献资料记载的观测数据(优选20世纪60年代以前的观测数据)，作为地下水的背景值的参考数据。

B)当目标区域的地下水缺乏年龄数据和历史文献资料记载的观测数据时，可使用目标区域上游水作为该目标区域的测试水样。

对于特殊工程，如对于页岩气开发工程所在区域，优选地，需在工程实施前连续3-5年采集工程所在区域的水样作为该目标区域的测试水样，以识别背景值的时空变化。

步骤(1)中，所述确定所述地下水的年龄的方法可为本领域常规，优选地，本发明使用氚(³H)、氟氯昂(CFCs)、氪85(⁸⁵Kr)、热核氯36(³⁶Cl)、六氟化硫(SF₆)和氚氦(³H-³He)中的一种或多种确定所述现代水的年龄；使用氩39(³⁹Ar)或硅32(³²Si)确定所述次现代水的年龄；使用碳14(¹⁴C)、氯36(³⁶Cl)和氪81(⁸¹Kr)中的一种或多种确定所述古水的年龄。

步骤(1)中，所述中值和上方值均为本领域常规的含义。所述中值是指当一组数据按从小到大的顺序排列时，处于最中间位置的数据(当该组数据总数为奇数个)的数值大小，或者处于最中间位置的两个数据(当该组数据总数为偶数个)数值的平均值。所述上方值是指一组数据按从小到大的顺序排列时，处于大于这组数据中90％位置的数据的数值，即，所述上方值大于该组数据中90％的数据。

步骤(2)中，所述特征组分优选硝酸盐。

本发明具有下述有益效果：

本发明的确定地下水水质背景值的方法，可以严格排除受人类活动影响的地下水数据；对于没有历史数据或者长期观测资料的地区，特别是发展中国家及干旱地区，是一种简单、可靠、快速获取地下水水质背景值的方法。

附图说明

图1显示地下水年代分区的示意图。

图2为地下水水质数据统计特征值，包括中值和上方值。

图3为实施例1的测定结果。

图4为实施例2的测定结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明确定区域地下水水质背景值的基本原则是找到未受人类活动影响或者人类活动影响微弱的地下水水样，进而基于统计分析，确定背景值的中值及上方值。

本发明的确定地下水水质背景值的方法，包括如下步骤：

(1)对目标区域的地下水进行年代学研究，确定所述地下水的年龄，将所述地下水分成古水、次现代水和现代水3类，其中，所述古水指年龄大于1000年的水，所述次现代水指年龄介于60到1000年的水，所述现代水指年龄小于60年的水；

(2)按照“古水优先-次现代水其次”的原则选取相应测试水样，利用统计学方法，测定所述测试水样中特征组分的中值和上方值，作为目标区域地下水的背景值的中值和上方值；

其中，所述“古水优先-次现代水其次”的原则是指，若目标区域存在古水水样，则以古水水样作为该目标区域的测试水样，若目标区域不存在古水水样，则以次现代水水样作为该目标区域的测试水样。

其中，如图1所示，其为显示地下水年代分区的示意图，从图中可以看出，古水和次现代水中不含氚，而现代水中含有氚。此处仅仅是以氚作为示例，在实际应用过程中，对于古水、次现代水和现代水的区分不限于氚元素，还可以使用氟氯昂、氪85、热核氯36、六氟化硫和氚氦中的一种或多种确定现代水的年龄；使用氩39或硅32确定所述次现代水的年龄；使用碳14、氯36和氪81中的一种或多种确定古水的年龄。也就是说，现代水中可能会含有氚、氟氯昂、氪85、热核氯36、六氟化硫和氚氦中的一种或多种；次现代水中可能会含有氩39或硅32；而古水中可能会含有碳14、氯36和氪81中的一种或多种。

如图2所示，其显示背景值中值和上方值的计算方法。其中，中值是指当一组数据按从小到大的顺序排列时，处于最中间位置的数据(当该组数据总数为奇数个)的数值大小，或者处于最中间位置的两个数据(当该组数据总数为偶数个)数值的平均值。上方值是指一组数据按从小到大的顺序排列时，处于大于这组数据中90％位置的数据的数值，即，上方值大于该组数据中90％的数据。

实施例1

本实施例以硝酸盐这种地下水最为常见的污染组分为例，以中国新疆维吾尔自治区西部白杨河山前洪积扇为例，确定地下水中硝酸盐的背景值。

通过对研究区域进行地下水年代学分析发现，研究在山前洪积扇地带分布有年龄大于1000年的古水、年龄介于1000年到60年的次现代水和年龄小于60年的现代水。由于硝酸盐主要是近30年过量施肥导致地下水中硝酸盐含量增加的，因此按照“古水优先-次现代水其次”的原则，以年龄大于1000年的、受人类活动影响十分微弱的古水作为测试水样，其主要特征是不含氚，且碳14年龄大于1000年。

按照“古水优先-次现代水其次”的原则，对研究区域所有古水按硝酸盐含量从小到大进行排序，得到白杨河山前洪积扇地区硝酸盐背景值的中值和上方值分别为3.1mg/L和9.0mg/L，结果请参见图3。

实施例2

A)当目标区域的地下水缺乏年龄数据时，使用历史文献资料记载的水质观测数据(优选二十世纪六十年代以前人类活动作用有限的时候)作为地下水的背景值的参考数据，；

B)当目标区域的地下水缺乏年龄数据和文献资料记载的水质观测数据时，使用目标区域上游水作为该目标区域的测试水样。

在中国页岩气最大的开发区重庆涪陵区块，由于工程实施前未进行系统的地下水背景值研究，使得即使地下水发生污染，也很难确定是自然背景值高还是人类工程造成的。由于该地区属于碳酸盐岩溶地区，地下水循环速度快，很难取到古水或者次现代水，只能选择页岩气开发工程的上游，进行地下水背景值的测量。以高锰酸钾指数(COD)、氨氮、pH、F、硝酸盐(NO₃)、Fe、Ba为例，确定出背景值中值分别为0.94mg/L、0.02mg/L、7.87、0.02mg/L、9.6mg/L、0.10mg/L和0.02mg/L，结果请参见图4。

上述实施例说明，使用本发明的方法确定地下水背景值简单可靠，能够方便指导工程开发、水体修复和相关研究活动的进行。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。