張 敏 蔡五田＊＊ 王 丹 王凱麗 李 楠 李金英

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，保定，071051;2.青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，青島，266071)

石油類污染場地地下水抽水過程水質(zhì)變化成因*

張 敏1蔡五田1＊＊王 丹2王凱麗2李 楠2李金英1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，保定，071051;2.青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，青島，266071)

在某石油類污染場地抽水試驗過程中對地下水五項常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測.通過對指標(biāo)的相關(guān)性和主成分分析，基于抽水、彌散試驗，揭示了該場地抽水過程中水質(zhì)變化的原因，探討了以水質(zhì)指標(biāo)描述石油類污染場地地下水凈化的方法.結(jié)果顯示，水質(zhì)變化是由晝夜水溫變化、抽水和生化耗氧作用三者引起.其中，水溫變化是由晝夜變化引起;電導(dǎo)率減小是抽水作用使導(dǎo)電粒子減少的結(jié)果;溶解氧(DO)主要受生化耗氧作用和水溫引起的氧溶解度變化的影響;pH受水溫引起的水的離子積常數(shù)變化、抽水作用引起的酸堿性物質(zhì)減少和生化耗氧作用產(chǎn)生CO2的影響;氧化還原電位(ORP)受抽水作用引起的反應(yīng)物質(zhì)濃度減少和水溫變化引起的地下水即時溶解氧變化的影響.其中，pH與DO的關(guān)系主要是生化耗氧作用的直接結(jié)果.溫度、電導(dǎo)率、DO、pH和ORP五項指標(biāo)可提取為地下水自凈速率和凈化能力兩個主成分，描述地下水凈化.

石油類污染，優(yōu)勢流，電導(dǎo)率，溶解氧(DO)，pH，氧化還原電位(ORP)，凈化，即時溶解氧.

石油類污染場地地下水污染調(diào)查研究在國際上受到廣泛關(guān)注，在中國尚處于初級階段［1］，目前，尚無成熟的水質(zhì)指標(biāo)體系對石油類污染地下水自凈速率和凈化能力進(jìn)行描述.

借助某石油類污染場地抽水試驗，對抽水井的水溫(t)、酸堿度(pH)、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)、電導(dǎo)率(CON)5項常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測，通過對數(shù)據(jù)的相關(guān)分析、主成分的提取及多重線性回歸分析，結(jié)合該次抽水試驗和抽水試驗后的彌散試驗結(jié)果，探討了以常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)評價石油類污染地下水凈化速率和能力的方法［1-2］.

1 實驗部分

1.1 場地概述

污染場地位于華北平原某石化廠內(nèi).該廠1972年建成，2000年轉(zhuǎn)產(chǎn).原主要煉制汽油、柴油、溶劑油等，地下水主要受石油類污染.鉆孔資料表明，場地100 m深度內(nèi)巖層由松散第四系砂、粘性土交互沉積構(gòu)成，為多層疊置的含水層系統(tǒng).0—10 m為雜性土層(填土、根植土、淤泥質(zhì)土等);11—15 m為細(xì)砂-含粒粗砂層;12—50 m為粉質(zhì)粘土夾粉土層，上部含較多姜石;50—100 m砂層與粘性土層呈交互式沉積.地下水埋深15—22 m.區(qū)域地下水流向為由東北流向西南，場地地下水流向與區(qū)域地下水流向相反.

1.2 抽水井SH-10簡介

地下水埋深:含水層為承壓含水層，地下水水位埋深在15.5—17.5 m之間，含水層埋藏于20.0—30.0 m深度內(nèi)，即地下水位高于含水層的頂板.水文地質(zhì)結(jié)構(gòu):深度15.5—20.0 m，巖性為含鈣質(zhì)結(jié)核的粉土層-粉質(zhì)粘土層，可概化為相對隔水層;深度20.0—30.0 m，有3個含水段:20.0—21.4 m為粉細(xì)砂層，厚1.4 m;23.2—23.8 m 為細(xì)砂層，厚0.6 m;26.1—28.6 m 為粉細(xì)砂層夾鈣質(zhì)結(jié)核層，厚 2.5 m，含水段累計厚度為4.5 m，可概化為含水層;深度30.0—50.0 m，巖性為粉質(zhì)粘土層，可概化為相對隔水層.成井結(jié)構(gòu)見圖1，以地面算起，井深18.0—49.6 m為濾水管，濾水管完全穿過了含水層，為完整井抽水.另外，SH-10處于污染區(qū)內(nèi)，地下水能明顯聞到油類揮發(fā)性氣體味道，其水質(zhì)變化情況可代表石油類污染地下水水質(zhì)變化.

1.3 抽水試驗簡介［3-4］

2008年11月2、3日開展了抽水試驗，場地視為均質(zhì)無邊界流場，抽水試驗為非穩(wěn)定流多孔抽水試驗.抽水井SH-10，位于中上游，觀測井8個，按照與地下水初始流場關(guān)系分為3類:平行流向，SH-6和SH-7;垂直流向兩組，YQ16、SH-6 和 SH-3，YQ12、SH-7和SH-8;與流向呈45度角，YQ18和 YQ19.各井位置及抽水試驗前后流場情況見圖2.抽水流量約為14.577 m3·h－1，變幅不大于5%，符合定流量抽水試驗要求.現(xiàn)場整理和繪制降深-時間圖顯示水位降深穩(wěn)定，表明抽水試驗進(jìn)行正常.運用Theis配線、Cooper-Jacob直線圖解和恢復(fù)水位3種方法計算含水層導(dǎo)水系數(shù)(T)、滲透系數(shù)(K)、貯水系數(shù)(S)分別為 3.28 × 10－3m2·s－1、7.29 × 10－4m·s－1、8.56×10－3;3.52×10－3m2·s－1、7.28×10－4m·s－1、8.15×10－3;3.77×10－3m2·s－1、8.38×10－4m·s－1、無(恢復(fù)水位法無貯水系數(shù)計算).

1.4 抽水試驗地下水水質(zhì)監(jiān)測

每次平均間隔約50 min取抽出水做水質(zhì)分析，抽水前期未穩(wěn)定階段監(jiān)測較密集，后期穩(wěn)定階段監(jiān)測較稀疏.樣品倒入燒杯，將燒杯置于瓷制保溫杯中減少環(huán)境溫度變化對水質(zhì)的影響，美國哈希SensION 156便攜式多參數(shù)水質(zhì)儀依次測定水溫(t)、酸堿度(pH)、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)和電導(dǎo)率(CON).

圖1 SH-10水文地質(zhì)及成井圖Fig.1 Hydrogeology and well completion chart of SH-10

圖2 抽水前后流場圖Fig.2 Chart of flow field before and after pumping

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及其處理

表1為測得的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計數(shù)據(jù).Excel對數(shù)據(jù)作簡單統(tǒng)計分析，各指標(biāo)及主成分隨時間變化圖見圖3—圖8;SPSS［5］“Bivariate Correlations”作雙側(cè)相關(guān)分析，描述指標(biāo)相關(guān)性(表2)，必要指標(biāo)間進(jìn)行多重線性回歸分析，探討各水質(zhì)指標(biāo)變化成因，“Data Reduction”作主成分分析，提取地下水變化的主成分(表1).

表1 水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Data and it's statistical analysis of water quality indices

表2 水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析Table 2 Correlation analysis of water quality indices

2.2 水溫變化成因

地下水水溫一般不受酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率和氧化還原電位等水質(zhì)指標(biāo)的影響，因此，將水溫作為地下水變化的自變量.由圖3可看出，完整的24 h晝夜周期內(nèi)，水溫先降低后持平再升高.具體如下:第一天 10∶33 至 19∶40 降低，第一天 19∶40 至第二天 7∶40 基本持平，第二天 7∶40 至 10∶40 上升，10∶40 以后開始下降，進(jìn)入下一個周期，第二天溫度相對第一天降低約1℃，地下水溫度變化存在晝夜變化規(guī)律，白天高，晚上低.由于條件限制，水溫為取水后暴露于空氣中測定，非原位現(xiàn)場測定，一定程度上受氣溫變化影響，但氣溫最高一般出現(xiàn)在14:00左右，最低一般在日出前，試驗測得的地下水水溫變化滯后于氣溫變化，這說明非原位現(xiàn)場測定過程水溫受氣溫影響不大，數(shù)據(jù)反映的是地下水溫度變化.

2.3 電導(dǎo)率變化成因

水的電導(dǎo)率主要決定于兩個因素:水溫和導(dǎo)電物質(zhì)濃度.其中，導(dǎo)電物質(zhì)濃度又由導(dǎo)電粒子的數(shù)量、粒子所帶電荷數(shù)和帶電微粒體積三者共同決定.試驗相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，溫度與電導(dǎo)率不相關(guān)，影響電導(dǎo)率的因素只有導(dǎo)電物質(zhì)濃度.總體上，電導(dǎo)率隨抽水時間增加而減小(圖4).這可能與SH-10抽水井周邊低電導(dǎo)率水補(bǔ)給有關(guān)［2-4，6］.

圖3 抽水試驗水溫-時間圖Fig.3 Temperature and time chart of pumping test

圖4 抽水試驗電導(dǎo)率-時間圖Fig.4 Conductivity and time chart of pumping test

抽水試驗前，測定SH-10及鄰近的SH-6、SH-3和YQ16井的電導(dǎo)率，抽水井SH-10電導(dǎo)率為1195 μS·cm－1，距離 SH-10 井 19.32 m 的 SH-6 電導(dǎo)率為 1050 μS·cm－1，低于 SH-10;距離 SH-10 井17.05 m的 SH-3 為1193 μS·cm－1，與 SH-10 相當(dāng);距離 SH-10 井19.32 m 的 YQ16 電導(dǎo)率1278 μS·cm－1，高于SH-10.抽水試驗后，場地進(jìn)行了NaCl電導(dǎo)率示蹤彌散試驗，SH-6、SH-3和YQ16電導(dǎo)率變化如圖5所示.

圖5 彌散試驗電導(dǎo)率-時間圖Fig.5 Conductivity and time charts of dispersion test

圖5可以看出，SH-6電導(dǎo)率響應(yīng)顯著，10 h內(nèi)便有明顯變化，25 h即達(dá)到峰值，而SH-3和YQ16響應(yīng)卻明顯滯后，幾天后才有明顯變化，這說明，SH-6與SH-10之間可能存在優(yōu)勢通道.抽水試驗使得地下水流場改變，抽水井SH-10處產(chǎn)生了一個漏斗，其周邊地下水補(bǔ)給SH-10，由彌散試驗電導(dǎo)率響應(yīng)情況可知，在約25 h的抽水試驗期間，SH-6低電導(dǎo)率的水能夠補(bǔ)給至SH-10，產(chǎn)生稀釋作用，打破SH-10原有水-土間吸附-解吸平衡，使得SH-10導(dǎo)電物質(zhì)含量減少，電導(dǎo)率降低，而其它高電導(dǎo)率水井中水卻很難在這么短時間補(bǔ)給SH-10.

2.4 溶解氧(DO)變化成因

DO主要與地下水曝氣、光合和生化耗氧作用有關(guān)［7-9］，試驗地下水埋深達(dá)15 m以上，光合作用可忽略，DO主要受曝氣和生化耗氧作用影響.

生化耗氧作用對溶解氧的影響，由DO變化圖與溫度變化圖(圖6和圖3)對比可看出，溶解氧與溫度并非嚴(yán)格負(fù)相關(guān)，這說明生化耗氧作用存在(具體分析見下文pH變化成因分析).

2.5 酸堿度(pH)變化成因

pH與酸堿物質(zhì)含量關(guān)系:相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，pH與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.490.上文電導(dǎo)率分析結(jié)果顯示，抽水產(chǎn)生了稀釋作用，導(dǎo)電物質(zhì)濃度降低，[H+]可能亦隨之降低，pH升高.pH與水溫關(guān)系:相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，二者極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)－0.569.水溫通過影響離子電離常數(shù)發(fā)生作用，關(guān)系式為:pH=－lg[ H+];Kw=[H+]×[OH－].水溫升高，Kw增大，[H+]和[OH－]均增加，pH降低，反之亦然［7］.另外，生化耗氧作用產(chǎn)生的酸性物質(zhì)CO2對pH影響也是不容忽視的，試驗場地地下水處于一個相對密閉的環(huán)境，若生化耗氧作用加強(qiáng)，則酸性氣體二氧化碳量增加，二氧化碳分壓增大，H+濃度增加，pH降低，反之亦然.

由pH變化圖(圖6)可看出，pH總體為增加趨勢，但波動較多，其增加趨勢可能是溫度和抽水主導(dǎo)的.溫度呈周期性變化，但總體為降低趨勢;抽水使溶液中 [H+]降低，二者均使pH增加.

上文分析可看出溫度和生化耗氧作用均影響DO和pH，相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，DO和pH相關(guān)系數(shù)0.615，溫度和生化耗氧作用均可能是造成DO和pH極顯著正相關(guān)的原因.通過多重線性回歸分析得到關(guān)系式XDO=－91.202+13.963XpH+0.027XORP，XpH=9.846+0.025XDO－0.003XCON，DO 和 pH 存在直接線性關(guān)系，而溫度與DO和pH無直接線性關(guān)系，因此推斷，生化耗氧作用是使DO和pH產(chǎn)生直接線性相關(guān)的原因［8，9］，其機(jī)理為:試驗處于相對密閉的地下水環(huán)境，氧氣的補(bǔ)給作用相對緩慢，若生化耗氧作用加強(qiáng)，消耗的氧氣量增加，氧補(bǔ)充不足，DO值即刻減少，而耗氧產(chǎn)生的酸性物質(zhì)CO2增多，pH降低，DO和pH二者呈極顯著正相關(guān).

依據(jù)pH和DO二者變化的關(guān)系，結(jié)合水溫、電導(dǎo)率變化成因，可將水質(zhì)變化劃分為4個階段(圖6).第一階段，抽水開始至下午約13∶00，DO與pH二者變化趨勢基本相同.此階段，水溫持續(xù)降低，而溶解氧和pH卻并未明顯增加，相反，二者大多是處于一天當(dāng)中的較低水平，說明該階段二者均主要由生化耗氧作用控制，11∶40時DO和pH出現(xiàn)了一個異常的極大值，對照電導(dǎo)率變化圖4可知，該點電導(dǎo)率是一個極大值點，可能是初始階段抽水流場改變產(chǎn)生的影響.第二階段，約13∶00至17∶00，二者變化趨勢基本相反，總體趨勢為DO降低，pH升高.該階段溫度繼續(xù)降低，DO未升高，反而降低，這說明生化耗氧作用較強(qiáng)，且占據(jù)了主導(dǎo)優(yōu)勢;pH升高，則是溫度持續(xù)降低和抽水作用([H+]減少)的主導(dǎo)作用結(jié)果.第三階段17∶00左右至23∶40，二者變化趨勢基本相同，都是先增大后減小，但是pH變化先于DO.該階段溫度基本持平，pH和DO均不受溫度影響，該階段電導(dǎo)率也基本持平，pH不受離子濃度減少影響，二者均只受生化耗氧作用影響，pH變化先于DO，是由于耗氧立即生成CO2使pH降低，而DO由于存在一定的微弱補(bǔ)給，變化微有滯后.第四階段，23∶40以后，二者變化趨勢基本相同，但二者均未與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，pH也未與電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說明該階段二者主要受生化耗氧作用控制.值得注意的是，整個抽水過程中，DO主要體現(xiàn)的是生化耗氧作用的結(jié)果，DO值越小，生化耗氧作用越強(qiáng)，這里，DO反映的是污染物降解作用的強(qiáng)弱，與一般情況下DO為水體氧化能力指標(biāo)的含義不同.

圖6 抽水試驗pH-時間、DO-時間圖Fig.6 pH-time and DO-time charts of pumping test

2.6 氧化還原電位(ORP)變化成因

氧化還原電位ORP［7］:水中存在著多種變價的離子和溶解氧，存在一個氧化還原平衡狀態(tài)，當(dāng)大量其它的離子、有機(jī)物質(zhì)等進(jìn)入水中，就可能將原有平衡打破，產(chǎn)生一個趨于新平衡的趨勢，氧化還原電位便是這一趨勢的數(shù)值反映，是一個即時狀態(tài).

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，ORP與電導(dǎo)率和DO均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.452和0.411.其機(jī)理為:電導(dǎo)率降低即參加反應(yīng)物質(zhì)濃度降低，反應(yīng)趨勢減弱，ORP降低，反之，ORP升高;DO降低，氧化能力下降，ORP減少，反之，ORP升高.值得注意的是，試驗中測得的溶解氧是平衡狀態(tài)的數(shù)值，是水溫變化和生化耗氧作用的共同結(jié)果，而ORP是即時狀態(tài)數(shù)值，是一種趨勢，即時溶解氧才是真正影響ORP的原因，即時溶解氧只受氧氣溶解度影響，試驗中僅受水溫影響，非生化耗氧作用后測得的表示平衡狀態(tài)的溶解氧值.因此，ORP受抽水作用和水溫引起的即時溶解氧變化影響.

由圖7可看出，ORP變化分3個階段，初始階段降低，中間階段基本持平，最后階段大幅降低.

圖7 抽水試驗氧化還原電位-時間圖Fig.7 ORP and time chart of pumping test

初始階段，溫度降低(圖3)，氧氣在水中溶解度增大，地下水氧氣分壓基本不變，即時溶解氧增加，ORP升高;同時，抽水使水中離子、有機(jī)物等物質(zhì)濃度降低，參加氧化還原反應(yīng)物質(zhì)整體濃度降低，氧化還原趨勢減弱，ORP降低，二者相互抵消，由ORP變化圖(圖7)可看出ORP降低，這說明控制該階段的主要因素是抽水作用，數(shù)值上表現(xiàn)為電導(dǎo)率(指示溶質(zhì)含量)和ORP的正相關(guān)關(guān)系.中間階段，該階段水溫總體降低，ORP升高，同時，抽水作用使得反應(yīng)物濃度總體減少，ORP降低，二者相互抵消，且作用強(qiáng)度相當(dāng)，反映在ORP變化圖(圖7)中為ORP基本持平.具體觀察溫度和電導(dǎo)率變化，發(fā)現(xiàn)溫度變化過程為先降再持平后升 (圖3)，電導(dǎo)率指標(biāo)變化過程為先短暫升再陡降后緩降(圖4)，ORP變化圖反映為ORP短暫略升再略降后略升.短暫升是抽水作用電導(dǎo)率升高和溫度降低的協(xié)同結(jié)果，略降低主要是抽水作用電導(dǎo)率降低的結(jié)果，后略升主要是抽水作用電導(dǎo)率減少變緩慢的結(jié)果.最后階段的機(jī)理同第一階段，但ORP大幅下降，這是由于此階段溫度開始降低，但仍處于較高水平且變化不大，而抽水引起的低電導(dǎo)率稀釋作用在24 h后要明顯強(qiáng)于第一階段，因此ORP大幅降低.

2.7 主成分變化成因

由以上分析可知，水質(zhì)指標(biāo)變化實際主要是抽水、水溫變化和生化耗氧作用的結(jié)果.因此，主成分分析反映的是這3種作用的變化本質(zhì).

2.7.1 水質(zhì)指標(biāo)主成分的提取［5，10-12］

由表3主成分分析數(shù)據(jù)可以看出，前兩個主成分特征根值均大于1，第三個主成分小于1很多，且貢獻(xiàn)率比第二主成分小很多，因此，選取前兩個主成分，第一個主成分的貢獻(xiàn)率為46.019%，第二個主成分的貢獻(xiàn)率為31.351%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到77.370%.

表3 總方差解釋Table 3 Total variance explained

因此，將主成分表示為各個指標(biāo)的線性組合，得到兩個主成分的表達(dá)式如下:

式中，stdXi(i=CON、t、pH、ORP、DO)為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)變量，由表1中統(tǒng)計均值和標(biāo)準(zhǔn)差得到:

2.7.2 主成分1的現(xiàn)實意義描述

主成分1系數(shù)矩陣中pH、DO、水溫和電導(dǎo)率系數(shù)相當(dāng)，結(jié)合上文對pH、DO分析知，pH和DO包含了生化耗氧和水溫變化的信息，另外，pH還包含了抽水作用影響電導(dǎo)率CON的信息，水溫t、電導(dǎo)率CON的系數(shù)為負(fù)，pH和DO為正，pH和DO的貢獻(xiàn)大于水溫t和電導(dǎo)率CON的貢獻(xiàn)，因此，主成分1的數(shù)值中水溫和電導(dǎo)率的變化已基本被扣除，主成分1本質(zhì)上反映的主要是生化耗氧作用的信息，其數(shù)值越大，地下水此時的自凈速率越慢，數(shù)值越小，地下水此時的自凈速率越快，其可以作為地下水自凈速率描述指標(biāo).

由圖8主成分1變化圖可以看出，地下水自凈速率在1 d內(nèi)變化規(guī)律如下:白天階段自凈速率快，約9∶00至18∶20得分為負(fù)值.白天階段自凈速率最大、最小值都出現(xiàn)在中午前后，最快速率發(fā)生在試驗第一天的11∶10，得分為－1.69;晚上階段自凈速率慢，約18∶20至次日早上9∶00，得分為正值.晚上階段自凈速率最大值出現(xiàn)在凌晨左右，最慢速率出現(xiàn)在試驗第二天凌晨5∶45，得分2.65.

2.7.3 主成分2的現(xiàn)實意義描述

主成分2系數(shù)矩陣中ORP和電導(dǎo)率的系數(shù)相當(dāng)，結(jié)合上文分析知，ORP變化是由抽水作用電導(dǎo)率變化和水溫變化引起的，因此，主成分2實際上反映的是抽水作用和溫度變化之間的作用.抽水作用，使地下水中污染物濃度減少，電導(dǎo)率降低，ORP降低，即主成分2得分降低，對地下水的凈化有利，該作用下主成分2與地下水凈化能力負(fù)相關(guān).水溫變化［13］首先引起氧氣溶解度變化，從而導(dǎo)致溶解到水中的氧含量變化，增加了地下水的氧化還原能力.水溫越低，ORP越高，即主成分2得分增高，對地下水的凈化越有利，該作用下主成分2的數(shù)值與地下水凈化能力正相關(guān).因此，主成分2可作為地下水凈化能力的描述指標(biāo)，但需分清實際變化，結(jié)合溫度和電導(dǎo)率變化進(jìn)行凈化能力解釋.

從圖8主成分2變化圖可以看出，主成分2的變化大體分為3個大階段.第一階段，抽水初始階段，主成分2減少，這主要是抽水作用使污染物減少的結(jié)果.數(shù)值上電導(dǎo)率、氧化還原電位降低，主成分2降低，凈化能力相對增加;第二階段，主成分2基本上保持持平，這是抽水作用和溫度變化共同作用結(jié)果.此階段由于抽水，污染物不斷減少，電導(dǎo)率降低，ORP降低，凈化能力相對增加.同時該階段水溫基本處于較低水平，氧氣溶解度相對增大，水中的即時氧氣量增多，ORP增大，進(jìn)一步對凈化有利.但ORP數(shù)值和主成分2的數(shù)值基本不變;第三階段，主成分2大幅減少，作用原理同第一階段，為一個新的變化周期大幅減少主要是24 h后抽水作用使低電導(dǎo)率水稀釋作用加強(qiáng)的結(jié)果.

圖8 抽水試驗主成分-時間圖Fig.8 Main factors and time chart of pumping test

3 結(jié)論

(1)水溫先降低后升高，總體呈現(xiàn)24 h晝夜周期變化.電導(dǎo)率受抽水作用影響，導(dǎo)電粒子減少，電導(dǎo)率降低.pH受到水溫、抽水作用和生化耗氧作用三因素影響，變化較復(fù)雜.水溫與pH負(fù)相關(guān);抽水作用使得pH增大，生化耗氧作用使得pH減少.溶解氧DO受水溫和生化耗氧作用二因素影響，變化較復(fù)雜.水溫與DO負(fù)相關(guān);生化耗氧作用使得DO減少.氧化還原電位ORP受水溫和抽水作用二因素影響.水溫與ORP負(fù)相關(guān)，抽水作用使得ORP減少;ORP總體是降低趨勢，在一個周期內(nèi)先降低，后持平.降低階段主要是抽水作用造成水中離子和污染物濃度降低的結(jié)果，持平階段主要是抽水作用和溫度降低使地下水即時氧氣量升高的共同結(jié)果.

(2)主成分分析發(fā)現(xiàn)，各指標(biāo)可用兩個主成分表示，累積概率達(dá)77.370%.主成分1可作為地下水自凈速率描述指標(biāo).其日變化規(guī)律為:白天高于晚上，正午前后最強(qiáng)，天亮前后最差.主成分2可作為地下水凈化能力描述指標(biāo).抽水作用，使污染物不斷減少，地下水的水質(zhì)變好，地下水凈化能力相對增強(qiáng).水溫降低，氧氣溶解度增大，水中即時氧氣量增多，地下水的凈化能力增強(qiáng)，反之，凈化能力降低.

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ANALYSIS OF GROUNDWATER QUALITY CHANGING IN PETROLEUM-CONTAMINATED SITE DURING PUMPING

ZHANG Min1CAI Wutian1WANG Dan2WANG Kaili2LI Nan2LI Jinying1
(1.Center for Hydrogeology and Environmental Geology，China Geological Survey，Baoding，071051，China;2.Department of Environmental Science，Qingdao University，Qingdao，266071，China)

Five conventional indices of groundwater quality were monitored continuously in a petroleum-contaminated site during a pumping test.Based on the pumping and dispersion test，the causes of changes in water quality in the site were revealed through correlation and principal component analyses，and a method of describing the purification of petroleum-contaminated groundwater was discussed.The research shows that the changes in groundwater quality are the combined results of day-and-night water temperature change，pumping effect and bio-chemical oxygen effect.The water temperature change results from Day-and-Night change;The reduction of conductivity arises from decreased conductive particles caused by pumping effect;DO change is mainly affected by bio-chemical oxygen effect and oxygen solubility variation due to temperature change;pH varies with water ionic product constant change caused by water temperature，acid-base substance decrease by pumping effect and CO2production by bio-chemical oxygen effect;ORP is affected by low concentration of reactant caused by pumping effect，and instant DO change by temperature change.The relationship between DO and pH is greatly influenced by the bio-chemical reaction.The five indices(temperature，conductivity，DO，pH and ORP)can be considered as two principal components of self-purification rate and purification capability to describe the purification of groundwater.

petroleum-contaminated，preferential flow，conductivity，pH，ORP，DO，purification，instant DO.

2010年1月9日收稿.

*國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(200911004-5);國土資源大調(diào)查項目(1212010913014);地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價工作項目資助.

＊＊通訊聯(lián)系人，電話:0312-3107094;E-mail:caiwutian@yahoo.com