地下水汙染與環境演化趨勢
壹、地下水汙染原因分析
我省平原地區淺層地下水的水質趨於惡化，尤其是豫北的南樂—內黃—滑縣、修武—衛輝壹帶，中東部的開封—長葛—許昌—漯河—上蔡壹線以東地區和南陽盆地西南部地區，環境質量不容樂觀。其中部分組分的分布受環境水文地球化學規律的控制如高鐵、高錳、高銻、高氟、低碘等，屬於原生態的劣質水；而更多的則與人類工程活動緊密相關，如總硬度、礦化度、“三氮”、高錳酸鹽指數（化學耗氧量）、揮發酚、六六六含量的變化等，則是人為因素汙染所致。盡管我省各地地下水汙染原因和汙染途徑不盡相同，但是歸納起來可以認為，造成我省地下水水質汙染的主要原因是：未經處理的工業“三廢”和城鎮生活汙水的大量排放；農藥化肥的不合理施用；礦產資源的大規模開發，造成礦渣的亂堆亂放和選礦廢水任意排放。
（壹）全省工業“三廢”、生活汙水排放情況
據統計，全省的工業“三廢”排放總量呈逐年遞增趨勢。其中，工業廢水排放量1965年為4.9×108m3,1985年為12.8×108m3,2004年已增加到13.3×108m3；工業廢氣中的二氧化硫排放量由1990年的49×104t增加到2004年的111×104t；固體廢物產生量由1990年的2039×104t增加到2004年的5140×104t，增加152%，見表3-3。盡管我省環境保護的力度不斷加大，工業廢水排放達標率已由1990年的43.5%提高到2004年的93.7%，但對環境尤其是地表水環境造成的壓力依然很大。
表3-3 河南省工業“三廢”排放及處理情況
隨著城市化進程的加快，城鎮人口急劇膨脹，生活汙水排放量也相應增加。2004年，全省廢水排放總量為25.06×108m3，其中生活汙水排放量為11.73×108m3，約占47%。
（二）全省農藥、化肥施用情況
由表3-4可以看出，全省農藥化肥的施用量呈逐漸增加趨勢。其中，化肥施用量（折純量）1978年為52.54×104t,1988年增加到154.57×104t,1998年為320.80×104t,2004年已增加到493.16×104t。2004年的化肥施用量較1978年增加了839%。全省農藥的施用量亦呈逐年遞增趨勢：1990年全省農藥施用量為3.31×104t,2000年為9.55×104t,10年間增加了近2倍。農藥使用量為1.5kg/ha，以有機磷類、聚酯類農藥為主。進入21世紀以後，全省化肥施用量仍在繼續增加，至2004年，全年化肥施用量已達10.12×104t。農用化肥使用量為2501kg/ha，氮、磷、鉀施用比例為：1:0.4:0.19，氮肥充足，部分地區用量偏高，鉀肥不足。農用塑料薄膜的使用量1990年為2.75×104t,2004年增加到10.16×104t，較1990年增加了269%。表3-5反映了2004年度我省各地區農藥化肥施用情況。從此表可以看出，在18個地（市）中，該年度化肥施用量最多的屬南陽市，為67×104t；化肥施用量最少的是濟源市，化肥施用量為2.1×104t。該年度農藥施用量最多的是周口市，為1.77×104t；最少的是濟源市，農藥使用量為0.04×104t。2004年全省化肥施用量4931580t（折純量），其中氮肥2213036t，磷肥1024159t，鉀肥475422t。農業面汙染源對環境的影響也不可輕視。農藥、化肥的大量使用，不僅汙染了土壤，還影響到地表水和地下水的水質。
表3-4 河南省歷年農藥化肥使用情況統計表
表3-5 2004年全省農藥化肥施用情況統計表
續表
（三）礦業開發過程中廢水、廢渣、廢石的排放概況
我省是礦業大省，礦業的大規模開發勢必會導致壹系列環境地質問題的產生，對環境造成壹定程度的影響。礦山廢水含礦坑水、選礦廢水、堆浸廢水、洗煤水；廢渣包括尾礦、廢石（土）、煤矸石、粉煤灰。據《河南省礦山地質環境調查與評估報告》，全省礦坑水年產出量4.68×108m3，年排放量3.76×108m3，廢石、廢渣年產出量0.32×108t，年排放量0.20×108t，累計積存量2.75×108t（表3-6、表3-7）。全省各礦山企業占用、改變破壞土地狀況：采礦場占地9079.67公頃、固體廢料場1703.93公頃、尾礦庫721.99公頃。
表3-6 全省礦山企業廢水廢液排放量表
表3-7 全省礦山企業廢渣排放量表
工業廢水和生活汙水及開礦排出的大量廢水不僅汙染了土壤，更嚴重地汙染了地表水體，致使境內絕大部分河流水質變差，失去使用功能，有的直接變成了排汙河。而這些被汙染了的地表水體又通過灌溉或直接滲透等途徑使地下水受到了汙染。礦山廢渣、工業固體廢棄物、農業上施用的農藥化肥則是在降水作用下，經過溶解、淋濾、離子交換等壹系列物理、化學作用使汙染物通過包氣帶進入地下水中的。
二、地下水環境演化趨勢
經過對歷史資料的分析和對比，河南省地下水環境已發生了很大變化。而這種變化，始終與人類生產、生活及各種經濟活動息息相關。下面根據不同時期的區域水文地質調查資料和多年來城市地下水質監測結果，概述我省地下水環境的演化趨勢。
概括起來，不外乎兩方面的變化，即量與質的變化，而量的變化則主要反映在水位的變化上。
（壹）開采量不斷加大，地下水位持續下降
前已述及，20世紀50年代，全省地下水年開采量僅（20～25）×108m3，到20世紀末，已增加到130×108m3，增加了6倍。開采量的迅速增加，直接導致地下水位的迅速下降。據有關資料，河南省區域淺層地下水位埋藏深度，在60年代之前普遍較淺，80%以上的區域地下水位埋深小於4m，最大埋深不足6m；從90年代起地下水水位逐年下降，1976年，水位降落漏鬥已經形成，漏鬥中心水位埋深10～15m，尚未出現埋深大於16m的區域；到90年代初地下水位埋深小於4m的區域縮小近半，最大水位埋深達到16m 左右；90年代末地下水水位埋深小於4m的區域已較小，埋深在4～8m 間的區域面積最大，豫北局部地區地下水水位埋深達20～22m。到2005年，水位仍在持續下降，區域水位降落漏鬥總面積已達近萬平方千米，水位埋深超過8m的地區已達21224km2，其中超過16m的地區就達5166km2，漏鬥中心水位埋深已達32～33m。
圖3-3和圖3-4反映了降落漏鬥區水位變化情況。其中清豐淺井位於南樂—滑縣漏鬥區，從1983至2005年的22年間，水位下降9.28m，年均下降0.42m；孟州氣象局淺井位於溫縣—孟州漏鬥區，自1989年以來水位下降了13m，年均下降0.81m。
圖3-3 清豐縣氣象局淺井多年水位動態變化曲線
圖3-4 孟州市氣象局淺井水位動態變化曲線
河南省區域淺層地下水歷年水位埋深面積變化情況見表3-8。此表表明：40年來，我省平原地區淺層地下水水位埋深發生了巨大變化，水位埋深普遍加大，其中小於2m的分布面積已由1964年的23549km2減少到2005年的8415km2，而大於4m的區域面積則顯著增加。
表3-8 河南省平原區淺層地下水水位埋深面積變化對比表 單位：km2
（二）水化學類型趨於復雜化
水化學類型反映了水的總體特征，其變化直接反映了地下水環境的演化趨勢。在自然狀態下，地下水中陰離子以重碳酸根（ ）、硫酸根離子（ ）、氯離子（Cl﹣）為主。1985年，平原地區淺層地下水水化學類型主要為三種陰離子：重碳酸根（ ）、硫酸根離子（ ）、氯離子（Cl﹣）相互組合，***出現了27種不同的水化學類型；而本次調查采用相同的分類方法，***出現76種不同的水化學類型。尤其值得註意的是，又出現了新的水化學類型——硝酸根（ ）型，陰離子中，硝酸根占了主導地位，這在以往是沒有過的。雖然此類型水分布面積不大，但這充分說明地下水中氮的汙染已相當嚴重。表3-9反映了2005年與1985年相比水化學類型演變情況。由此表可知，從全區來講，與20年前相比，簡單的HCO3型水的分布面積減少了9437km2，其他復雜的水化學類型面積相應擴大，水化學類型也更加復雜。這說明20年來我省平原地區淺層地下水質趨於惡化。
表3-9 不同時期河南省淺層地下水水化學類型分布情況對比表
（三）水的礦化度發生了變化
地下水礦化度的變化不僅取決於地質環境條件，人為因素的影響同樣不可忽視。從全區來講，淺層地下水礦化度的變化與人類工程活動緊密相關，其變化大致可分為兩個階段。
第壹階段，從20世紀60年代到80年代為水質淡化期。60年代之前地下水開采量較小，水位普遍較淺，80%以上的區域地下水位埋深小於4m，蒸發作用強，土壤鹽堿化較為嚴重，地下水的補給、徑流和排泄基本處於自然狀態。60年代初期，河南省大中小型水利工程全面鋪開興建，先後上馬了三門峽、宿鴨湖、昭平臺、白龜山、鴨河口、陸渾等大型水庫。平原地區由於在河道中節節打壩攔蓄，開辟***產主義、東風、紅旗、躍進四大引黃口大引大灌，造成地下水位迅速上升，豫北和豫東及沿黃地區出現大面積土壤鹽堿化。1964年，全省鹽堿地面積達79×104ha，水的礦化度高，局部地段達17.63g/l。自1965年開始，全省大規模開展群眾性的打井運動，治理鹽堿化，井灌事業迅速發展，地下水開采量增加，水位迅速降低，豫北地區出現了水位降落漏鬥，土壤鹽堿化程度大大降低，水質逐漸淡化，礦化度降低，鹹水分布面積縮小，淡水區域擴大。到1985年，鹹水（礦化度＞1.0mg/l）面積縮小到12784km2，其中礦化度＞2.0mg/l的分布面積1198km2。
第二階段，為礦化度基本穩定或略有升高期。20世紀80年代以來，開采量仍在逐漸增加，大部分地區淺層地下位埋深在4m以上，壹方面蒸發強度減弱，土壤淋濾作用增強，不利於土壤中鹽分積累；但另壹方面水位降低，有利於高礦化度廢汙水的滲入，造成淺層地下水汙染而使礦化度升高。表3-10就反映了這種變化。與1985年相比，濮陽東南部沿黃地帶、封丘東北部、商丘北部地帶水質淡化，礦化度降低，而內黃—南樂、獲嘉—新鄉、許昌—太康—民權、上蔡—新蔡—正陽和南陽盆地西南部地區水的礦化度則有所升高。表3-10表明，2005年與1985年相比，含量＜0.5mg/l的地區面積減少了9121km2，而含量0.5～1.0mg/1、1.0～2.0mg/l、＞2.0mg/l的面積則分別增加了7730km2、193km2、1198km2。從整個平原地區來講，水的礦化度基本穩定，部分地區有升高趨勢。
表3-10 不同時期河南省淺層地下水礦化度變化情況對比表 單位：km2
（四）高氟水區範圍縮小
地方性氟中毒是我省壹個突出的環境地質問題。20世紀80年代初，全省高氟水區（含量＞1.0mg/l）分布面積達3.17×104km2，占全省國土總面積的19%，其成因多屬於堿化型。其中平原及崗區高氟水分布面積為26654km2。全省***有氟中毒患者385.55萬。我省在飲水型氟中毒病區廣泛實施了改水降氟措施，收到良好效果。截至1997年底，已建改水工程6000多處。20年來，我省西部和南部地區水氟含量基本沒有變化，豫北和南陽盆地的大部分地區水氟含量有所降低，中東部的大部分地區水氟含量則有升高趨勢。與1985年相比，在我省平原和崗區，高氟水面積減少了3474km2（表3-11）。安陽—淇縣壹帶的太行山前地帶、洛陽以西的平原和崗區包括靈三盆地和伊洛盆地西部、黃淮海平原西南部南陽盆地唐河—泌陽段等地淺層地下水中的氟化物含量自1985年以來未發生變化，仍屬於低氟水區；新鄉—焦作—沁陽—孟州—溫縣—武陟所構成的環形地帶、洛陽—鞏義—鄭州市區壹帶、新鄭—尉氏—開封縣、杞縣—民權等地水氟含量也未發生大的變化，仍屬於中氟水區；清豐—濮陽—浚縣、臺前—範縣—濮陽縣南部沿黃地帶、修武—獲嘉、虞城等地，水氟含量保持不變，在1～2mg/l之間，仍屬於高氟水。豫北的南樂—內黃—滑縣—長垣壹帶和南陽盆地的鄧州市北部及唐河縣西北部地區水氟含量有所降低。長葛—通許—太康—睢縣—寧陵—永城南部以及蘭考、中牟、項城、沈丘等地水氟含量有所增加。
表3-11 不同時期河南省淺層地下水氟含量變化情況對比表
（五）總硬度大面積升高
與1985年相比，豫北的浚縣—濮陽、豫西的洛寧、豫東的周口—鄲城、豫南的羅山—潢川等局部地段硬度略有降低，靈三盆地、沿黃地帶孟津—蘭考段、中部的寶豐—臨潁—太康、豫南的上蔡—信陽壹帶和南陽盆地東部硬度基本保持不變，其余大部分地區硬度普遍升高。由表3-12可以看出，超標區（含量＞450mg/l）面積較1985年增加了23380km2。目前，我省平原地區淺層地下水總硬度超標範圍已達45047km2。這是因為城市大量排放工業廢水與生活汙水，以及城市郊區引用汙水灌溉，汙廢水中很多酸、堿、鹽類等物質被帶進土壤層，經過化合分解、離子交換與離子效應等化學作用，把土壤中的鈣、鎂物質溶解或置換出來。同時，工業廢渣和城市生活垃圾裏含有許多有機物與無機物，它們被隨意堆放，或用作農肥，在陽光、氧氣、二氧化碳、水分以及生物的作用下，發生分解、氧化，也把土壤中的鈣、鎂物質置換出來。這些鈣、鎂物質又隨雨水、灌溉水和汙廢水滲入地下，從而引起淺層地下水硬度的升高。
表3-12 不同時期河南省淺層地下水總硬度變化情況對比表