尹 恒，吳 勇，高東東，古廣華

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059;2.德陽市水務(wù)局，四川德陽 618000)

德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水化學(xué)特征分析

尹 恒1，吳 勇1，高東東1，古廣華2

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059;2.德陽市水務(wù)局，四川德陽 618000)

根據(jù)39個豐水期地下水的水化學(xué)分析結(jié)果，對德陽市城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)特征及空間分布進(jìn)行了研究。研究表明:(1)沿地下水滲流途徑，TDS以及Mg2+、Na+、濃度呈上升趨勢;而 Ca2+濃度卻呈下降趨勢。(2)地下水化學(xué)類型具有較明顯的分帶性，在滲流途徑的上游，水化學(xué)類型以 HCO3－Ca型水和 HCO3－Ca+Mg型水為主;在徑流途徑的下游或排泄區(qū)域，水化學(xué)類型以 HCO3+SO4－Ca+Mg型水和 HCO3+SO4－Na+Ca型水為主。(3)區(qū)內(nèi)鐵錳污染比較明顯，部分地區(qū)總鐵和錳的含量達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)，鐵錳超標(biāo)主要是受原生地質(zhì)環(huán)境的影響;總硬度超標(biāo)明顯，39件水樣中12件達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。

水化學(xué)特征;地下水化學(xué)類型;鐵錳污染;德陽市

德陽市是全國330個嚴(yán)重缺水城市之一，又是四川省唯一靠抽取地下水解決工業(yè)生產(chǎn)和人們生活用水的重工業(yè)城市。隨著城市建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，日益增長的用水需求同水資源短缺、水污染加劇、水環(huán)境惡化之間的矛盾將日益突出［1］。筆者以“德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水保護(hù)研究”項(xiàng)目為依托，根據(jù)39件地下水水化學(xué)分析結(jié)果，研究德陽市城市規(guī)劃區(qū)水化學(xué)類型特征及空間分布，為德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水保護(hù)提供重要依據(jù)。

1 自然地理?xiàng)l件

德陽市城市規(guī)劃區(qū)位于四川盆地成都平原東北邊緣，西南距省會成都58 km(圖1)。研究區(qū)范圍西起天元鎮(zhèn)歇馬店，東至中新鎮(zhèn)，北起孝感鎮(zhèn)，南至八角鎮(zhèn)，總面積213 km2。主要河流為沱江水系上游綿遠(yuǎn)河和石亭江河。屬于四川盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，降水充沛，多年平均氣溫16.1℃，多年平均降雨量896.94 mm。規(guī)劃區(qū)西部屬成都平原東北部，為綿遠(yuǎn)河、石亭江冰水－流水堆積扇前緣地帶;研究區(qū)東部為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，以窄谷深丘和寬谷中丘為主。

2 水文地質(zhì)條件

地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和白堊系砂泥巖類孔隙－裂隙水，前者分布于龍泉山西側(cè)的平原區(qū)，主要賦存于全新統(tǒng)砂礫卵石層()、上更新統(tǒng)含泥砂礫卵石層()及中更新統(tǒng)砂泥質(zhì)礫卵石層()中;后者分布于研究區(qū)東部丘陵區(qū)，賦存于白堊系古店廟組(K1g)和七曲廟組(K1q)砂泥巖淺部風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙及深部砂巖層間裂隙孔隙中。由和組成的上部含水層分布于所有河漫灘、Ⅰ級階地和Ⅱ級階地，地下水埋深多在0.5～6 m，局部大于10 m，含水層厚10～25 m，滲透系數(shù)一般為30～150 m/d，單井涌水量500～5 000 m3/d;在丘陵區(qū)，主要含水層為淺層風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙－裂隙弱含水層，風(fēng)化層一般厚30～50 m，砂巖網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙發(fā)育，接受降水和灌水的補(bǔ)給，向溝谷排泄，地下水埋深一般5～10 m，其次，在丘陵區(qū)西側(cè)受綿遠(yuǎn)河、榮華橋壓扭性逆沖斷層及其褶皺隆起地帶所阻，形成寬緩的單斜儲水構(gòu)造和多層較豐富的高水頭砂巖層間裂隙孔隙承壓含水層，含水層頂板埋深一般50～100 m［2］。

圖1 研究區(qū)位置及水系示意圖

研究區(qū)內(nèi)西側(cè)平原孔隙水主要接受北方的地下徑流、降水和農(nóng)渠水的入滲補(bǔ)給，地下水總體上呈北西－南東流向，由于河流切割、人工開采、旌湖蓄水等因素的影響，地下水流場在不同區(qū)段表現(xiàn)出不同形式，主要通過地下徑流、人工開采、河渠、蒸發(fā)和泉眼等排泄［3］;東側(cè)丘陵區(qū)，砂泥巖類孔隙－裂隙水主要受大氣降水、灌溉水及水庫、水渠水垂直入滲補(bǔ)給，地下水總體在山頂、山坡部位入滲補(bǔ)給，由坡頂向坡腳運(yùn)移，最后以泉和滲流形式向低洼溝谷排泄［4］。

3 地下水水化學(xué)特征分析

3.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

在充分收集了本區(qū)已有的地質(zhì)、水文地質(zhì)研究成果和資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合四川省環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測總站已有的19個地下水水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)，主要考慮樣品的代表性、樣品點(diǎn)的控制性、地下水流場特征等因素，新布置了20個地下水采樣點(diǎn)，具體分布位置見圖2。本次地下水化學(xué)樣品分為2類:孔隙水樣和孔隙－裂隙水樣。其中孔隙水樣38件，孔隙 －裂隙水樣(S003)1件。

本次研究所采集的地下水化學(xué)分析水樣均嚴(yán)格按照相應(yīng)野外取樣規(guī)范要求進(jìn)行采集、保存、送樣，新布置地下水樣采樣點(diǎn)于2008年8月31日進(jìn)行取樣，由四川省地勘局成都巖土水質(zhì)檢測中心進(jìn)行化驗(yàn);其余19個采樣點(diǎn)的地下水化學(xué)分析結(jié)果為四川省環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測總站2001～2009年豐水期(8月)監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值。具體地下水化學(xué)分析結(jié)果見表1。

圖2 德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水樣采集點(diǎn)位置圖

3.2 水化學(xué)類型

所有水樣，均為無色、無味、無嗅，透明。由表2的水質(zhì)分析結(jié)果可知，德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水pH在6.9～7.8之間，總體上呈弱堿性;水樣總硬度在300.3～583.1 g/L之間，均值為 431.2 g/L，總體上為硬 －極硬水;TDS在 506.1～897.9 g/L之間，均值為506.1 g/L，全部為低礦化度淡水。

舒卡列夫分類，是根據(jù)地下水中六大主要離子(K+合并于Na+)及礦化度劃分的。將毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)大于25%的陰陽離子進(jìn)行組合，分為49型水，每型以一個阿拉伯?dāng)?shù)字作為代號。按礦化度有劃分為4組:A組礦化度小于1.5g/L，B組 1.5 ～10 g/L，C 組 10 ～40 g/L，D 組大于 40 g/L［5］。研究區(qū)水化學(xué)類型劃分見表2，水化學(xué)分區(qū)見圖3(丘陵區(qū)缺少水化學(xué)分析結(jié)果，未進(jìn)行地下水類型劃分)。

地下水的水化學(xué)特征，是受區(qū)域地質(zhì)、地貌、水文氣象、含水層巖性及地下水的形成條件決定的［6、7］。39件水樣中，共有11件水樣舒卡列夫分類為 HCO3－Ca+Mg型水，主要分布于德陽市區(qū)內(nèi)及東河鄉(xiāng)周圍，總硬度在367.8～450.4 g/L之間，均值為 416.6 g/L，TDS在 545.7 ～729.2 g/L 之間，均值為 664.2 g/L，;11件為 HCO3+SO4－Ca型水，主要分布于天元鄉(xiāng)和旌陽鄉(xiāng)北部，總硬度在395.4～523.0 g/L之間，均值為 446.3 g/L，TDS在 597.9 ～808.3 g/L 之間，均值為 671.8 g/L，、;9 件為 HCO3+SO4－ Ca+Mg型水，主要分布于大漢鎮(zhèn)、市區(qū)北部和孝感鄉(xiāng)北部，總硬度在 359.5～487.9 g/L 之間，均值為 442.4 g/L，TDS在 506.1 ～735.7 g/L之間，均值為 648.8 g/L，;6件為 HCO3+SO4－Na+Ca型水，主要分布于旌陽鄉(xiāng)南部，其余為零星分布，總硬度在300.3～520.5 g/L之間，均值為 403.7 g/L，TDS在 573.7 ～835.6 g/L之間，均值為 666.0 g/L，;1 件 HCO3－Ca型水，主要分布于孝感鄉(xiāng)和楠木園;1件 HCO3－Na+Ca型水，僅在S028周邊分布。

圖3 德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水化學(xué)類型分區(qū)圖

地下水化學(xué)類型具有較明顯的分帶性，在徑流途徑的上游，陰離子主要以 HCO3－為主，陽離子主要以 Ca2+為主，水化學(xué)類型以HCO3－Ca型水和 HCO3－Ca+Mg型水為主;在徑流途徑的下游或排泄區(qū)域，陰離子以和HCO3－為主，陽離子主要為 Ca2+和 Mg2+，個別地段甚至含有 Na+，水化學(xué)類型以 HCO3+SO4－Ca+Mg型水和 HCO3+SO4－Na+Ca型水為主。

通過計(jì)算各組分的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，并繪制 Piper圖(圖4)，可以客觀的反映該地區(qū)的水化學(xué)特征。由圖4可知，德陽市規(guī)劃區(qū)地下水陽離子主要為鈣離子，陰離子主要是重碳酸根和硫酸根。根據(jù) Piper三線圖解分區(qū)，水樣主要位于1、3、5區(qū)，水樣中堿土金屬離子超過堿金屬離子，弱酸根超過強(qiáng)酸根且碳酸鹽硬度超過50%;水樣 S042位于1、4、6區(qū)，堿金屬離子超過堿金屬離子，強(qiáng)酸大于弱酸且非碳酸鹽硬度超過50%;S014和 S015位于1、4、9區(qū)，堿金屬離子超過堿金屬離子，強(qiáng)酸大于弱酸且任一對陰陽離子含量均不超過50%毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)。

3.3 TDS、總硬度和主要離子分布特征

利用 Surfer 8.0中的 Kriging插值方法，繪制德陽市城市規(guī)劃區(qū) TDS、總硬度、Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3－、和Cl－的濃度等值線圖，見圖4至圖12。部分地區(qū)缺少分析結(jié)果，在圖中為空白。

圖4 德陽市城市規(guī)劃區(qū)水樣分析Diper圖

圖7 Ca2+濃度等值線圖

圖5 TDS等值線圖

圖8 Mg2+濃度等值線圖

圖6 總硬度分區(qū)圖

圖9 Na+濃度等值線圖

表2 德陽市城市規(guī)劃區(qū)豐水期地下水水化學(xué)分析表 mg/L

根據(jù)TDS的高低可以將地下水劃分為淡水(TDS＜1 g/L)，微咸水(1 g/L＜TDS＜3 g/L)和咸水(TDS＞3 g/L);按硬度(以CaCO3計(jì))分級標(biāo)準(zhǔn)將地下水劃分為軟水(＜150 mg/L)、微硬水(150－300 mg/L)、硬水(300－450 mg/L)、極硬水(＞450 mg/L)［8］。研究區(qū)內(nèi)為淡水，由圖5的TDS等值線圖可知，TDS總體變化趨勢為由北向南逐漸增加，在楠木園，旌陽鄉(xiāng)北部和大漢鎮(zhèn)北部，TDS大于700 mg/L;區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為硬水，極硬水在楠木園—天元鄉(xiāng)、大漢鎮(zhèn)、孝感鄉(xiāng)北部和旌陽鄉(xiāng)北部等地區(qū)分布，由圖6的總硬度分區(qū)圖可知總硬度的變化趨勢是由西北向東南，先升高后降低。TDS和總硬度的高值區(qū)域重合較好，漸變規(guī)律基本一致。

圖10 HCO3－濃度等值線圖

圖11 SO42－濃度等值線圖

從 Ca2+濃度等值線圖(圖7)可獲得，Ca2+的總體趨勢是由北西向南東逐漸降低，在孝感鄉(xiāng)、天元鄉(xiāng)、旌陽鄉(xiāng)北部以及東河鄉(xiāng)北部Ca2+濃度較高;Mg2+濃度的總體變化趨勢是由南向北逐漸增大，在孝感—旌陽鄉(xiāng)一帶、大漢鎮(zhèn)和東河鄉(xiāng)北部濃度較低;Na+濃度等值線圖(圖9)體現(xiàn)出來的 Na+濃度由北西向南東逐漸增加，其中旌陽鄉(xiāng)北部－德陽城區(qū)－大漢鎮(zhèn)一帶為高值區(qū)域，Na濃度基本大于50 mg/L。

由HCO3－濃度等值線圖(圖10)觀察出，HCO3－濃度的總體變化趨勢為由北向南逐漸變大，在個別地區(qū)表現(xiàn)出不同規(guī)律，如大漢鎮(zhèn)為濃度值較低的地區(qū);濃度表現(xiàn)出的特征為由北西向南東逐漸增加，在旌陽鄉(xiāng)附近出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為低濃度區(qū)域;Cl－濃度總體特征為由北向南逐步增加，在孝感鄉(xiāng)－旌陽鄉(xiāng)北部一帶Cl－濃度較高，基本大于40 mg/L。

總硬度與 Ca2+、Mg2+、HCO3－具有較好的相關(guān)性，表現(xiàn)為在總硬度高的區(qū)域，Ca2+、Mg2+、HCO3－濃度均較高，特別是在楠木園－天元鄉(xiāng)一帶最為明顯。TDS與 Ca2+、HCO3－具有較好的相關(guān)性，TDS與 Ca2+、HCO3－呈現(xiàn)基本相似的變化規(guī)律，因此可以判斷研究區(qū) TDS的變化是由 Ca2+和 HCO－3的濃度變化造成的。

圖12 Cl－濃度等值線圖

沿滲流途徑上，即由西北向東南，Mg2+、Na+、、TDS逐漸增加，Ca2+逐漸減少。沿含水層的徑流路徑，Na+離子的濃度增高，并且伴隨著Ca2+離子濃度的降低、這些都是因?yàn)榈叵滤c粘土礦物發(fā)生離子交換的結(jié)果;Mg2+離子濃度變化是由于脫白云石化作用［9］或含鎂的碳酸鹽類沉積巖和巖漿巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物的溶解［5］。SO42－離子濃度變化是由于含石膏或其它硫酸鹽的沉積巖的溶解和硫化物的氧化［5］。TDS變化是溶濾作用與濃縮作用共同影響的結(jié)果。

3.4 地下水總硬度、總鐵和錳的分布特征

德陽市城市規(guī)劃區(qū)污染類型主要以原生污染為主，表現(xiàn)形式為總硬度、鐵和錳含量過高［10］。根據(jù)水化學(xué)分析結(jié)果中總鐵和Mn2+離子濃度，利用 Surfer 8.0中的 Kriging插值方法，繪制總鐵和 Mn2+分布圖，見圖13和圖14。

由圖6的總硬度分區(qū)圖分析可知，研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域總硬度小于或等于450 mg/L，達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類［11］地下水標(biāo)準(zhǔn)。在楠木園—天元鄉(xiāng)、孝感鄉(xiāng)北部、大漢鎮(zhèn)北部和東河鄉(xiāng)北部，總計(jì)12件水樣，總硬度大于450 mg/L，達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。

由 Mn2+分布圖(圖14)可知，研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)Mn2+濃度小于等于0.1 mg/L，達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。在研究區(qū)西側(cè)靠近石亭江和孝感鄉(xiāng)北部，Mn2+濃度大于0.1 mg/L，達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)甚至大于1 mg/L，達(dá)到Ⅴ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。

圖13 總鐵分布圖

由總鐵分布圖(圖13)可知，在楠木園－天元鄉(xiāng)和綿遠(yuǎn)河?xùn)|部的旌陽鄉(xiāng)一帶，總鐵濃度小于0.1 mg/L，達(dá)到Ⅰ類地下水標(biāo)準(zhǔn);在孝感鄉(xiāng)－大漢鎮(zhèn)，總鐵濃度總體偏高，主要為Ⅱ類和Ⅲ類地下水;在孝感鄉(xiāng)東部、南部和大漢鎮(zhèn)部分地區(qū)，總鐵濃度大于0.3 mg/L，達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。

圖14 Mn2+分布圖

據(jù)考察，研究區(qū)內(nèi)沒有鐵、錳的工業(yè)污染源［12］，該地區(qū)農(nóng)民沒有施用含錳化肥的習(xí)慣，故該區(qū)域的鐵錳污染不可能是工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源和生活污染源(如電池等)造成的。

四川地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站根據(jù)多年對該區(qū)的水文地質(zhì)條件的掌握和地下水動態(tài)監(jiān)測資料，認(rèn)為該區(qū)鐵錳超標(biāo)主要原因是受地下水原生地質(zhì)環(huán)境的影響［3］。研究區(qū)內(nèi)含水層不同程度含有鐵錳質(zhì)薄膜或結(jié)核，地下水在徑流過程中，由于淋濾和溶蝕作用而含較多的可溶性錳離子和低價鐵離子。而丁愛中等人，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)地下水的的弱酸性、還原條件、土壤有機(jī)質(zhì)含量、地層中存在較多的鐵氧化物為地下水二價鐵的溶解和土壤鐵化合物的還原創(chuàng)造了直接條件，從而為該區(qū)地下水鐵含量超標(biāo)成因提供了有利依據(jù)［13］。

4 結(jié)論

通過對德陽市城市規(guī)劃區(qū)39件豐水期地下水化學(xué)資料的分析，可以得出如下結(jié)論:

(1)研究區(qū)內(nèi)地下水為硬－極硬淡水，呈弱堿性;區(qū)內(nèi)地下水類型主要為 HCO3－Ca+Mg型水、HCO3+SO4－Ca型水、HCO3+SO4－Ca+Mg型水和HCO3+SO4－Na+Ca型水。

(2)通過Kriging插值方法，研究地下水 TDS、總硬度和主要離子的空間變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)沿地下水滲流途徑上，TDS以及 Mg2+、Na+、濃度呈上升趨勢;而 Ca2+濃度卻呈下降趨勢。

(3)地下水化學(xué)類型具有較明顯的分帶性，在徑流途徑的上游，水化學(xué)類型以 HCO3－Ca型水和 HCO3－Ca+Mg型水為主;在徑流途徑的下游或排泄區(qū)域，水化學(xué)類型以 HCO3+SO4－Ca+Mg型水和 HCO3+SO4－Na+Ca型水為主。

(4)區(qū)內(nèi)鐵錳污染比較明顯，部分地區(qū)總鐵和錳的含量達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)，鐵錳超標(biāo)主要是受原生地質(zhì)環(huán)境的影響;總硬度超標(biāo)明顯，39件水樣中12件達(dá)到Ⅳ類地下水標(biāo)準(zhǔn)。

［1］德陽市水利局，德陽市城區(qū)地下水治理規(guī)劃報告［R］，2003.

［2］吳勇，劉剛，高東東等.德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水資源保護(hù)工作研究［R］.2009.

［3］四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.德陽市監(jiān)測區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測報告(1996 －2000)［R］.2001.

［4］四川省地質(zhì)調(diào)查院.四川省德陽市旌陽區(qū)紅層丘陵地區(qū)“找水打井”工程調(diào)查與區(qū)劃報告［R］.2005.7.

［5］王大純，張人權(quán)等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.地質(zhì)出版社.1986.6.

［6］康彥仁，敬文琛.成都平原水文地質(zhì)條件及地下水資源評價［C］//四川水文地質(zhì)專集.成都:四川人民出版社，1981:156.

［7］冶雪萍等.拜泉鎮(zhèn)城區(qū)地下水化學(xué)特征分析.水利科技與經(jīng)濟(jì).2010.10(Vol.16 No.10):1173 － 1176.

［8］楊子林，李培月.涇源縣飲用地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)評價.南水北調(diào)與水利科技.2010.10(Vol.8 No.5):99 － 104.

［9］劉相超，宋獻(xiàn)方等.懷沙河流域地表地下水化學(xué)特征與地下水資源保護(hù)［J］，重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2008.4(Vol.27 No.2):305 －309.

［10］四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.德陽市區(qū)2006年地下水環(huán)境監(jiān)測年度報告［R］.2007.3.

［11］國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T18848－93，中華人民共和國地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

［12］石娟，龍炳清，陳攀江.德新 －袁家 －黃許區(qū)域地下水錳污染問題研究.安全與環(huán)境工程.2006.9(Vol.13 No.3):33 － 35.

［13］丁愛中、郝娜、程莉蓉等.四川德陽淺層地下水高含鐵成因分析.吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版).2009.9(Vol.39 No.5):868－873.

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1004－1184(2012)01－0030－06

2011－08－31

尹恒(1986－)，男，四川德陽人，在讀碩士研究生，主攻方向:水文地質(zhì) 。