宋 洋, 遲寶明, 谷洪彪, 秦文婧, 杜利偉

(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱 150080; 2.防災(zāi)科技學(xué)院, 河北 三河 065201)

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基于水化學(xué)及D、18O的柳江盆地東宮河流域地下水循環(huán)特征解析

宋 洋1,2, 遲寶明1,2, 谷洪彪2, 秦文婧2, 杜利偉2

(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱 150080; 2.防災(zāi)科技學(xué)院, 河北 三河 065201)

運(yùn)用水化學(xué)成分和環(huán)境同位素作為水循環(huán)研究的示蹤劑，揭示柳江盆地東宮河流域地下水循環(huán)特征。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，設(shè)計(jì)和布置水樣的采樣點(diǎn)，采集和測(cè)試大氣降水、地表水及地下水樣品，對(duì)比不同時(shí)期水樣的水化學(xué)特征，結(jié)合氫氧同位素組成，最終確定不同類型地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件。研究表明：最具供水意義的地下水主要來(lái)自東宮河流域厚層的府君山組灰?guī)r裂隙含水層，巖溶水自北向南流，與柳江盆地區(qū)域巖溶水流動(dòng)方向一致。接受北部山區(qū)大氣降水入滲補(bǔ)給，豐水期經(jīng)由第四系弱透水層在東部落村以泉水形式排泄，在盆地北緣至東部落以西河段以地下徑流的形式向東宮河排泄?；鶐r裂隙水次之，其分布具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)各向異性的特點(diǎn)，與盆地西北部山區(qū)的饅毛組泥頁(yè)巖相比，盆地東北部花崗巖山區(qū)的裂隙水，水質(zhì)好，補(bǔ)給水頭最高，補(bǔ)給源穩(wěn)定、補(bǔ)給路徑較短，在李莊及其附近存在自流區(qū)。研究成果為當(dāng)?shù)氐乃Y源開發(fā)與利用提供了科學(xué)依據(jù)。

地下水循環(huán); 東宮河流域; 水化學(xué)成分; 氫氧同位素

地下水是賦存于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造單元中具有動(dòng)態(tài)特征的水體，地下水循環(huán)是水文循環(huán)的重要組成部分[1]，查明地下水循環(huán)的補(bǔ)給、徑流、排泄條件及水質(zhì)演化規(guī)律是地下水合理開發(fā)利用的前提。秦皇島市地處我國(guó)嚴(yán)重缺水的華北地區(qū)，人均水資源擁有量?jī)H為全國(guó)平均水平的1/4[2]，于1987年6月投產(chǎn)運(yùn)行的秦皇島市第二供水水源地——柳江水源地的運(yùn)行[3]，為緩解日益突出的水資源供需矛盾提供了有力保障。柳江水源地位于柳江盆地核心區(qū)，距秦皇島市以北約15 km的燕山腳下，盆地內(nèi)薈萃了從新太古至新生代數(shù)億年中國(guó)華北地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、沉積環(huán)境變化及生物進(jìn)化等地質(zhì)現(xiàn)象的精華，被公認(rèn)為“天然地質(zhì)博物館”。良好的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境也為地下水的賦存提供了條件，尤其是寒武—奧陶系碳酸鹽巖含水層，水量充沛、水質(zhì)優(yōu)良，各種水文地質(zhì)現(xiàn)象齊全。然而，在近30 a強(qiáng)烈的人為干預(yù)下，20世紀(jì)80年代末期柳江盆地就因地下水的超采出現(xiàn)了農(nóng)用井干涸、地面塌陷及地裂縫的現(xiàn)象[4]。截止到2000年，盆地內(nèi)水泥廠遍布，大氣污染嚴(yán)重，同時(shí)地下水水質(zhì)趨于惡化。柳江盆地從地質(zhì)到水文地質(zhì)條件均發(fā)生了巨大變化，地下水系統(tǒng)的循環(huán)條件及循環(huán)途徑今非昔比。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于柳江盆地地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的描述及研究成果絕大部分來(lái)源于20世紀(jì)80年代長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院編撰的實(shí)習(xí)指導(dǎo)書[5]及水源地建立初期的水文地質(zhì)勘察資料，到目前為止未見有利用同位素等先進(jìn)的方法論證該地區(qū)地下水循環(huán)規(guī)律的相關(guān)報(bào)道。為滿足水文地質(zhì)專業(yè)教學(xué)的迫切需要，有必要對(duì)盆地內(nèi)地下水與地表水補(bǔ)排關(guān)系、地下水運(yùn)移規(guī)律等方面進(jìn)行重新論證，同時(shí)希望本次研究成果能為當(dāng)?shù)氐乃Y源開發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

地下水中的水化學(xué)成分和環(huán)境同位素組分蘊(yùn)含著地下水的補(bǔ)給來(lái)源、運(yùn)移途徑等重要信息，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外用于研究水循環(huán)中不同水體補(bǔ)給來(lái)源[6-8]、確定地表水和地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系的較為有效且先進(jìn)的技術(shù)手段[9-14]。本文選取柳江盆地的二級(jí)水文地質(zhì)單元東宮河流域地下水系統(tǒng)作為研究對(duì)象，運(yùn)用水化學(xué)成分和氫氧穩(wěn)定同位素作為地下水循環(huán)研究的示蹤劑，揭示柳江盆地東宮河流域地下水水化學(xué)特征及地下水與地表水的補(bǔ)排關(guān)系，為進(jìn)一步探討柳江盆地的區(qū)域地下水循環(huán)特征提供技術(shù)支持與參考。

1 研究區(qū)概況

東宮河流域位于秦皇島市撫寧縣石門寨鎮(zhèn)東北部，四面環(huán)山，為柳江向斜東翼東部低山丘陵區(qū)一南北向延伸的小型山間盆地，南北長(zhǎng)約9 km，東西寬約6 km，面積約54 km2。海拔100～500 m，最高峰位于盆地東北部,海拔約480 m,最低點(diǎn)位于盆地南部東宮河出口處,海拔約105 m。盆地東北部及西、南面整體地形坡度較大,海拔多在280 m以上,地形切割深度大于200 m,北、東部坡度較緩,地形切割深度約150 m。盆地內(nèi)部地勢(shì)較為平坦,沿河流干流流向主要分布有蛤蟆泉、李莊、程莊、溫莊、黃土營(yíng)以及東部落村等自然村落。

研究區(qū)地處于中緯度地帶,東經(jīng)109°37′13.3″—109°41′,北緯40°07′11.1″—40°11′11.9″,屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸型季風(fēng)氣候區(qū)。四季分明,年氣溫差較大,夏季平均氣溫高于20℃,冬季平均氣溫低于5℃,年平均氣溫25.7℃,無(wú)霜期年均174 d。年降水量多寡變化顯著,一般為400～1 000 mm,年平均降雨量為695.5 mm,70%的降水集中于7—8月份。年均蒸發(fā)量為1 646.8 mm,最大蒸發(fā)量出現(xiàn)在5月份。

東宮河為研究區(qū)內(nèi)唯一的地表水系,主要由三條支流匯合而成，分別發(fā)源于王家峪、蛤蟆泉、娃娃峪的低山丘陵區(qū)，在黃土營(yíng)處匯流，沿東部落村西側(cè)向南流，于下花野村東南部匯入大石河，并隨之最終匯入石河水庫(kù)。屬季節(jié)性山區(qū)河流，干流大體流向?yàn)樽员毕蚰狭鳌Ｊ艽髿饨涤暧绊?，夏季流量較大，暴雨后洪水立刻上漲，且暴漲暴落，分別于2012年7月14日、2013年7月13日黃土營(yíng)橋下實(shí)測(cè)東宮河的流量分別為0.748，0.870 m3/s。冬季則因降水減少?gòu)搅髁孔冃。瑬|部落村西至黃土營(yíng)以北河段形成干谷，冬夏兩季徑流量差異較大。

盆地位于柳江向斜東翼，巖層整體走向近南北，傾向西，傾角約16°，在東北角略微翹起，自東向西由老到新地層展布情況及巖性描述如下：

新元古界青白口系下馬嶺組(qx)砂頁(yè)巖和景兒峪組(qj)砂巖、泥灰?guī)r，裂隙不發(fā)育，透水性差，厚度合計(jì)約110 m，在盆地東部及東北部山區(qū)廣泛分布。古生界寒武系下統(tǒng)府君山組(∈1f)豹皮狀含瀝青質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，位于東部落村的標(biāo)準(zhǔn)剖面厚度為146 m，與下伏地層呈平行不整合接觸關(guān)系，在東部丘陵區(qū)與盆地交界地帶廣泛分布，垂向節(jié)理裂隙發(fā)育，地表可見各種溶蝕現(xiàn)象，縱張裂隙特別發(fā)育，呈高角度近乎直立，張開程度好，且填充物少而粗或者未充填[15]。在東部落村村南發(fā)育一規(guī)模較大的落水洞，洞口近圓形，直徑約3 m，深度較大，據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从吃撀渌磧?nèi)水量較為充足，抽水時(shí)水中伴有砂礫石等河流相物質(zhì)。古生界寒武系下統(tǒng)饅頭組(∈1m)泥頁(yè)巖和毛莊組(∈1mo)頁(yè)巖，與下伏的府君山組呈平行不整合接觸關(guān)系，由于西側(cè)山前的正斷層(70°∠65°)的存在，使得盆地中部第四紀(jì)松散堆積物以下至西側(cè)半山腰處均有分布，總厚度為183 m，巖層富水性和透水性均較差。上覆的寒武系中統(tǒng)徐莊組(∈2x)粉砂巖和張夏組(∈2z)頁(yè)巖，裂隙不發(fā)育，透水性和富水性也較差。盆地最上部覆蓋有厚度不等的第四系(Q)松散堆積物，西部東宮河河谷區(qū)厚度最大，為5～10 m厚的沖、洪積物，向東逐漸減小，至東部落村厚度減至3～5 m，成分以沉積、殘積物為主。除此之外，在盆地周邊出露有大規(guī)模的多期侵入巖體，盆地南部為中生界的閃長(zhǎng)玢巖、東北角為中元古界肉紅色混合巖化鉀長(zhǎng)花崗巖、西北部邊緣地帶為花崗斑巖。

綜上所述，研究區(qū)為一較為完整的水文地質(zhì)單元。區(qū)內(nèi)含水層劃分為：第四系孔隙潛水含水層、府君山組灰?guī)r巖溶裂隙水含水層以及中元古界花崗巖基巖裂隙水含水層。巖溶裂隙水含水層富水性最好，其隔水頂為饅毛組的泥頁(yè)巖，隔水底板為下馬嶺組和景兒峪組砂頁(yè)巖、泥灰?guī)r，盆地南部侵入巖體以及為側(cè)向阻水邊界。根據(jù)巖溶發(fā)育的規(guī)律，盆地東部及東北部山區(qū)灰?guī)r直接出露地表，水循環(huán)速度快，巖溶發(fā)育，成為巖溶裂隙含水層的側(cè)向補(bǔ)給邊界，相較之下，盆地西側(cè)灰?guī)r深埋區(qū)，地下水補(bǔ)給路徑較長(zhǎng)，水循環(huán)速率緩慢，不滿足巖溶條件，故判定其為側(cè)向隔水邊界。盆地西側(cè)山前的正斷層，兩盤主要巖性為塑性的泥頁(yè)巖，說(shuō)明其透水性、導(dǎo)水性均較差，雖無(wú)鉆孔資料，無(wú)法判斷其是否完全切穿饅毛組地層，但這并不影響最終結(jié)果判定，即盆地西部邊界從地表至下馬嶺組和景兒峪組砂頁(yè)巖、泥灰?guī)r，透水性、導(dǎo)水性均較差，共同構(gòu)成一側(cè)向隔水邊界。第四系孔隙潛水含水層，厚度不均，主要沿盆地東宮河河谷區(qū)展布，透水性、導(dǎo)水性由西向東逐漸變差。此外，在盆地東北部出露的花崗巖，裂隙較為發(fā)育，且補(bǔ)給水頭較高，在李莊周邊形成自溢區(qū)。

2 研究方法

2.1 樣品采集

采集水樣包括大氣降水、地表水、第四系孔隙水、泉水、基巖裂隙水及巖溶裂隙水。大氣降水采集時(shí)間段為2013-03-12—2013-09-23，用于測(cè)試δ18O，δD值，建立當(dāng)?shù)亟邓€方程[16-17]。為滿足流域內(nèi)部地下水的循環(huán)規(guī)律研究的需求，避免隨機(jī)性，其他水樣的采集分別于豐水期(2012年7月和2013年7月)、枯水期2013-10月進(jìn)行，采集水樣信息詳見表1。地下水樣品直接從井采集，采樣前先抽1～3 mim的水，δ18O、δD測(cè)試樣品選用100 ml采樣瓶，常規(guī)水化學(xué)組分測(cè)試樣品選用500 ml采樣瓶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)密封，并現(xiàn)場(chǎng)速測(cè)pH，Eh，電導(dǎo)率，DO，TDS。

表1 水樣采集基本信息

2.2 樣品測(cè)試

水樣常規(guī)水化學(xué)組分和δ18O，δD由中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所測(cè)定。其中Ca2+，K+，Mg2+，Na+測(cè)定儀器為美國(guó)珀金埃爾默儀器有限公司電感耦合等離子體光譜儀(ICP-OES 5300 DV，PerkinElmer)，測(cè)定方法為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析法[18]，Cl-，SO42-，NO3-由美國(guó)賽默飛離子色譜儀(Ion chromotography system，ICS-2100，Thermo)利用離子色譜法[19]測(cè)定，HCO3-采用電位滴定法[20]測(cè)定，測(cè)定儀器為德國(guó)Buerkle自動(dòng)滴定器(Automatic Titrating Burette，The Company Buerkle )。δ18O，δD則采用高分辨率的直接吸收激光光譜法[21]進(jìn)行測(cè)量，利用液態(tài)水同位素分析儀(DLT-100)測(cè)定，測(cè)試精度分別為±0.1‰和±1‰。

3 結(jié)果與分析

3.1 水化學(xué)特征

2) 地下水化學(xué)特征。賦存于第四紀(jì)沖積物中的地下水化學(xué)特征在區(qū)域上呈現(xiàn)明顯差別。測(cè)試結(jié)果顯示，從北部山區(qū)至平原區(qū)水化學(xué)類型由HCO3-Ca·Na型過(guò)渡到HCO3·Cl-Ca·Mg，至東部落轉(zhuǎn)化為HCO3-Ca·Mg型。各采樣點(diǎn)礦化度均較高，最大值位于黃土營(yíng)(w16)，2013年7月測(cè)定值達(dá)1 251.69 mg/L。三個(gè)采樣時(shí)段均值分別為959 mg/L，983.31 mg/L，819.56 mg/L，除黃土營(yíng)(w16)的pH為酸性外，其余點(diǎn)pH值7.23～7.54。年內(nèi)及年際水化學(xué)特征變化不大，間接反映含水層補(bǔ)給源的水質(zhì)和水量變化較小。

區(qū)內(nèi)巖溶裂隙水賦存于府君山組灰?guī)r溶隙之中，蛤蟆泉一帶、溫莊和黃土營(yíng)的巖溶裂隙水水化學(xué)類型均以HCO3·SO4-Ca型為主，至程莊為HCO3-Ca型，間有HCO3·SO4-Ca·Na型水，東部落則為HCO3-Ca·Mg型水。該層水礦化度在266.63～747.77 mg/L之間，均值分別為509.00，548.26，375.23 mg/L。pH在7.1～7.6之間，呈弱堿性。對(duì)比同一時(shí)段自北向南的水樣數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，蛤蟆泉(w3)-程莊(w9)-溫莊(w11)一線HCO3-、Ca2+濃度以及礦化度均呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，至黃土營(yíng)(w13)處出現(xiàn)拐點(diǎn)，向南至東部落村(w23)又緩慢上升，初步判定地下水流向?yàn)樽员毕蚰希妶D1A，B，C。

A，B，C為2012年7月、2013年7月和2013年10月地下水Durov 圖；a，b，c為A，B，C對(duì)應(yīng)時(shí)段東宮河流域各水體δD—δ18O關(guān)系

圖1 不同時(shí)段地下水水化學(xué)特征及氫氧同位素組成綜合分析

位于研究區(qū)北端的李莊自流井w24，水質(zhì)優(yōu)良，水位穩(wěn)定，根據(jù)打井深度及巖芯、巖性判定井水為基巖裂隙水，補(bǔ)給區(qū)來(lái)自盆地東北部陡峻的花崗巖出露區(qū)，裂隙水由東北向盆地內(nèi)部流動(dòng)，補(bǔ)給水頭較高，在李莊及其周邊地區(qū)局部基巖裂隙含水系統(tǒng)水頭高于地表，形成自溢區(qū)。水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型。陰離子以HCO3-占優(yōu)勢(shì)，陽(yáng)離子以Ca2+、Mg2+為主，其余離子濃度值均較低，礦化度均值為399 mg/L，枯水期礦化度略高于豐水期。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，李莊村僅這一戶姜姓村民家為自流井，其鄰居打同樣深度的井卻未自流，說(shuō)明該地區(qū)的基巖裂隙水具有強(qiáng)烈的不均勻性和各向異性的特點(diǎn)，其成因解釋見圖2。在盆地西北部山區(qū)的饅毛組泥頁(yè)巖中也賦存有少量裂隙水，如王家峪的w19，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Na型水，礦化度為550.53 mg/L，硝酸鹽氮及鉀、鈉離子濃度較高，水量貧乏，水質(zhì)較差。

泉水在盆地中東部的東部落村集中出露。s1，s2為HCO3·SO4-Ca·Mg型水，s3，s4為HCO3-Ca·Mg 型水，兩類型水中各離子濃度測(cè)試結(jié)果相差不大。礦化度介于344.00～428.18 mg/L之間，三個(gè)采樣期均值分別為344.00，405.56，387.98 mg/L。pH在7.18～7.74之間，呈弱堿性。以2013年10月為例，礦化度略高于東部落村采集的巖溶裂隙水(w20，w21，w23)，遠(yuǎn)小于第四系孔隙水w22，由此判定泉水主要來(lái)源于巖溶裂隙水，經(jīng)由薄層的第四系弱透水層出露地表。結(jié)合東部落標(biāo)準(zhǔn)剖面(圖3)，主要接受東北部山區(qū)大氣降水入滲補(bǔ)給的巖溶水，自北向南流，流經(jīng)東部落村附近，南側(cè)、西側(cè)受阻，頂、底板受限，水頭抬升接近地表，豐水期補(bǔ)給水量大，泉水集中出露，枯水期補(bǔ)給量少，水位降至地表以下。

圖2 李莊自流井成因分析示意圖

圖3 東部落泉成因示意圖

3.2 氫氧同位素組成

研究區(qū)降水中的D和18O組成的變化主要受季風(fēng)氣候影響，得到當(dāng)?shù)亟邓€方程為δD=8.069δ18O+9.141‰，(R2=0.598，n=35)。其中δD值介于-10.23‰～-2.78‰，平均值為-5.90‰，δ18O介于-75.10‰～-0.14‰，平均值為-38.49‰，兩者隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致。

地表水中D和18O的組成取決于地表水補(bǔ)給源中的相應(yīng)組成，并受到水面蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生的分餾作用的影響。當(dāng)?shù)睾哟◤搅鱽?lái)源主要有大氣降水、上游來(lái)水和地下水等途徑。

總的來(lái)看，研究區(qū)地表水中的D和18O組成呈以下特征：三個(gè)時(shí)期δD均值分別為-62.8‰，-57.63‰，-56.6‰，δ18O均值分別為-8.8‰，-8.0‰，-7.65‰，地表水豐水期較枯水期δD和δ18O貧化。2012年7月采樣期正值雨季，地表水測(cè)點(diǎn)基本落在大氣降水線上，直接接受大氣降水補(bǔ)給，且沒有經(jīng)歷較強(qiáng)的蒸發(fā)作用，符合當(dāng)?shù)叵募緷駸岬臍夂颉Ｒ源藶榛鶞?zhǔn)，其余兩時(shí)段測(cè)試濃度略偏離大氣降水線，采樣點(diǎn)數(shù)量?jī)H為3個(gè)，統(tǒng)計(jì)規(guī)律不明顯。同時(shí)除大氣降水補(bǔ)給外，在北部山區(qū)至程莊段，2013年7月w8實(shí)測(cè)地下水位高于東宮河水位，地下水補(bǔ)給地表水，且由北向南補(bǔ)給量逐漸減少，至東部落村西河段，根據(jù)公式(1)，(2) 估算地下水排泄到河流中的份額為f=0.092%，說(shuō)明此處地下水向東宮河排泄量已微乎其微。具體估算步驟如下：

按照18O在水體中質(zhì)量守恒的原理，其質(zhì)量守恒方程[22]為：

CsQs=CgQg+Cb(Qs-Qg)

(1)

由公式(1) 推導(dǎo)出地下水的排泄量占河水流量的百分比公式[22]為：

(2)

式中：Cs——取樣點(diǎn)河水中的δ18O值；Cg——取樣點(diǎn)地下水中的δ18O值；Cb——河流上游來(lái)水中δ18O值；Qs——取樣點(diǎn)河水流量；Qg——地下水排泄量；f——地下水的排泄量占河水流量的百分比。

以2012年7月采樣數(shù)據(jù)為例，東部落村西側(cè)河流采樣點(diǎn)r6的Cs值為-8.79‰，其上游河水樣r4的Cb值為-8.85‰，地下水取樣點(diǎn)w22的Cg為-8.20‰，代入公式(2) 即得結(jié)果。

如圖1a所示，第四系孔隙水三個(gè)時(shí)段絕大多數(shù)采樣點(diǎn)接近當(dāng)?shù)仄骄髿饨邓€，直接接受大氣降水入滲補(bǔ)給。另外，參考礦化度均值，第四系孔隙水是地下水中礦化度最高的，間接驗(yàn)證了地下水的運(yùn)移方向，即深層地下水(如巖溶水)向淺層地下水排泄的事實(shí)。采樣點(diǎn)中僅2013年7月黃土營(yíng)的w16點(diǎn)偏離較大，與同在黃土營(yíng)且井深相同的w15對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者水化學(xué)類型相同，但各離子濃度w16均高于w15，總的礦化度甚至相差約一倍，由此推斷w16的來(lái)自深層地下水補(bǔ)給量較大，地下水位埋深較淺，蒸發(fā)濃縮作用強(qiáng)烈。

巖溶裂隙水在豐水期，采集水樣對(duì)應(yīng)的δD，δ18O關(guān)系趨于一直線，并與大氣降水線呈角度相交，見圖1a，b。2012年7月的水樣δD—δ18O關(guān)系趨勢(shì)線與大氣降水線交角較小，由北向南氫氧同位素濃度逐漸增大，水化學(xué)類型由重碳酸型逐漸過(guò)渡到重碳酸—硫酸型，水化學(xué)作用以溶濾作用為主。而2013年7月的水樣與大氣降水線交角較大，蛤蟆泉—程莊—溫莊一線δD基本保持不變，而δ18O則逐漸增大。枯水期，樣品較為分散地分布于大氣降水線下方，蛤蟆泉w3—程莊w9—溫莊w11—黃土營(yíng)w13—東部落w20一線，與大氣降水線的偏移距離逐漸增大。整體上，無(wú)論豐水期還是枯水期自北向南水樣與大氣降水線偏差均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明北部山區(qū)巖溶裂隙出露區(qū)為巖溶水主要補(bǔ)給區(qū)，隨著巖溶水向南部運(yùn)移，補(bǔ)給路徑增大，大氣降水直接入滲補(bǔ)給強(qiáng)度減弱。

基巖裂隙水水樣同位素組成穩(wěn)定，集中于當(dāng)?shù)仄骄髿饨邓€下方，且距大氣降水線位移量基本相等，反映基巖裂隙水補(bǔ)給源較為穩(wěn)定且補(bǔ)給路徑較短，受外界氣候條件干擾較小，與水化學(xué)特征論證結(jié)果一致。

泉水除s4(2013年7月樣品)外，圖1a，b，c中泉水采樣點(diǎn)基本落在巖溶水所在區(qū)域范圍內(nèi)，偏離大氣降水線的距離基本相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了泉水的主要來(lái)源為補(bǔ)給穩(wěn)定的巖溶裂隙水。

4 結(jié) 論

東宮河流域厚層的府君山組灰?guī)r裂隙含水層為研究區(qū)主要含水層，巖溶水自北向南流，與柳江盆地區(qū)域巖溶水流動(dòng)方向一致。盆地北部山區(qū)灰?guī)r出露區(qū)是該含水層的主要補(bǔ)給區(qū)，接受大氣降水入滲補(bǔ)給，豐水期主要在東部落村以泉水形式排泄，同時(shí)，野外實(shí)際測(cè)量和計(jì)算結(jié)果，豐水期從盆地北緣至東部落以西河段巖溶裂隙水以地下徑流的形式向地表水排泄，判定東部落泉類型為侵蝕上升泉。

基巖裂隙水的分布具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)各向異性的特點(diǎn)。盆地東北部陡峻的花崗巖山區(qū)的裂隙水，水質(zhì)好，補(bǔ)給水頭最高，補(bǔ)給源穩(wěn)定、補(bǔ)給路徑較短，在李莊及其附近存在自流區(qū)。盆地西北部山區(qū)的饅毛組泥頁(yè)巖中裂隙水水質(zhì)水量均較差。

第四系松散堆積物厚度不均，自西向東巖性由沖、洪積物過(guò)渡為沉積、殘積物，富水性逐漸變差，直接接受大氣降水入滲補(bǔ)給，同時(shí)接受下伏深層巖溶水補(bǔ)給，水流方向與巖溶水基本一致。

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Study on Groundwater Cycle in Donggong River Basin Using Data of Hydrochemistry, D and18O

SONG Yang1,2, CHI Baoming1,2, GU Hongbiao2, QIN Wenjing2, DU Liwei2

(1.InstituteofEngineeringMechanics,CEA,Harbin150080,China; 2.InstituteofDisasterPrevention,Sanhe,Hebei065201,China)

By using environmental isotopes and hydrochemical components as tracers to survey water cycling, this paper revealed the groundwater cycling characteristics in Liujiang Donggong River Basin. Based on the field survey, designing and assigning the location of sampling points, collecting and testing atmospheric precipitation, surface water and groundwater samples, comparing different period chemical characteristics of water samples, combining hydrogen and oxygen isotopic composition, the conditions of recharge, runoff and discharge in different kinds of groundwater were determined. Results showed that groundwater originating from Fujunshan group limestone aquifer with thick layer in the Cambrian system was the most significance of water supply in Donggong River Basin; karst water flow direction was from north to south, which was in line with the regional karst water flow of Liujiang Basin. It received precipitation infiltration recharge from the northern mountains. In the wet period the discharge mainly included two forms： one was the spring discharge through Quaternary aquitard in Dongbuluo village, the other was in the form of groundwater runoff discharge to Donggong River in the northern margin of the basin to the west of Dongbuluo village. The bedrock fissure water followed, and its distribution had the strong inhomogeneous anisotropic characteristics. Compared to the Man-Mao group shale in the northwestern mountains of basin, the water quality in granite fissure from the northeastern mountains of basin was good, and had the highest recharge head, stable recharge source, and shorter recharge route. Meanwhile, artesian zone existed in Lizhuang and its vicinity. The research results can provide the scientific basis for the development and utilization of local water resources.

groundwater cycle; Donggong River basin; hydrochemistry; hydrogen and oxygen isotope

2014-04-23

2014-11-14

中國(guó)地震局教師科研基金(20130103);河北省教育廳高等學(xué)?？茖W(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(科技類青年基金)(QN20132004)

宋洋(1982—),女,吉林敦化人,講師,博士,主要從事水文地質(zhì)、防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程研究。E-mail:songy0433@126.com

遲寶明(1957—),男,遼寧瓦房店人,教授,主要從事水文地質(zhì)、防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程研究。E-mail:chibaoming@126.com

P641.3

1005-3409(2015)02-0090-06