田景榮，王士國，武 恒，樊勇軍

(天津市地質(zhì)工程勘測設(shè)計院有限公司，天津 300191)

0 引言

天津市屬于典型的水資源匱乏而開采地下水的特大城市。近些年，隨著天津市城鎮(zhèn)經(jīng)濟的發(fā)展，地下水開采量的逐年增加，超采尤為明顯，而超采區(qū)以西青區(qū)和武清區(qū)等尤為明顯。因此，通過綜合分析西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)地下水垂向水質(zhì)變化規(guī)律，探尋本地區(qū)咸淡水的分布界線和水質(zhì)較好的含水層位，為進一步優(yōu)化開發(fā)利用地下水資源提出指導(dǎo)性建議。

表1 天津市平原區(qū)沉積地層時代及巖性

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 地層

研究區(qū)位于天津市平原區(qū)南部，地層主要包括新近紀(jì)上新統(tǒng)和第四紀(jì)地層，自下而上依次為上新統(tǒng)(N2)明化鎮(zhèn)組、下更新統(tǒng)(Qp1)楊柳青組、中更新統(tǒng)(Qp2)佟樓組、上更新統(tǒng)(Qp3)塘沽組、全新統(tǒng)(Qh)天津組。根據(jù)現(xiàn)有研究成果，第Ⅰ含水組底界埋深60～90 m，其埋深大致相當(dāng)于上更新統(tǒng)地層底界；第Ⅱ含水組底界埋深160～220 m，其埋深大致相當(dāng)于中更新統(tǒng)底界；第Ⅲ含水組底界埋深260～340 m，其埋深大致位于楊柳青組；第Ⅳ含水組底界埋深360～430 m，其埋深大致相當(dāng)于明化鎮(zhèn)組的頂部；第Ⅴ含水組底界埋深一般在500～550 m左右，為上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組(王家兵等，2006)。天津市平原區(qū)沉積地層年代及巖性情況見表1。

1.2 含水層組劃分

受不同地質(zhì)歷史時期沉積環(huán)境、古氣候和新構(gòu)造運動的控制，研究區(qū)松散含水層在垂向形態(tài)分布、富水性、循環(huán)交替強度和水文地球化學(xué)等水文地質(zhì)特征存在著差異，因此，以第四系時代分層和沉積物巖性特征為基礎(chǔ)，以水文地質(zhì)條件為依據(jù)，以地下水開發(fā)利用為目的，根據(jù)將松散含水巖系進行了含水組的劃分，自上而下劃分為5個含水組，其中前3個屬于第四系，后2個屬于新近系上段(楊吉龍等，2014)，各含水組底板埋深含水層巖性等情況見表2。

2 樣品采集與測試

本次研究于2021年12月16日采集了地下水樣品，共采集西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以淺的不同含水層的地下水樣品8組，地下水樣品采樣深度及層位見表3。本次測試委托國土資源部天津礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心)對8組地下水樣品進行了水質(zhì)簡分析，測試方法采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)推薦分析方法。

3 各含水組地下水化學(xué)特征

3.1 離子濃度特征

分析結(jié)果顯示，本研究區(qū)各地下水含水組陽離子Na+含量最高，占陽離子總量的70%以上，其次依次為Mg2+、Ca2+、K+；從各陽離子垂向分布來看，各離子濃度由上向下總體呈逐漸減小趨勢。地下水樣品各離子濃度見表4和圖1。

表2 天津市平原區(qū)地下水含水組劃分

各含水組中地下水陰離子種類基本一致，以Cl-、SO42-為主，HCO3-次之；Cl-含量占陰離子總含量的45%以上，其中第Ⅰ含水組含量最大，達73%；SO42-含量占陰離子總含量的5%以上，其中第Ⅱ含水組含量最大，達33%。

本次以地下水礦化度≤1.0 g/L劃分為飲用水，以礦化度≤1.7 g/L劃分為灌溉用水，對本研究區(qū)地下水可開采和可使用情況進行分析可知，本研究區(qū)第Ⅱ含水組下段、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水組地下水礦化度較低，分別為0.903 g/L、1.14 g/L、0.597 g/L、0.724 g/L，均可作為飲用水開采使用，也可作為灌溉用水開采使用。

表3 地下水監(jiān)測井采樣情況

3.2 地下水化學(xué)類型

地下水化學(xué)類型不僅可以簡潔反映地下水主要離子成分相對含量，還可以在一定程度上解釋水文地質(zhì)條件和水流系統(tǒng)演化情況。本次采用舒卡列夫分類法將地下水中七種主要離子的相對含量進行組合，以離子含量≥25%的離子參與組合。

通過對研究區(qū)各含水組水化學(xué)組分的計算獲得了各含水組水化學(xué)類型：第Ⅰ含水組上部含水層地下水為Cl-Na型水，第Ⅰ含水組下部含水層地下水為Cl-Na·Mg型水；第Ⅱ含水組上部含水層水為Cl·SO4-Na型水，第Ⅱ含水組下部含水層水為Cl-Na型水；第Ⅲ含水組地下水為Cl-Na型水；第Ⅳ含水組地下水為HCO3·Cl-Na型水；第Ⅴ含水組地下水為Cl-Na型水。

圖1 各含水層離子濃度變化趨勢圖

表4 各地下水樣品離子濃度 mg/L

3.3 不同含水組水化學(xué)演化特點

通過對研究區(qū)各含水組地下水中主要離子濃度與深度變化的分析可知：(1)第Ⅰ含水組主要陰離子為Cl-、SO42-和HCO3-離子；(2)第Ⅱ含水組上部含水層受第Ⅰ含水組影響，離子濃度較第Ⅱ含水組下部含水層明顯偏高，礦化度較高；(3)第Ⅱ含水組下部含水層和第Ⅲ含水組地下水均為Cl-Na型水，與第Ⅱ含水組上部含水層地下水類型存在明顯差異，表明第Ⅱ含水組上部含水層受到了第Ⅰ含水組的影響較為明顯。

分析可知，第Ⅱ含水組上部含水層受氣象活動、人類活動等因素影響，離子濃度明顯較高，礦化度較高；第Ⅱ含水組下部含水層及第Ⅲ含水組、第Ⅳ含水組、第Ⅴ含水組受人類活動影響較小，補徑排等水文地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，側(cè)向徑流作用平穩(wěn)，與上部垂向水循環(huán)作用較弱。

3.4 咸水底界埋深

根據(jù)王蘭化等人研究，天津市地區(qū)地下水由北部山區(qū)全淡水區(qū)向南部逐漸變?yōu)橛邢趟畢^(qū)，咸水底界埋深由北部小于40 m向東南大港地區(qū)逐漸變?yōu)?60～200 m，且咸水含水層逐漸增厚，其中本研究區(qū)咸水底界埋深在120 m左右；第Ⅱ含水組承壓水水位埋深由北部寶坻地區(qū)0 m向東南部逐漸變深至埋深70～80 m，其中本研究區(qū)水位埋深30～40 m。

為準(zhǔn)確了解本區(qū)域地下水咸淡水分界的埋深，通過對各含水組埋深、含水組巖性和地下水化學(xué)特征進行了分析，獲得該地區(qū)在第Ⅰ含水組礦化度高達17.676 g/L，在第Ⅱ含水組上部含水層112.4～124.4 m處礦化度為6.773 g/L，礦化度總體隨埋深增加呈遞減趨勢，在第Ⅱ含水組下部含水層175.8～207.4 m處礦化度為0.903 g/L，水質(zhì)較好，此外該含水層較厚，是良好的儲水含水層，可作為灌溉用水和工業(yè)用水開采使用。通過對區(qū)域水文地質(zhì)資料的收集，結(jié)合本次監(jiān)測井的含水組地層、地下水水位等分析，本研究區(qū)第Ⅱ含水組下部含水層水位埋深為35.7 m，咸水底界埋深位于124 m左右，與區(qū)域水文地質(zhì)情況基本一致。

4 結(jié)語

(1)本文通過對天津市西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以上地層的研究，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，掌握了本研究區(qū)較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)條件、地層分布情況、各含水組含水層分布情況，為本區(qū)域地下水開發(fā)利用提供了依據(jù)。

(2)通過對各含水組地下水采樣分析，取得了本區(qū)域不同含水組的地下水化學(xué)特征及其在垂向上變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上確定了本研究區(qū)咸淡水界面。