蘇北沿海地區(qū)潛水淡化特征及成因分析

陸 華,陸徐榮,楊 磊,王茂亭,周愛國

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇南京210018)

蘇北沿海地區(qū)潛水淡化特征及成因分析

陸 華,陸徐榮,楊 磊,王茂亭,周愛國

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇南京210018)

蘇北沿海地區(qū)自晚更新世到全新世多次發(fā)生海水入侵,造成區(qū)內(nèi)潛水咸化,被咸化的潛水在后期大氣降水入滲、地下水開采、農(nóng)業(yè)灌溉、補(bǔ)給地表水等自然條件和人類活動的共同作用下,水質(zhì)逐步發(fā)生了淡化作用。利用蘇北沿海地區(qū)20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初的潛水資料,從潛水礦化度、氯化物、總硬度、水化學(xué)類型以及水化學(xué)三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,充分證明了區(qū)內(nèi)潛水水質(zhì)20年來發(fā)生的淡化作用。對淡化成因也作了分析。

潛水;淡化;沿海地區(qū);江蘇北部

0 引 言

晚更新世—全新世時期,蘇北沿海地區(qū)多次發(fā)生海水入侵,造成本區(qū)晚更新世及全新統(tǒng)中的地下水幾乎全部為咸水或半咸水。隨著時間的推移,被海水咸化的地下水在后期自然條件及人類活動的作用下,水質(zhì)逐漸發(fā)生了淡化作用,潛水水質(zhì)淡化尤其明顯。筆者收集了20世紀(jì)80年代及21世紀(jì)初(2003年)的潛水資料,從潛水的礦化度、氯化物、總硬度、水化學(xué)類型及水化學(xué)三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,以證明該地區(qū)潛水20年來發(fā)生的淡化作用。

1 潛水水質(zhì)變化特征

1.1 礦化度分布特征

據(jù)20世紀(jì)80年代資料顯示,區(qū)內(nèi)潛水多為礦化度大于1 000mg/L的微咸水,分布面積7 142km2,約占總面積的74.53%(表1),主要分布在射陽—鹽城—東臺一線以東沿海的大部分地區(qū)(圖1)。次之為半咸水約占1 533km2,占總面積的16.00%,主要分布在射陽—上岡以西、大岡以東、時堰以南及特庸—鹽城—大豐以東沿海地區(qū)。此外,還包含小范圍礦化度大于5 000mg/L的咸水區(qū)。

而21世紀(jì)初(2003年)的資料分析顯示,區(qū)內(nèi)潛水礦化度發(fā)生了明顯變化,其中半咸水、咸水分布范圍明顯減少,由原先的2 068km2陡降至465km2,降幅達(dá)77.51%,鹽城以東半咸水、咸水區(qū)被淡化,已轉(zhuǎn)變?yōu)榈V化度小于3 000mg/L的微咸水,淡水分布范圍明顯增加,由原先的358km2增至2 396km2。總體而言,微咸水分布界限明顯東移,分布于龍岡—劉莊—時堰一線以東沿海地區(qū)。

表1 蘇北沿海地區(qū)潛水礦化度分布面積統(tǒng)計

1.2 氯化物分布特征

20世紀(jì)80年代,區(qū)內(nèi)絕大部分地區(qū)潛水氯化物含量大于1 000mg/L,約4 507km2,占總面積的47.03%(表2)。分布范圍包括射陽、大岡以西、千秋—黃沙港以東、鹽城—大豐—三倉一線以東地區(qū)(圖2),只有龍岡以北和東臺以東小范圍地區(qū)符合生活飲用標(biāo)準(zhǔn),分布面積394km2,僅占總面積的4.11%。

圖1 蘇北沿海地區(qū)潛水礦化度等值線分布圖

而21世紀(jì)初(2003年)的潛水資料表明,潛水氯化物含量大多小于250mg/L,分布面積與20世紀(jì)80年代相比有了大幅增加,分布面積為4 049km2,約占總面積的42.25%,主要分布在興橋—鹽城—富安一線以西地區(qū);氯化物含量大于250mg/L的分布區(qū)相比21世紀(jì)80年代明顯減少,面積由9 189 km2縮減至5 534 km2,降幅達(dá)39.78%;大于1 000 mg/L的區(qū)域仍有分布,集中在射陽以北、大豐以東和東臺三倉一帶。

表2 蘇北沿海地區(qū)潛水氯化物含量分布面積統(tǒng)計

1.3 總硬度分布特征

20世紀(jì)80年代,區(qū)內(nèi)潛水總硬度大部分地區(qū)為極硬水(大于450mg/L),約6 688km2,占總面積的69.79% (表3),分布區(qū)域主要包括射陽—鹽城—東臺一線以東沿海的大部分地區(qū)(圖3)。大岡—竹泓—小海一線以東、鹽城—大豐一線周邊以及時堰以南地區(qū)大于700mg/L,分布面積1 437km2。有小范圍總硬度大于1 000mg/L,分布面積729km2,占總面積7.61%。其他地區(qū)大多包括硬水和微硬水2種類型的潛水,且以硬水分布為主,面積2 270km2,占總面積的23.69%。

21世紀(jì)初(2003年)的潛水總硬度分布特征則發(fā)生較大變化,以小于450mg/L為主,分布在王港—四灶—三倉一線以西大部分地區(qū),面積7 549 km2,占總面積的78.77%。極硬水的分布相比20世紀(jì)80年代減少很多,其中以大于1 000mg/L區(qū)域最為明顯,分布范圍由原先的729km2陡降至8km2,以點(diǎn)狀分布為主。

1.4 水化學(xué)類型分布特征

20世紀(jì)80年代,區(qū)內(nèi)潛水以微咸水和半咸水為主,在水平分布上隨離海岸線的遠(yuǎn)近,呈現(xiàn)規(guī)律性的變化(圖4),西部地區(qū)大多為HCO3·Cl-Na (·Ca)(·Mg)型的微咸水,四灶—時堰—富安一線以東地區(qū)則為Cl·HCO3-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水,北部海河—鹽城—小海一線以東地區(qū)為Cl-Na型水的半咸水。

圖2 蘇北沿海地區(qū)潛水氯化物含量等值線分布圖

表3 蘇北沿海地區(qū)潛水總硬度分布面積統(tǒng)計

21世紀(jì)初(2003年),區(qū)內(nèi)潛水以微咸水為主,西部地區(qū)為HCO3-Na(·Ca)型的淡水。東部特庸—劉莊一線以東沿海、東臺—四灶以南小范圍地區(qū)為HCO3·Cl-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水。北部射陽以北以及大豐以北有小范圍的Cl·HCO3-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水分布,Cl-Na型的微咸水則為點(diǎn)狀分布。

1.5 水化學(xué)三線圖

對比20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初(2003年)潛水的水化學(xué)三線圖(圖5)不難發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)80年代潛水的Cl-+SO42-變化在27%～93%(毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)),Na++K+變化在30%～83%(毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)),水樣多集中于三線圖中部偏右側(cè)區(qū)域,為微咸水、半咸水。而21世紀(jì)初(2003年)潛水的Na++K+變化在29%～94%(毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)), Cl-+SO42-變化在18%～81%(毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)),分布集中區(qū)整體南移,多為淡水,由此可以判定潛水發(fā)生明顯的淡化作用。

2 淡化成因分析

2.1 大氣降水入滲

大氣降水是潛水主要補(bǔ)給來源,潛水水位的升降明顯受降水控制,且上升幅度直接受降水量多少的影響,每次降水后24h～48h地下水即出現(xiàn)峰值。區(qū)內(nèi)多年平均降雨量在1 100mm左右,自西向東降水量略有增加,全年雨日約達(dá)110d～120d,豐富的雨水為區(qū)內(nèi)提供了大量充足的潛水資源。

2.2 地下水開采

圖3 蘇北沿海地區(qū)潛水總硬度等值線分布圖

20世紀(jì)80年代前,區(qū)內(nèi)工業(yè)發(fā)展比較落后,居民大多選擇地表水作為主要生活飲用水水源。20世紀(jì)80年代后,工業(yè)發(fā)展速度不斷加快,大多數(shù)河水受到了不同程度的污染,于是潛水成了多數(shù)居民選擇的新水源,潛水井的數(shù)量得到了大幅增加。至20世紀(jì)90年代,部分地區(qū)已達(dá)到了每戶1井的水平。潛水開采將土壤中的高礦化度水不斷地抽出,形成了水力差,促使低礦化度的雨水、地表水和灌溉用水的不斷入滲和補(bǔ)充,從而大大降低了潛水水體的礦物質(zhì)含量,尤其是氯化物含量,由此逐漸形成了潛水淡化效果。

2.3 農(nóng)業(yè)灌溉

20世紀(jì)60年代,區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)開始興建各類排水泵站,經(jīng)過40年的建設(shè),現(xiàn)已建成多座正規(guī)泵站,有效提高了農(nóng)田灌溉面積,總面積已達(dá)上百萬公頃。由于灌溉面積的大量增加,使得原先土壤中的鹽分逐漸溶解于灌溉水中被排泄掉,從而起到了洗鹽的作用,廣泛分布的鹽堿地也逐步得到了根治,潛水失去了一個大量提供鹽分的補(bǔ)給來源。

2.4 補(bǔ)給地表水

潛水除了以地表蒸發(fā)、人工開采排泄外,側(cè)向補(bǔ)給地表水也是其主要排泄途徑之一。本區(qū)降雨量較豐沛,潛水水位常年高于地表水水位,自然條件有利于土壤中鹽分的排出,再加上1949年以后區(qū)內(nèi)大規(guī)模興修水利,開挖河渠及為提高三麥產(chǎn)量和治理鹽漬化而采取的水利措施,更加速了潛水水質(zhì)的淡化。

3 結(jié) 語

蘇北沿海地區(qū)自晚更新世到全新世多次發(fā)生海水入侵,造成區(qū)內(nèi)潛水咸化,被咸化的潛水在后期大氣降水入滲、地下水開采、農(nóng)業(yè)灌溉、補(bǔ)給地表水等自然條件和人類活動的共同作用下,水質(zhì)逐步發(fā)生了淡化作用。通過對潛水礦化度、氯化物、總硬度、水化學(xué)類型及三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,有力證明了區(qū)內(nèi)潛水水質(zhì)自20世紀(jì)80年代至今20年來所發(fā)生的淡化作用。

相信隨著區(qū)內(nèi)潛水水質(zhì)淡水作用的不斷加大,其有望得到根本改良,加以合理的處理后,以形成潛水水質(zhì)良性循環(huán),彌補(bǔ)區(qū)內(nèi)水資源的不足,從而推動蘇北沿海地區(qū)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

圖4 蘇北沿海地區(qū)潛水水化學(xué)類型分布圖

圖5 蘇北沿海地區(qū)潛水三線圖

[1] 黃金生,賈燦如.中華人民共和國區(qū)域水文地質(zhì)普查報告(鹽城幅、東臺幅)[R].南京:江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1982.

[2] 陸徐榮,黃敬軍,陸華,等.淮河流域(江蘇段)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告[R].南京:江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,2008.

[3] 黃敬軍,陸華.江蘇沿海地區(qū)深層地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及環(huán)境地質(zhì)問題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004.31 (6):64-68.

[4] 單衛(wèi)華,邢衛(wèi)兵.南通沿海地區(qū)主采層地下水咸化特征[J].地質(zhì)學(xué)刊,2008,32(4),286-291.

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[6] 張潤賢.鹽堿區(qū)地下水淡化問題的研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),1999,5(2),77-80.

Study on desalination characteristics and origin analysis of phreatic groundwater in coastal area ofNorth Jiangsu

LU Hua,LU Xu-rong,YANG Lei,WANGMao-ting
(Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China)

There were many ti mes of marine transgressions since late Pleistocene Epoch to Holocene Epoch in coastal area of North Jiangsu,which inevitably led to the salinization of the phreatic groundwater.Due to combined activities like per meation of precipitation,agricultural irrigation,exploitation of groundwater,surface water supply and human activities,the phreatic groundwater turned to be desalinated.Compared with the available data of the last century,the authorsmade contrasts on the salinity,chloride,total hardness,chemical types and trilinear diagram,suggesting an obviously desalinated trend in the last two decades.

Phreatic groundwater;Desalination;Coastal area;North Jiangsu

book=3,ebook=208

P641.4+43

A

1674-3636(2010)03-0283-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.283

2009-11-05;

2009-11-12;編輯:侯鵬飛

中國地質(zhì)調(diào)查局“江蘇平原區(qū)地下水污染調(diào)查評價”項(xiàng)目(1212010634504)

陸華(1977—),男,工程師,主要從事水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)工作.