德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)地下水動(dòng)態(tài)與水化學(xué)特征分析

張 敏，吳 勇，高東東，尹 恒，王 鴻

(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

地下水動(dòng)態(tài)是指在與環(huán)境相互作用下，含水層各要素(水溫、水位、水化學(xué)成分等隨時(shí)間的變化過(guò)程［1］。地下水動(dòng)態(tài)常表現(xiàn)為晝夜的、季節(jié)的及多年的周期性變化［2］。它反映了地下水系統(tǒng)的形成和變化規(guī)律，是地下水系統(tǒng)外界影響因素的反映，是了解人類活動(dòng)對(duì)地下水系統(tǒng)影響程度、變化趨勢(shì)和變化幅度的一個(gè)重要手段。研究地下水變化規(guī)律是系統(tǒng)管理地下水，制定盆地開發(fā)計(jì)劃以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要依據(jù)［3］。地下水動(dòng)態(tài)變化是在各種影響因素下共同形成的，影響因素自身的變化導(dǎo)致地下水動(dòng)態(tài)往往表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性過(guò)程，需要通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)掌握［4］。旌陽(yáng)區(qū)是四川省十強(qiáng)縣之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，同時(shí)也是全國(guó)330個(gè)嚴(yán)重缺水城市之一，地下水作為區(qū)內(nèi)主要的工業(yè)、市政、居民生活用水［5－6］。研究地下水的水位、水質(zhì)動(dòng)態(tài)特征，為掌握地下水基本情況，有效的控制當(dāng)?shù)氐叵滤拈_采、保障城鄉(xiāng)供水安全等具有重要意義。

1 研究區(qū)自然地理與水文地質(zhì)條件

1.1 自然地理概況

旌陽(yáng)區(qū)位于成都平原北部邊緣，面積648 km2。研究區(qū)大致以綿遠(yuǎn)河為界，以西為平原區(qū)，海拔460～561 m;以東為丘陵低山區(qū)，丘陵區(qū)山巒起伏，多呈環(huán)狀或脈狀，海拔高度457～764 m。地層分布按所處地貌單元不同而異，平原區(qū)主要出露第四紀(jì)地層，丘陵區(qū)主要出露地層為白堊系。本區(qū)屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，降水充沛。

由1993—2012年20年的降水量變化過(guò)程圖(圖1)可以看出，旌陽(yáng)區(qū)降水量年際變化明顯，近20 a平均降水量793.8 mm，2007年之前降水量總體較年均降水量低，2007年以后降水量比年均降水量高。2001年降水量最高，達(dá)到1 200 mm。同時(shí)研究區(qū)降水量時(shí)間性分布不均，統(tǒng)計(jì)20 a間的月平均降水量，年內(nèi)最大降水量在6、7、8、9月，這四個(gè)月可占到年均降水量的73%。

1.2 水文地質(zhì)條件

平原區(qū)地下水類型主要以第四系松散巖類孔隙水和白堊系紅層砂泥巖類裂隙水為主，前者主要分布在平原區(qū)第四系砂礫卵石層中，后者主要分布在第四系之下白堊系紅層基巖淺部孔隙－裂隙之中。丘陵低山區(qū)主要有紅層碎屑巖類孔隙裂隙水和第四系松散巖類孔隙水兩個(gè)大類，以前者為主，分布最廣，并可進(jìn)一步分為風(fēng)化帶孔隙裂隙水和風(fēng)化帶裂隙水兩個(gè)亞類。平原區(qū)地下水補(bǔ)給形式主要有降水、渠水、農(nóng)灌水的入滲補(bǔ)給和來(lái)自西北方向的地下徑流，孔隙水由西北－東南方向流動(dòng)，主要通過(guò)地下徑流、人工開采、河渠、蒸發(fā)和泉眼等排泄。丘陵區(qū)砂泥巖類孔隙－裂隙水主要受大氣降水、水渠水、灌溉水及水庫(kù)入滲補(bǔ)給，地下水在山頂、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。

圖1 旌陽(yáng)區(qū)近20 a降水量變化過(guò)程圖

2 地下水動(dòng)態(tài)特征分析

2.1 地下水水位動(dòng)態(tài)特征

地下水位的動(dòng)態(tài)變化取決于地下水的補(bǔ)給和消耗兩方面因素［7］。通過(guò)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)期的水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料分析，結(jié)合具體的補(bǔ)給、排泄條件，以及所處的空間位置，特別是地貌，將研究區(qū)地下水動(dòng)態(tài)類型劃分為3種:河漫灘、I級(jí)階地近河地段的河水型或河水—開采型、城市地下水集中開采區(qū)的徑流—開采型和II級(jí)階地廣大地區(qū)的農(nóng)灌入滲—徑流、開采(季節(jié)性)型［8］。

由旌陽(yáng)區(qū)多年平均水位與降雨量動(dòng)態(tài)曲線(圖2)可以看出:2001—2008年平均水位有上升趨勢(shì)，2001年降雨量為2001—2008年降雨量最高，故2001年較2002年平均水位高，到2003年繼續(xù)上升，說(shuō)明降雨對(duì)地下水位有一定的影響，2001年水位低于2003年，是由于監(jiān)測(cè)孔多數(shù)在綿遠(yuǎn)河周圍，而綿遠(yuǎn)河自修建水閘后，增加了河流對(duì)地下水的補(bǔ)給量，說(shuō)明降雨對(duì)地下水位的影響小于攔河水閘對(duì)地下水位的影響，攔河水閘提高了河水水位，增加了河流對(duì)地下水的補(bǔ)給量。

2.2 研究區(qū)水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化

通過(guò)2001—2009年的水質(zhì)資料統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合1996—2000年資料，對(duì)研究區(qū)地下水水化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比分析［9］。2001—2009年地下水總硬度年均值 361.99～472.32 mg/L，最大值 470.4～660.6 mg/L;1996—2000 年總硬度年均值 424.75 ～455.74 mg/L，最大值 513.00 ～663.1 mg/L?？傆捕却蟮木容^固定，W4447(德陽(yáng)市旗陽(yáng)鄉(xiāng)石橋村拱橋)和ZK10(德陽(yáng)市孝感鄉(xiāng)聯(lián)合村四組)的總硬度一直是兩區(qū)段較大井點(diǎn)。由2001—2009年總?cè)芙庑怨腆w(TDS)年均值459.81 ～ 785.06 mg/L，最 大 值 628.9 ～ 1217.4 mg/L，1996—2000年均值 703.12～745.62 mg/L，最大值 935.0～1062.0 mg/L，與 91—95 年的 493.16 ～713.55 mg/L 相比，明顯呈上升勢(shì)態(tài)。由圖3、圖4可以看出，自2001以來(lái)，無(wú)論枯期豐期，年平均總硬度和 TDS均呈下降趨勢(shì)，其原因可能是:(1)2001年以來(lái)綿遠(yuǎn)河連續(xù)增加了黃河路閘、珠江路閘及柳梢堰閘三道閘門，大大增加了河水對(duì)地下水的補(bǔ)給量;(2)近年來(lái)德陽(yáng)市的降水量有逐年增加趨勢(shì)，降雨補(bǔ)給增加;(3)德陽(yáng)市為防止地下水超采采取的關(guān)閉自備水廠等措施。

圖2 旌陽(yáng)區(qū)多年平均水位與降雨量動(dòng)態(tài)曲線圖

圖3 旌陽(yáng)區(qū)枯期(3月)TDS、總硬度動(dòng)態(tài)曲線圖

圖4 旌陽(yáng)區(qū)豐期(8月)TDS、總硬度動(dòng)態(tài)曲線圖

2001—2009年鉀鈉離子含量年均值 13.28～51.90 mg/L，最大值 50.4～170.0 mg/L;1996—2000年鉀鈉離子含量年均值 13.53 ～17.52 mg/L，最大值 33.1 ～51.6 mg/L。2001—2009年氯離子含量 28.96～41.59 mg/L，最大值 61.7～130.2 mg/L;1996—2000 年氯離子含量 27.51 ～33.08 mg/L，最大值 76.23～131.9 mg/L。2001—2009年鈣鎂離子含量年均值分別為 93.26～136.53 mg/L和 28.70～34.53 mg/L，最大值分別為133.3 ～210.4 mg/L 和36.5 ～46.2 mg/L;1996—2000年鈣鎂離子含量年均值分別為 118.53～127.92 mg/L 和 30.80 ～32.96 mg/L，最大值分別為 158.3 ～206.4 mg/L和 36.48～43.78 mg/L。與之對(duì)應(yīng)，2001—2009年重碳酸根離子年均值 283.49～446.64 mg/L，最大值為408.8～504.6 mg/L;1996—2000年重碳酸根離子年均值382.28 ～ 400.60 mg/L，最大值為 451.5 ～ 457.9 mg/L;2001—2009年硫酸根離子含量年均值 83.46～158.32 mg/L，最大值 144.0～256.0 mg/L;1996—2000 年硫酸根離子含量年均值 88.43 ～114.18 mg/L，最大值 152.4 ～258.0 mg/L。

由旌陽(yáng)區(qū)2001—2009年地下水中主要離子動(dòng)態(tài)曲線(圖5、圖6)可以看出:枯期和豐期幾大主要離子變化特征相似，呈下降趨勢(shì)，K++Na+、Ca2+、Mg2+、SO42－、Cl－均保持穩(wěn)定。

圖5 旌陽(yáng)區(qū)枯期(3月)主要離子動(dòng)態(tài)曲線圖

圖6 旌陽(yáng)區(qū)豐期(8月)主要離子動(dòng)態(tài)曲線圖

硝態(tài)氮(NO3－－N)是地下水主要的污染物之一，世界衛(wèi)生組織規(guī)定地下水的飲用標(biāo)準(zhǔn)為－N質(zhì)量濃度≤10 mg/L［10］。區(qū)內(nèi)地下水主要污染物－N動(dòng)態(tài)特征如圖7所示:2001—2009年硝酸根離子含量年均值 2.47～17.92 mg/L。取典型監(jiān)測(cè)孔5106023106(德陽(yáng)市機(jī)械工業(yè)學(xué)校)，分析其特征如圖8所示，監(jiān)測(cè)孔2001—2008年硝酸根離子含量為3.88～30.90 mg/L。比較單個(gè)典型監(jiān)測(cè)孔與旌陽(yáng)區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)孔年均值，可以看出:豐期和枯期硝酸根離子含量無(wú)明顯特征，差異不大;2001—2005年硝酸根離子含量變化幅度不大，2005年后劇烈上升，2006年硝酸根離子含量最高，2006—2009年已超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3 研究區(qū)地下水化學(xué)特征

2012年對(duì)旌陽(yáng)區(qū)26個(gè)水樣的調(diào)查分析，得出研究區(qū)水化學(xué)特征為:無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅，透明，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 pH值6.0～7.0，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 pH值6.89～7.89;溶解性總固體均小于 1 g/L，總硬度在 207.7 ～560.23 mg/L，屬于低礦化度淡水;現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)水溫 14℃ ～18℃。地下水化學(xué)類型為 HCO3－Ca、HCO3－ Ca·Mg、HCO3·SO4－ Ca·Mg、HCO3－ Na·Ca、HCO3·SO4－Na·Ca、HCO3－Na六種類型，以 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－ Ca·Mg為主，三種地下水類型占到水樣總數(shù)的84.61%。HCO3－Ca·Mg型水主要你分布在平原區(qū)大部分地區(qū);HCO3－Ca型水分布在丘陵區(qū)的大部分地區(qū)，HCO3·SO4－Ca·Mg分布在孝感鎮(zhèn) －東湖鄉(xiāng) －八角井鎮(zhèn)北部等工業(yè)發(fā)達(dá)一帶。

圖7 旌陽(yáng)區(qū)地下水年平均含量曲線圖

本次地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848－93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，并將其 III類水標(biāo)準(zhǔn)值的上限值確定為地下水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)。旌陽(yáng)區(qū)地下水化學(xué)指標(biāo)未超標(biāo)項(xiàng)目有 pH值、TDS、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、NH4+、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cu、Cr6+，超標(biāo)項(xiàng)目有總硬度、Mn、TFe和氟化物;其中總硬度、Mn、TFe超標(biāo)水樣分別占到水樣數(shù)的 30.77%，19.23%，30.77%。超標(biāo)水樣最多的是城北街道辦7組和天元鎮(zhèn)王誼村8組水樣，旗陽(yáng)鄉(xiāng)五大隊(duì)水樣的 TFe含量嚴(yán)重超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)高達(dá)100.73。具體超標(biāo)情況見表1。

圖8 監(jiān)測(cè)孔(5106023106)含量曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

(3)研究區(qū)地下水化學(xué)類型以 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－Ca·Mg為主。26個(gè)水樣中地下水化學(xué)超標(biāo)指標(biāo)有總硬度、Mn、TFe和氟化物，其中總硬度、Mn、TFe超標(biāo)水樣分別占到水樣數(shù)的 30.77%，19.23%，30.77%。(1)研究區(qū)2001—2008年地下水平均水位有上升趨勢(shì)。(2)2001以來(lái)，枯期和豐期幾大主要離子變化特征相似，年平均總硬度和TDS均呈下降趨勢(shì)，HC呈下降趨勢(shì)，K++Na+、Ca2+、Mg2+、S

表1 旌陽(yáng)區(qū)地下水化學(xué)指標(biāo)超標(biāo)項(xiàng)目分析表

［1］王大純，張人權(quán)，史毅虹，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1995.

［2］田華，楊明華.河南省淺層地下水動(dòng)態(tài)演變分析［J］.人民黃河.2012，34(3):45 －46.

［3］楊玲媛，王根緒.近20a來(lái)黑河中游張掖盆地地下水動(dòng)態(tài)變化［J］.冰川凍土.2005，27(2):290 －296.

［4］束龍倉(cāng)，楊健青，王愛平，等.地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法以及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社.2010.

［5］德陽(yáng)市水利局.德陽(yáng)市城區(qū)地下水治理規(guī)劃報(bào)告［R］.2003.

［6］李永健.德陽(yáng)市水源環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與保護(hù)對(duì)策［J］.四川地質(zhì)學(xué)報(bào).1997，17(4):302 －306.

［7］周軍，翟平陽(yáng)，周繼祥等.佳木斯市城區(qū)地下水動(dòng)態(tài)特征分析［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2008，39(1):62 －66.

［8］高東東，吳勇，姜麗麗，等.德陽(yáng)市城區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)特征及成因分析［J］.四川地質(zhì)學(xué)報(bào).2012，32(1):74 －79.

［9］地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)室.德陽(yáng)市監(jiān)測(cè)區(qū)地質(zhì)環(huán)境檢測(cè)1996～2000年階段報(bào)告［R］.

［10］徐志偉，張心昱，孫曉敏，等.2004～2009年我國(guó)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)地下水硝態(tài)氮評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué).2011，32(10):2827－2833.