子牙河—海河流域淺層地下水礦化度分布及成因

陳 豐

(天津市地質(zhì)工程勘察院，天津 300191)

子牙河—海河流域淺層地下水礦化度分布及成因

陳 豐

(天津市地質(zhì)工程勘察院，天津 300191)

對天津地區(qū)子牙河—海河干流流域淺層地下水礦化度及水化學(xué)類型分布進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地下水礦化度由低到高、從微咸水到咸水再到鹽鹵水漸變特征明顯，對其形成原因進行了分析，認為地下水補給不足以及深層地下水開采形成降落漏斗和渤海灣風(fēng)暴潮等引起的海水入侵是導(dǎo)致該分布特征的主要原因。

淺層地下水，礦化度，分布特征

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和工程建設(shè)大規(guī)模展開，天津平原地區(qū)，尤其是市區(qū)、環(huán)城新四區(qū)和濱海新區(qū)淺層地下水因水質(zhì)咸化、礦化度高而對環(huán)境帶來的不良影響，尤其是對鋼筋混凝土建筑材料造成腐蝕的問題日益突出。

本文根據(jù)對上述地區(qū)所對應(yīng)的子牙河—海河流域的淺層地下水水質(zhì)簡分析調(diào)查數(shù)據(jù)，總結(jié)了該地區(qū)礦化度等的分布規(guī)律，初步探討了其形成原因，旨在為該地區(qū)淺層地下水研究、工程建設(shè)規(guī)劃提供一定依據(jù)。

1 地理及水文地質(zhì)背景

天津子牙河—海河流域面積約2 800 km2，常住人口約900萬(2011年數(shù)據(jù))。該區(qū)域包括了天津市內(nèi)六區(qū)、環(huán)城新四區(qū)以及濱海的塘沽區(qū)和大港區(qū)一部分，是天津政治、經(jīng)濟、文化的核心區(qū)域，有九河下梢之稱。為典型的海積沖積低平原地貌，東臨渤海灣，是華北平原的一部分，地面大沽標(biāo)高2 m～5 m，地勢低平，河渠眾多，主要屬于子牙河—海河干流水系，分布眾多大小不一的洼淀湖泊，較大的有東麗湖以及官港水庫等。區(qū)域北界基本為永定新河，以北為潮白河水系；區(qū)域南界為獨流減河，屬大清河水系，南側(cè)分布如團泊洼、北大港水庫等多個平原水庫。

該區(qū)域在氣候上介于大陸性與海洋性氣候之間，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。多年平均降水量590.1 mm，年內(nèi)分配不均，夏季6月～8月降水量約占全年75%以上；降水量年際變化也很大，風(fēng)水年和枯水年相差達3倍～4倍。降水入滲是地下水的主要補給來源，降水量的季節(jié)性、年際性變化對地下水的形成和分布有重要影響[1]。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量E601值在1 047 mm～1 187 mm之間，干旱指數(shù)1.8～2.0。蒸發(fā)是地下水的主要排泄途徑。

2 淺層地下水賦存條件

本次調(diào)查對象主要是對工程建設(shè)影響大的淺層地下水。本區(qū)淺層地下水系指地表下的第一含水層組，水力特性主要為潛水、微承壓潛水，底界埋深一般在50 m左右，賦存于第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)松散土層中。地層巖性特征一般為粘性土與粉土、粉砂交互沉積，成層規(guī)律較明顯，但總體來看，粉土、粉砂分布不穩(wěn)定、不連續(xù)。粉土、粉砂滲透系數(shù)能達到1×10-4cm/s以上，粘性土滲透系數(shù)則一般小于1×10-7cm/s，且垂直滲透系數(shù)明顯小于水平滲透系數(shù)。淺層地下水位與氣象周期基本一致，年變化幅度不大，一般年變幅0.5 m～1.5 m。由于地勢低平，地下水位差很小，總體上看自西向東從大沽標(biāo)高2.0 m逐漸降至0.0 m，地下水水平向流動甚微。

3 淺層地下水水化學(xué)基本特征

4 礦化度分布特征

淺層地下水礦化度分布有較明顯的規(guī)律性(如圖2所示)。自西向東由市區(qū)至渤海灣，地下水礦化度由低到高、從微咸水(局部上浮淺層淡水體)到咸水再到鹽鹵水漸變特征明顯，基本呈現(xiàn)以市區(qū)中西部為中心，以海河干流為中軸，向東至渤海灣呈扇形分布態(tài)勢。

市區(qū)中西部的部分區(qū)域礦化度小于2 g/L，沿海河流向向東礦化度逐漸增加，到濱海新區(qū)后急劇增加，礦化度最高超過50 g/L，達到鹽鹵水級別。野外調(diào)查也顯示，濱海新區(qū)的開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)，尤其是臨港一帶，堿草生長茂盛，土壤鹽漬化現(xiàn)象明顯。

5 成因探討

針對上述礦化度等的分布特征，對其形成原因進行了分析研究，認為主要有以下兩個方面。

5.1 淺層地下水的補排條件

淺層地下水主要補給因素一般有：降水和灌溉回歸水的入滲補給，側(cè)向徑流補給，河渠滲漏補給，局部深層孔隙水的越流補給等。結(jié)合本區(qū)域淺層地下水埋藏條件來看，降水入滲是主要補給因素，市區(qū)的生活廢水入滲和郊區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉水入滲也占一定比例；河渠對地下水的影響是雙向的，汛期時由于河水位高漲，河水補給地下水，而非汛期則排泄地下水；由于地勢低平，水平方向的水力梯度甚微，徑流條件很差，從區(qū)域來看，側(cè)向徑流補給基本可忽略；越流補給方面，由于土層垂向滲透系數(shù)很小，補給周期是很長的，且由于多年開采深層地下水形成的降落漏斗，還在局部區(qū)域?qū)е铝藴\層水向深層水的越流補給。

淺層地下水的排泄方式主要有蒸發(fā)和開采(包括工程建設(shè)中的人工降排水)，其中以蒸發(fā)為主要排泄方式。由于本區(qū)域年降水量不足蒸發(fā)量的一半，生產(chǎn)生活廢水以及農(nóng)業(yè)灌溉水的入滲補給雖然起到一定的彌補作用(這也是經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密的市區(qū)及近郊區(qū)淺層水礦化度相對較低的原因之一)，但是影響比較小，因此長期來看地下水的補給存在缺口，從而導(dǎo)致淺層地下水礦化度偏高。

5.2 海水入侵

沿海地區(qū)發(fā)生海水入侵的情況并不少見。例如，珠江三角洲沿海地區(qū)海水入侵就比較嚴重，且珠江口河網(wǎng)地區(qū)的河流也受到咸潮的影響，地下水化學(xué)特征受影響發(fā)生變化，部分地區(qū)TDS在10 g/L以上[2]。

天津濱海地區(qū)海水入侵主要有兩個方面原因：

1)開采深層地下水形成的降落漏斗誘發(fā)海水入侵。

2)渤海灣風(fēng)暴潮導(dǎo)致海水入侵。

風(fēng)暴潮是由于大風(fēng)和大氣壓力劇變使海面產(chǎn)生的從數(shù)小時到數(shù)日的水位異常升降現(xiàn)象。濱海新區(qū)地面標(biāo)高低，一般僅2 m～3 m，且由于地面沉降的影響，使沿海地區(qū)受風(fēng)暴潮影響更為嚴重。天津濱海地區(qū)解放后共發(fā)生風(fēng)暴潮7次，潮位一般在5 m以上，潮水深入內(nèi)地可達40 km[5]。

綜合上述兩方面的分析，在一定程度上可以說，海水入侵是天津濱海地區(qū)淺層地下水礦化度高的主要原因之一。

6 結(jié)語

1)本文以天津子牙河—海河流域淺層地下水礦化度及水化學(xué)類型調(diào)查為切入點，發(fā)現(xiàn)了礦化度以天津市區(qū)中西部為中心，以海河干流為中軸，向東至渤海灣呈扇形逐漸增加的分布態(tài)勢，并繪制了該區(qū)域的礦化度等值線圖。后期可進一步采集水樣，加深研究，以完善該等值線圖。

2)文中對上述礦化度分布特征的形成原因進行了初步探討，認為地下水補給不足以及深層地下水開采形成降水漏斗和渤海灣風(fēng)暴潮等引起的海水入侵是導(dǎo)致該分布特征的主要原因。對本地區(qū)水環(huán)境調(diào)查研究以及工程建設(shè)選址規(guī)劃等有一定參考價值。

[1] 吳鐵鈞，孫文承.天津市水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)圖系說明書[M].天津：天津人民出版社，2004.

[2] 張玉璽，孫繼朝，陳 璽，等.珠江三角洲淺層地下水pH值的分布及成因淺析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，38(1)：16-21.

[3] 天津市地質(zhì)調(diào)查研究所.天津市南部平原區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].2001.

[4] 趙 健.海咸水入侵與淺層地下水水化學(xué)特征及變化研究[J].地理科學(xué)，1999，19(1)：525-531.

[5] 馬振興.渤海風(fēng)暴潮災(zāi)害及其原因分析[J].天津市地質(zhì)學(xué)會志，1998，6(1)：75-77.

[6] 錢 會，馬致遠.水文地球化學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

The distribution and its formation causes of the mineralization degree of the shallow groundwater in Ziya River Basin and Haihe River Basin

CHEN Feng

(TianjinGeologicalEngineeringProspectingInstitute,Tianjin300191，China)

Through the investigation of the mineralization degree of the shallow groundwater and water chemistry type distribution in Tianjin Ziya River Basin and Haihe River Basin, found the obvious gradual change that the mineralization degree of shallow groundwater is from low to high, from brackish to salt and then to brine. Through the analysis, we give the conclusion: insufficient of groundwater recharge, the drawdown funnel caused by exploitation of deep groundwater, and the seawater intrusion caused by storm surge in Bohai Bay are the main reasons that cause the distribution characteristic.

shallow groundwater， mineralization degree， distribution characteristic

1009-6825(2014)28-0044-02

2014-07-24

陳 豐(1981- )，男，高級工程師，注冊土木工程師(巖土)

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