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      沂沭河下游平原地下水TDS和水化學(xué)類型的分布規(guī)律

      2016-03-22 04:25:14岳冬冬蘇小四吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院長(zhǎng)春130000吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所長(zhǎng)春130000
      節(jié)水灌溉 2016年11期
      關(guān)鍵詞:平原區(qū)咸水水化學(xué)

      岳冬冬,蘇小四(1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,長(zhǎng)春 130000;.吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所,長(zhǎng)春 130000)

      沂沭河下游平原位于江蘇沿海的北部,是沿海、沿江和沿隴海蘭新線三大生產(chǎn)力布局主軸線的交匯區(qū)域,是新亞歐大陸橋東方橋頭堡[1],區(qū)位優(yōu)勢(shì)獨(dú)特,戰(zhàn)略地位重要。2009年6月通過(guò)的《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》要求將包括沂沭河下游平原在內(nèi)的江蘇沿海地區(qū)建設(shè)成為我國(guó)東部地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極[2],這必將伴隨區(qū)域需水量的增加。地下水是研究區(qū)供水水源的重要組成部分,20世紀(jì)80年代以來(lái)[3],由于研究區(qū)開(kāi)采井分布集中,地下水開(kāi)采時(shí)間集中,開(kāi)采層次集中,地下水位持續(xù)下降,形成了區(qū)域性的水位降落漏斗,引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題,成為制約該地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一個(gè)重要因素[4]。

      關(guān)于江蘇沿海地下水化學(xué)特征及成因,前人多關(guān)注于長(zhǎng)江下游平原[5-9]和灌溉總渠以南的蘇北盆地(淮河下游平原)[10-14]。這些研究對(duì)沂沭河下游平原地下水化學(xué)成因的認(rèn)識(shí)有一定的指導(dǎo)意義,但總體上研究區(qū)地下水的研究程度較低,成果較少,急需開(kāi)展對(duì)水化學(xué)基本特征的分析。為此本文以《江蘇沿海地區(qū)地下水循環(huán)與演化模式研究》項(xiàng)目為依托,對(duì)沂沭河下游平原不同層位地下水TDS和水化學(xué)類型的分布規(guī)律進(jìn)行了總結(jié),對(duì)沂沭河下游平原地下水化學(xué)成因的認(rèn)識(shí)、地下水資源的合理保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用有一定的參考價(jià)值。

      1 研究區(qū)概況

      研究區(qū)位于江蘇省東北部,淮河流域沂沭泗水系下游,包括連云港市下轄的東海、灌云、灌南3個(gè)縣及市區(qū),鹽城市下轄的響水縣、濱??h及阜寧縣的一部分。經(jīng)度范圍118°23′45.46″~120°22′01.70″,緯度范圍33°39′29.38″~35°07′38.87″,總面積約1.095 5 萬(wàn)km2。屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,年平均氣溫13~14 ℃,多年平均降水量900~1 000 mm,蒸發(fā)量800~900 mm[15]。

      研究區(qū)地處魯中南丘陵與淮北平原的結(jié)合部,屬沂沭低山丘陵平原,地勢(shì)總體自西北向東南傾斜[16]。兩列山地斜亙其中,其一連綿于東海縣西部和贛榆區(qū)西北部的蘇魯交界地區(qū),山體主要由太古界結(jié)晶片巖、片麻巖等組成,此列向東至沿海地勢(shì)漸低,依次為剝蝕準(zhǔn)平原、沖洪積平原、沖積平原和海積平原;其二凸起于連云港市的錦屏山、云臺(tái)山一帶。錦屏山、云臺(tái)山一線以南地區(qū)主要為海積平原,地勢(shì)自西北向東南傾斜,海拔高度一般為2~4 m,局部低洼地海拔高度為1~2 m,坡度小于1/10 000,地勢(shì)比較低平。

      該區(qū)沉積了一套粗細(xì)疊置、厚薄不一、成因不同的第四系以及新近系松散堆積物,沉積厚度由西北向東南逐漸增厚并發(fā)育多個(gè)含水層[17],孔隙地下水主要由淺層孔隙水和深層承壓水組成[18](見(jiàn)圖1)。

      圖1 東部濱海平原區(qū)主要含水巖組示意圖

      依據(jù)研究區(qū)地形、地貌及含水巖組分布,大致以云臺(tái)山-錦屏山-平明鎮(zhèn)一線為界將研究區(qū)劃分為2個(gè)地下水資源區(qū):界線以北的北部丘崗地下水資源區(qū)(以下稱為北部丘崗區(qū))和界線以南的東部濱海平原地下水資源區(qū)(以下稱為東部濱海平原區(qū))。北部丘崗區(qū)主要發(fā)育淺層孔隙水,包括潛水和I承壓水,分布于贛榆、東海兩縣的中南部。含水巖組主要由第四系更新統(tǒng)的殘坡積、坡洪積和沖洪積物組成,巖性以亞黏土為主,間有黏土、沙土夾礫石等,水位埋深一般2 m。地下水來(lái)源以大氣降水為主,消耗以蒸發(fā)為主。東部濱海平原區(qū)同時(shí)發(fā)育淺層孔隙水和深層承壓水,淺層孔隙水包括潛水和I承壓水,深層承壓水主要為II、III承壓水。淺層孔隙含水巖組主要為全新世淺海相沉積物和上更新統(tǒng)海相沉積物,巖性以亞黏土、黏土為主,多為咸水,地下水埋深一般為1~2 m。深層承壓水含水巖組主要為中下更新統(tǒng)河湖相沉積物,巖性以中細(xì)沙、中粗沙為主。含水層頂板埋深一般80~100 m,厚度50~100 m,富水性受沙層厚度控制,地下水多為TDS小于1 g/L的淡水。

      2 樣品采集與測(cè)試

      以灌云、灌南、陳家港為重點(diǎn)圖幅布設(shè)采樣點(diǎn),并適當(dāng)補(bǔ)充采樣,以控制整個(gè)研究區(qū)。

      樣品采集時(shí)間為2014年11月到2015年8月,共采集地下水樣品212件,其中潛水樣品77件,I承壓水樣品28件,Ⅱ、Ⅲ承壓水混合樣品107件。

      水化學(xué)樣品由國(guó)土資源部南京礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成測(cè)試,檢測(cè)項(xiàng)目包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、CO2-3、Cl-、SO2-4等。SO2-4、Na+、K+、Ca2+、Mg2+采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定,CO2-3、HCO-3采用酸堿指示劑滴定法測(cè)定,Cl-采用硝酸銀滴定法測(cè)定。溶解性總固體TDS通過(guò)計(jì)算求得。

      3 結(jié)果與討論

      由于北部丘崗區(qū)和東部濱海平原區(qū)在地形地貌、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地下水補(bǔ)徑排條件等方面存在較大差異,導(dǎo)致其地下水化學(xué)特征也明顯不同。因此,為了系統(tǒng)、全面地分析區(qū)域地下水的水化學(xué)特征,分北部丘崗區(qū)和東部濱海平原區(qū),對(duì)不同層位地下水的TDS和水化學(xué)類型的分布規(guī)律進(jìn)行討論。

      3.1 TDS的分布規(guī)律

      3.1.1北部丘崗區(qū)

      潛水。北部丘崗區(qū)淡水面積為1 878 km2,微咸水面積為549 km2,分別占北部丘崗區(qū)潛水分布面積的77.38%和22.62%。潛水TDS總體上沿地下水流向逐漸升高(見(jiàn)圖3)。西部東贛丘崗山前地帶的剝蝕準(zhǔn)平原、沖洪積平原和沖積平原區(qū)由于地表地形坡度較大,地下水循環(huán)交替迅速,廣泛分布地下淡水。東部海積平原區(qū)由于地勢(shì)平緩,地下水徑流條件較差,主要分布TDS略大于1 g/L的微咸水。

      I承壓水 北部丘崗區(qū)I承壓水微咸水的分布范圍與上覆潛水相近,反映出北部丘崗區(qū)地下水存在較為密切的水力聯(lián)系。TDS小于1 g/L和1~2 g/L地下水的分布面積分別為1 975和331 km2,占北部丘崗區(qū)I承壓水分布面積的81.37%和13.63%。贛榆東部海水入侵監(jiān)測(cè)孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示距海岸線6 km左右范圍內(nèi)的淺層地下水受到現(xiàn)代海水入侵,地下水的TDS高達(dá)10~20 g/L。

      3.1.2東部濱海平原區(qū)

      2015年五六月份的集中采樣結(jié)果顯示,埋深10 m以淺的潛水TDS多為1~5 g/L,個(gè)別采樣點(diǎn)TDS較高,達(dá)到20 g/L以上;埋深30~70 m左右的I承壓水TDS多為5~30 g/L;埋深80~200 m的Ⅱ~Ⅲ承壓水TDS多為0.5~2.0 g/L左右。即隨著地下水埋藏深度的增大,地下水TDS先增大后減小,表現(xiàn)出明顯的垂向分層性(見(jiàn)圖2)。這與淺層地下水和深層承壓水的沉積環(huán)境不同、潛水與I承壓水接受的淡化作用強(qiáng)弱不同有關(guān)。

      圖2 東部濱海平原區(qū)不同采樣深度的地下水TDS

      潛水。東部濱海平原區(qū)微咸水所占比例明顯大于北部丘崗區(qū),TDS小于1 g/L、1~2 g/L地下水的分布面積分別為606和3 082 km2,占東部濱海平原區(qū)總面積的10.32%和52.48%。由西部陡溝鄉(xiāng)到東部沿海燕尾港、陳家港,沿地下水流向,地下水TDS逐漸升高,具有明顯的水平分帶性,至陳家港、燕尾港一帶TDS大于3 g/L,成為咸水,反映了與黃海距離越近,受黃海海水影響越大的特點(diǎn)。內(nèi)陸的板浦地區(qū)地下水TDS高達(dá)2 g/L以上,高于周邊其他地區(qū),可能是由于局部潛水徑流條件較差,且受到蒸發(fā)濃縮作用有關(guān)(見(jiàn)圖3)。

      I承壓水 由于不直接接受大氣降水補(bǔ)給,更新速率較慢,I承壓水接受的淡化作用較小,TDS明顯高于潛水。其淡水分布面積為1 243 km2,占東部濱海平原區(qū)面積的20.12%,其余均為TDS 1~30 g/L不等的微咸水和咸水。沿區(qū)域地下水流向,TDS由內(nèi)陸向沿海逐漸升高。

      Ⅱ、Ⅲ承壓水。Ⅱ、Ⅲ承壓水淡水分布廣泛,TDS小于1 g/L和1~2 g/L地下水的分布面積分別為2 779和2 876 km2,占東部濱海平原區(qū)深層承壓水分布面積的46.02%和47.62%(見(jiàn)圖4)。總體上看,由內(nèi)陸向沿海地下水的TDS逐漸升高,由500 mg/L左右增加到2 g/L左右,顯示了古海侵時(shí)期殘留海水對(duì)地下水TDS的影響。沿海西北部板浦、同興、徐圩等地,東南部燕尾港、陳家港、大有、濱淮等地地下水均為TDS 1~2 g/L的微咸水。但兩塊咸水區(qū)之間的洋橋農(nóng)場(chǎng)、圖河鄉(xiāng)一帶卻分布大面積的地下淡水,TDS為700 mg/L左右,研究區(qū)東南部八灘地區(qū)同樣存在小面積淡水,顯示了濱海地區(qū)地下水受古海侵影響的區(qū)域差異性。內(nèi)陸微咸水分布于濱??h附近,與深層地下水降落漏斗位置相一致。

      圖4 Ⅱ、Ⅲ承壓TDS分區(qū)圖

      3.2 水化學(xué)類型的分布規(guī)律

      3.2.1北部丘崗區(qū)

      潛水。北部丘崗區(qū)潛水以HCO3·Cl型水為主,沿地下水流向,由西部丘崗臺(tái)地向東部邊界,地下水化學(xué)類型由HCO3·Cl-Ca·Na型演變?yōu)镠CO3·Cl-Na·Ca型(見(jiàn)圖5)。

      Ⅰ承壓水。由西部山前地帶到東部沿海,Ⅰ承壓水由HCO3Cl型水演化為ClHCO3型水。東部海水入侵范圍內(nèi)地下水的水化學(xué)類型為Cl-Na型。

      3.2.2東部濱海平原區(qū)

      潛水。由于東部濱海平原區(qū)潛水以微咸水和咸水為主,HCO3型水僅存在于陡溝鄉(xiāng)南部和研究區(qū)西南角,研究區(qū)西部邊界地下水以HCO3·Cl型水為主。由西部邊界到東部沿海,沿地下水流向,地下水由HCO3·Cl型水過(guò)渡為Cl·HCO3型水、Cl型水,具有明顯的水平分帶規(guī)律。沿海北部徐圩地區(qū)地下水為Cl-Na·Mg型水,南部廣大地區(qū)為Cl-Na型水(見(jiàn)圖5)。

      圖5 潛水水化學(xué)類型分區(qū)圖

      Ⅰ承壓水。除陡溝鄉(xiāng)北部有小面積Cl-Na型水外,研究區(qū)西南部I承壓水基本為HCO3·Cl型水,由研究區(qū)西部邊界到東部沿海,沿地下水流向,水化學(xué)類型的演化趨勢(shì)為HCO3·Cl型水→Cl·HCO3型水→Cl型水,沿海北部徐圩地區(qū)地下水為Cl-Na·Mg型水,南部廣大地區(qū)為Cl-Na型水。

      Ⅱ、Ⅲ承壓水Ⅱ、Ⅲ承壓淡水以HCO3-NaCa型水和HCO3·Cl-NaCa型水為主,分布在研究區(qū)的西南部。東部沿海地區(qū)的地下水為Cl·HCO3型水,反映了隨著TDS的增大,Cl-逐漸成為主要的陰離子組分。沿海洋橋農(nóng)場(chǎng)、圖和鄉(xiāng)、八灘鄉(xiāng)等淡水區(qū)地下水為HCO3·Cl-Na型水(見(jiàn)圖6),小尖北部和大有西部的咸水分布區(qū)由于TDS較低,也為HCO3·Cl-Na型水。

      圖6 Ⅱ、Ⅲ承壓水化學(xué)類型分區(qū)圖

      4 結(jié) 語(yǔ)

      (1)沂沭河下游平原地下水具有北部丘崗區(qū)TDS低,東部濱海平原區(qū)TDS高,潛水和Ⅰ承壓水TDS高,Ⅱ、Ⅲ承壓水TDS低的總體分布特點(diǎn)。北部丘崗區(qū)淡水主要分布在西部山前地帶,沿地下水流向TDS逐漸升高,多為TDS 1~3 g/L的微咸水。東部濱海平原區(qū)潛水和I承壓水以大面積分布的微咸水和咸水為主,沿地下水流向TDS逐漸增大;Ⅱ、Ⅲ承壓水以淡水和微咸水為主,沿海微咸水區(qū)位于北部的徐圩、同興、板浦,南部的陳家港、燕尾港、大有一帶,洋橋農(nóng)場(chǎng)、圖河鄉(xiāng)一帶和東南部八灘鄉(xiāng)一帶地下水為淡水。內(nèi)陸微咸水區(qū)位于濱??h附近,并與沿海微咸水區(qū)相連通。

      (2)北部丘崗區(qū)水化學(xué)類型單一,潛水基本為HCO3·Cl型水,I承壓水沿地下水流向由HCO3·Cl型水演化為Cl·HCO3型水,近岸帶受海水入侵影響的淺層地下水化學(xué)類型為Cl-Na型水。東部濱海平原區(qū)水化學(xué)類型復(fù)雜,淺層水由HCO3·Cl型水演化為Cl·HCO3型水和Cl型水。Ⅱ、Ⅲ承壓水化學(xué)類型由HCO3型過(guò)渡為HCO3·Cl型和Cl·HCO3型,沿海淡水區(qū)和小尖北部、大有西部地下水的水化學(xué)類型為HCO3·Cl型。

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