贛江中游淺層地下水水化學(xué)特征演化及成因分析

胡健 范超 盧志剛

收稿日期：2023-11-27；接受日期：2024-01-26

基金項目：國家自然科學(xué)基金地區(qū)項目（52364018）；江西省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊井開區(qū)1∶10 000環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查項目

作者簡介：

胡? 健，男，講師，碩士，主要從事工程地質(zhì)水文地質(zhì)方面的研究。E-mail：974244132@qq.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號：1001-4179（2024） 06-0037-08

引用本文：胡健，范超，盧志剛.

贛江中游淺層地下水水化學(xué)特征演化及成因分析

［J］.人民長江，2024，55（6）：37-44.

摘要：贛江是江西省主要水源，研究其地下水水化學(xué)特征及成因機理對流域水質(zhì)保護至關(guān)重要。選取贛江中游吉安市井開區(qū)為研究區(qū)，于2019年豐-平-枯水期各采集研究區(qū)淺層地下水樣45組，運用數(shù)理統(tǒng)計、Durov圖、Gibbs圖、離子比例系數(shù)、PHREEQC反向模擬等方法，研究了吉安市井開區(qū)淺層地下水的水化學(xué)分布特征和組成類型，討論了其主控因素、主成分離子來源，并開展了典型徑流路徑水文地球化學(xué)模擬。結(jié)果表明：研究區(qū)淺層地下水屬低礦化度淡水，主要陰陽離子為HCO-3、Ca2+，個別樣本中NH+4、NO-3、SO2-4的異常值均與人類活動有關(guān)，水化學(xué)類型主要有HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3·SO4-Ca型3種；研究區(qū)地下水化學(xué)形成的主控因素為巖石風(fēng)化作用；離子比值關(guān)系表明水中組分主要源于碳酸鹽巖礦物的溶解作用，其中Na+、K+主要源于鹽巖的溶解，SO2-4源于少量蒸發(fā)巖礦物（石膏）的溶解，Ca2+、Mg2+源于方解石、白云石和硅酸鹽礦物的溶解；水文地球化學(xué)反向模擬表明水流路徑均發(fā)生白云石、石膏、巖鹽的溶解作用，結(jié)合氯堿指數(shù)，地下水流存在一定的逆向陽離子交換作用。研究成果可為贛江中游地區(qū)地下水開發(fā)利用與保護提供理論依據(jù)。

關(guān)? 鍵? 詞：淺層地下水； 水化學(xué)特征； 離子來源； PHREEQC； 贛江中游

中圖法分類號： P641.3

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.06.006

0? 引 言

地下水資源是人類生活和工業(yè)生產(chǎn)的重要資源，淺層地下水的利用最為廣泛，其有埋藏廣、易開采、水質(zhì)較好等優(yōu)點。然而隨著社會發(fā)展，用水量增加，人類活動影響地下水水質(zhì)變化，進一步威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康［1-2］。贛江是長江的支流，是江西省內(nèi)最大河流，流域面積大，水系分支多，上中下游地區(qū)地下水與河流互相補給關(guān)系密切，地下水動態(tài)直接影響贛江流域水質(zhì)安全。吳通航等對鄱陽湖流域贛江下游地區(qū)進行了地下水化學(xué)特征分析，并開展了水質(zhì)及人類健康風(fēng)險評價，發(fā)現(xiàn)地下水對嬰兒存在嚴重潛在非致癌風(fēng)險［3］。劉小真等分析了贛江上、中、下游河段氮磷營養(yǎng)鹽濃度變化和分布特征，發(fā)現(xiàn)沿岸城市如豐城、吉安市等氮磷營養(yǎng)鹽濃度明顯高于其他點位，2011年中游的禾水、遂川江NH3-N和NO3-N濃度超標［4］。因此，研究贛江中游地區(qū)地下水化學(xué)特征、成因規(guī)律及演化機理意義重大。

近年來，關(guān)于水文地球化學(xué)特征的研究持續(xù)進行，研究方法眾多，如：圖解法、離子比例系數(shù)法、空間分析、水文地球化學(xué)模擬等方法。王潤濤等運用Piper、Gibbs圖等多種方法對南淝河下游淺層地下水的水化學(xué)特征進行了研究，揭示了巖石風(fēng)化溶解為水化學(xué)主控作用，碳酸鹽礦物溶解有較大影響［5］。鄒嘉文等運用飽和指數(shù)、氯堿指數(shù)等方法研究了邯鄲市黑龍港平原潛水水化學(xué)特征及成因，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)水位變化與南水北調(diào)中線工程通水密切相關(guān)，蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖礦物的溶解/沉淀作用為離子濃度變化的主因［6］。李捷等分析了北京市涼水河流域地下水和河水的氘氧關(guān)系，結(jié)合水化學(xué)特征，表明山前沖洪積扇河水入滲為研究區(qū)地下水主要補給源［7］。唐春雷等運用Durov圖、氫氧同位素、Sr同位素等方法分析了古堆泉域巖溶地下水化學(xué)特征和徑流特征，發(fā)現(xiàn)古堆泉口水樣變化原因是三泉水庫補給，而三泉水庫的變化是受引黃水的影響［8］。

吉安市井開區(qū)位于贛江流域中游段，谷地平原地形，水資源豐富，城市化和工業(yè)加速發(fā)展，地下水資源不合理開采導(dǎo)致水質(zhì)受到一定影響。贛江流域吉安水文站數(shù)據(jù)指出，2008～2018年該河段水質(zhì)污染指標氨氮-總磷高度顯著上升，受人類活動的影響顯著［9］。而區(qū)域地下水水質(zhì)與地表水、大氣降水存在密切聯(lián)系，因此對其淺層地下水化學(xué)特征分析和成因展開研究工作尤為重要。本文以贛江中游吉安市井開區(qū)淺層地下水為研究對象，于2019年豐-平-枯水期各采集45組水樣品，查明研究區(qū)水文地質(zhì)條件，對水樣品數(shù)據(jù)進行整理分析，基于Durov圖、Gibbs圖、離子比例系數(shù)、PHREEQC反向模擬法等方法，開展了區(qū)域水化學(xué)特征、演化成因研究及其與環(huán)境相互作用機理分析討論工作，以期為今后贛江中游吉安市井開區(qū)地下水資源開發(fā)利用保護和水質(zhì)評價工作奠定理論基礎(chǔ)。

1? 研究區(qū)概況

研究區(qū)為贛江中游吉安市井開區(qū)，位于吉安市東南部，面積為42.99 km2，規(guī)劃范圍西起105國道，東至繞城高速公路，北起廬陵大道以北200 m，吉州窯文化保護區(qū)南側(cè)，南至南環(huán)路。區(qū)內(nèi)屬平原-低丘陵地貌，海拔由南向北逐漸降低。區(qū)內(nèi)水系以贛江為主流，禾水為支流，亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，年均氣溫為17.5～18.6 ℃，年降水量為1 566.9 mm。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育第四系地層，按其從老到新地層為石炭系梓山組下段灰、灰白色厚層狀含礫不等礫石石英砂巖、粗粒石英砂巖泥質(zhì)粉砂巖，二疊系茅口組硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r，二疊系小江邊組鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖夾灰?guī)r透鏡體及薄層灰?guī)r，白堊系上統(tǒng)南雄組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，第四系上部為粉質(zhì)黏土，下部為礫質(zhì)黏土，中下部細砂及礫砂。區(qū)內(nèi)地下水類型主要有4種：第四系松散巖類孔隙水，富水性中等（單井涌水量142.34～687.69 m3/d）、弱富水（小于100 m3/d）；紅層碎屑巖類孔隙裂隙水，水量貧乏（小于100 m3/d）；碳酸巖類裂隙溶洞水，泉流量小于1 L/s；基巖裂隙水，泉流量小于0.1 L/s。區(qū)域地下水水位埋藏較淺，埋深1.0～6.8 m，以大氣降水、地表水補給為主，由南往北徑流，以泉、人工開采或向贛江、禾水河排泄。

2? 樣品采集與分析方法

2.1? 樣品采集與測定

于2019年4月（豐水期）、9月（平水期）、11月（枯水期）開展本次研究的樣品采集工作，各取45組淺層地下水樣（民井和鉆井），井深8～25 m，采樣點位分布見圖1。取樣時，按規(guī)范操作需待取水樣潤洗3次，完成后，將容器瓶密封并貼好標簽。現(xiàn)場檢測水位和溫度，其余指標K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3、CO2-3、NO-3、TDS、pH等由江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二實驗室完成。

2.2? 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 22.0軟件對研究區(qū)地下水檢測數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析，運用Origin 12b繪制Durov圖、Gibbs圖、離子比例系數(shù)圖?；贓XCEL實現(xiàn)舒卡列夫分類，分析研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)類型和離子含量特征，進一步討論其水化學(xué)組分形成的主要水文地球化學(xué)作用及離子來源。運用PHREEQC軟件對選取的典型水流路徑進行反向水文地球化學(xué)模擬，分析水化學(xué)組分形成的演化過程。

3? 結(jié)果與討論

3.1? 研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)特征

3.1.1? 水化學(xué)組成特征

對所采集的水樣檢測數(shù)據(jù)整理并統(tǒng)計結(jié)果，主要離子相關(guān)參數(shù)見表1。

（1） 由表1可知，研究區(qū)淺層地下水pH范圍為5.33～8.21，平均值為7.15，總體呈中性—弱堿性，豐-平-枯水期數(shù)值略有變化。TDS值范圍為3～566 mg/L，平均值為203.17 mg/L，屬低礦化度水，豐平水期略高于枯水期。研究區(qū)主要陰陽離子濃度在豐-平-枯水期呈現(xiàn)差異，陽離子含量總體為Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+，其中Ca2+范圍值為4.18～113.90 mg/L，豐-平-枯均值分別為20.30，27.83，49.04 mg/L；Mg2+豐-平-枯均值分別為5.00，7.36，6.68 mg/L；HCO-3為優(yōu)勢陰離子，范圍值為3.13～358.25 mg/L，

豐-平-枯均值分別為151.75，159.07，133.22 mg/L；

其次為SO2-4，范圍值為0～431.09 mg/L，豐-平-枯均值分別為23.51，14.26，26.81 mg/L。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是研究區(qū)下伏二疊系碳酸鹽類巖層的溶解使得Ca2+、Mg2+、HCO-3含量較高。

（2） 研究區(qū)地下水水位埋深較淺，水化學(xué)組分必定受人為活動的干擾，少數(shù)水樣品檢測出較高數(shù)值的NH+4、NO-3、SO2-4。如，豐水期NO-3濃度范圍值為0～69.65 mg/L，均值達7.96 mg/L，主要有4處異常點位，推測與人類生產(chǎn)活動、生活垃圾不合理堆放有關(guān)。硫酸鹽礦物的溶解或硫化物的氧化是SO2-4的重要來源，點號DXS30枯水期SO2-4出現(xiàn)最高值431.09 mg/L，可能與周邊工廠廢棄物堆放存在較大影響，但豐水期、平水期值分別為98.92 mg/L和2.11 mg/L，這表明該區(qū)域地下水系統(tǒng)循環(huán)快、水質(zhì)不斷更新，變化幅度大。點號DXS32平水期NH+4出現(xiàn)最高值24.51 mg/L，但豐-枯水期均未檢出，說明豐水期受到一定的人為污染，而之后水質(zhì)得到更新恢復(fù)。

3.1.2? 水化學(xué)類型特征

如圖2所示，地下水樣集中分布在某一區(qū)域，陽離子主要靠近Ca軸，表明研究區(qū)淺層地下水陽離子以Ca2+、Mg2+為主，其毫克當量百分數(shù)平均值為74.07%和21.44%。陰離子數(shù)值點主要靠近三角形的HCO3端，說明陰離子主要為HCO-3，其毫克當量百分數(shù)平均值達78.08%。豐-平水期水樣分布特征較為相似，主要分布在Ca軸、三角形的HCO3端，反映出可能為碳酸鹽巖礦物的風(fēng)化溶解形成主要離子。枯水期水樣分布較豐平水期分散，主要分布在三角形的Ca端、HCO3端和陰離子中間過渡區(qū)域，說明人類活動使部分水化學(xué)類型由HCO3-Ca型轉(zhuǎn)為HCO3·Cl-Ca型、HCO3·SO4-Ca型。

從中間的正方形比較Ca2+、Na++K+和HCO-3、Cl-的百分數(shù)含量，絕大多數(shù)水樣均落在右上部區(qū)域（HCO-3＞Cl-，Ca2+＞Na++K+），包括豐-平水期所有水樣，枯水期3/4的水樣，說明了研究區(qū)淺層地下水主導(dǎo)離子為HCO-3和Ca2+?？菟趨^(qū)域外水樣均位于左上部區(qū)域（Cl-＞HCO-3，Ca2+＞Na++K+），說明存在一定程度人為污染導(dǎo)致Cl-含量增加。

從Cl-、HCO-3的相對含量與pH關(guān)系分析，Cl-相對含量增加，pH明顯有降低趨勢，HCO-3含量增大，則pH增大，枯水期水樣具有最小的pH。從Ca2+、Na++K+與TDS的關(guān)系分析，Ca2+相對含量增大，TDS呈下降趨勢，表明影響研究區(qū)地下水TDS變化的主要離子為陰離子。

對水中離子進行舒卡列夫分類，結(jié)果見表2，研究區(qū)淺層地下水一共有10種水化學(xué)類型，主要有HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3·SO4-Ca型3類，其占比分別為55.56%，23.70%，8.15%，其余水化學(xué)類型均低于5%。

3.2? 研究區(qū)淺層地下水化學(xué)成因分析

3.2.1? 水化學(xué)組分主要控制因素

地下水水化學(xué)組分隨時間和空間的改變而動態(tài)變化，導(dǎo)致水化學(xué)特征各異和成因復(fù)雜。Gibbs圖是根據(jù)c（Na+）/c（Na++Ca2+）和c（Cl-）/c（Cl-+HCO-3）的離子濃度比與TDS之間的比值關(guān)系繪制散點圖，同時劃分了蒸發(fā)濃縮、巖石風(fēng)化和降雨控制3個區(qū)域，從點位的分布位置判斷樣本點水化學(xué)特征形成的主要機制［10-12］。研究區(qū)豐-平-枯水期地下水中c（Na+）/c（Na++Ca2+）和c（Cl-）/c（Cl-+HCO-3）與TDS之間的比值關(guān)系Gibbs圖見圖3。由圖3可知：研究區(qū)豐-平-枯水期淺層地下水中離子含量c（Na+）/c（Na++Ca2+）比值均小于0.5，所有水樣品數(shù)據(jù)點集中分布在圖的中部左側(cè)，表明地下水離子主要受到巖石風(fēng)化作用的控制，而蒸發(fā)濃縮和降雨作用微弱。然而c（Cl-）/c（Cl-+HCO-3）比值大部分小于0.5，分布集中，僅枯水期少部分水樣比值大于0.5，TDS中等偏低，位于圖右下方，表明局部區(qū)域地下水中離子受到降水作用的影響，也可能是該時段人類活動造成Cl-離子的輸入。

通常運用M（Mg2+）/M（Na+）、M（HCO-3）/M（Na+）和M（Ca2+）/M（Na+）的摩爾濃度比值來分析離子來源于碳酸鹽巖、硅酸鹽巖和蒸發(fā)巖的風(fēng)化溶解［13］。研究區(qū)豐-平-枯水期地下水中M（Mg2+）/M（Na+） 、M（HCO-3）/M（Na+） 和M（Ca2+）/M（Na+）關(guān)系（不包括Na+未檢出的樣品數(shù)據(jù)）比值圖見圖4。據(jù)圖4所示，研究區(qū)水樣品數(shù)據(jù)點大部分靠近在碳酸鹽礦物的端元，說明該區(qū)域地下水離子組分主要由碳酸鹽巖礦物風(fēng)化溶解作用控制，與下伏含水層巖性為二疊系硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r相對應(yīng)?？菟诓糠炙畼悠窋?shù)據(jù)投影點靠近硅酸鹽巖礦物端元，也說明研究區(qū)地下水離子也受到硅酸鹽礦物風(fēng)化作用的影響。

3.2.2? 水化學(xué)組分主要離子來源

為進一步分析研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)成因及變化規(guī)律，運用離子比例系數(shù)法分析地下水的演化規(guī)律、識別水化學(xué)組分來源，即通過比較不同離子毫克當量濃度（單位為mEq，用符號γ表示）間的關(guān)系，判斷離子主要來源。

（1） 利用γ（Na++K+）/γ（Cl-）比值來判定地下水中Na+、K+的來源。若γ（Na++K+）/γ（Cl-）接近于1，說明主要來自于鹽巖溶解；若大于1，則說明Na+、K+除鹽巖外還來自于硅酸鹽巖溶解，或者存在陽離子交換作用［14-16］。如圖5（a）所示，樣品點集中于左下角，濃度較低，部分樣品點位于1∶1線附近，表明地下水中Na+、K+主要來源于鹽巖溶解，部分數(shù)據(jù)投影點偏離1∶1線并處于線下方，表明人為污染改變了Cl-離子含量。

（2） 利用γ（Ca2++Mg2+）/γ（HCO-3）和γ（Ca2++Mg2+）/γ（HCO-3+SO2-4）比值來判定地下水中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4的來源。若γ（Ca2++Mg2+）/γ（HCO-3+SO2-4）比值大于1，表明存在硅酸鹽巖的溶解；而小于1，反映出水化學(xué)過程伴隨了離子交換吸附作用［17］。研究區(qū)水樣點總體分布在1∶1線附近，說明既有碳酸鹽礦物的溶解也有硫酸鹽礦物（石膏）的溶解，尤其是枯水期水樣點最靠近1∶1；而豐-平水期水樣點大部分位于1∶1線下方，則表明此時段研究區(qū)淺層地下水中的Ca2+、Mg2+離子來自碳酸鹽巖、硫酸鹽巖礦物的溶解，且同時陽離子交替吸附作用不可忽略，或者存在其他陽離子與HCO-3、SO2-4相平衡。γ（Ca2++Mg2+）/γ（HCO-3）比值圖與其圖5（c）相似，而隨HCO-3含量的增加，水樣品數(shù)據(jù)點分布整體輕微向上移動，表明石膏的溶解產(chǎn)生的SO2-4、Ca2+較少。

（3） 利用γ（Ca2+）/γ（Mg2+）來判定主要溶解的碳酸鹽礦物是白云石或方解石。若比值為1，表明為白云石的溶解，隨著數(shù)值的增大，方解石的溶解增加；而比值大于2，表明硅酸鹽礦物的溶解對地下水中Ca2+、Mg2+ 來源有顯著貢獻［18］。如圖5（d）所示，研究區(qū)水樣品數(shù)據(jù)點多數(shù)分布于2：1線外，尤其枯水期，表明水化學(xué)離子組分Ca2+、Mg2+不僅源于白云石、方解石的溶解，硅酸鹽巖礦物的溶解也有較大貢獻。

（4） 利用γ（Cl-+SO2-4）/γ（HCO-3）比值來判定水化學(xué)組分主要蒸發(fā)巖或碳酸鹽巖礦物的溶解。若比值大于1，表明蒸發(fā)巖的溶解作用大；若小于1，則表明碳酸鹽巖的溶解作用大［19-20］。如圖5（e）所示，研究區(qū)豐-平-枯水期水樣點絕大多數(shù)位于1∶1線的下方，意味著碳酸鹽巖礦物的溶解作用對水中各離子的形成有較大影響。

（5） 利用γ（Ca2++Mg2+-HCO-3-SO2-4）/γ（Na++K+-Cl-）比值來判定水化學(xué)組分受到陽離子交替吸附作用的影響大?。?1-22］。如圖5（f）所示，研究區(qū)枯-平水期部分水樣品數(shù)據(jù)點分布于-1∶1線上，表明該時期地下水中存在陽離子交換作用，而豐水期水樣品數(shù)據(jù)點的分布偏離-1∶1線，表明該時期陽離子交換作用不明顯。

（6） 利用氯-堿指數(shù)CAI-Ⅰ和CAI-Ⅱ判定陽離子交換作用的程度和方向。若CAI-Ⅰ、CAI-Ⅱ均為負值，表示巖土表面的Na+、K+代換了地下水中的Ca2+、Mg2+；若均為正值，則表示Ca2+、Mg2+交換了

Na+、K+［23-24］。如圖6所示，研究區(qū)枯-平水期大部

水樣點CAI-Ⅰ和CAI-Ⅱ為正值，占樣品總數(shù)的75%，說明含水層礦物表面的Ca2+、Mg2+取代了地下

水中Na+、K+，即存在逆向陽離子交換作用。研究區(qū)

淺層地下水水流交替迅速，含有豐富的二氧化碳，加速了

溶濾作用，Ca2+、Mg2+逐漸變成主要的陽離子。

3.3? 反向水文地球化學(xué)模擬

PHREEQC是用于模擬水文地球化學(xué)反應(yīng)的軟件，計算礦物飽和指數(shù)（SI）和電荷平衡系數(shù)為前置工

作［25］。若礦物飽和指數(shù)SI＞0，則表明該礦物在水中

達到飽和；若SI＜0，則表明該礦物在水中不飽和［26］。結(jié)合水文地質(zhì)條件、水文地質(zhì)調(diào)查，選取兩個剖面的兩條水流路徑進行模擬，分別為路徑1（DXS14→DXS06）、路徑2（DXS39→DXS35），根據(jù)路徑水樣點化學(xué)組分（表3），從上游到下游地下水各化學(xué)組分隨水流含量升高，路徑2總體略高于路徑1。計算各模擬路徑起始點電荷平衡系數(shù)和礦物飽和指數(shù)如表4所示，各模擬點電荷平衡系數(shù)幾乎為0，表明溶液基本處于電荷平衡狀態(tài)；路徑1中硬石膏、文石、方解石、白云石、石膏、巖鹽、鉀鹽處于不飽和狀態(tài)；而路徑2中文石、方解石、白云石處于飽和及平衡狀態(tài)，表明地下水在流動過程中存在礦物的溶解或沉淀。

根據(jù)模擬路徑點的礦物飽和指數(shù)，結(jié)合淺層地下水的賦存條件，第四紀地層、紅層碎屑巖及碳酸鹽地層中的常見礦物，結(jié)合前人研究成果［27-28］，選取白云石、方解石、石膏、巖鹽、鉀鹽、鉀長石、鈉長石、鈣長石、CO2（g）以及Na+、Mg2+、Ca2+作為可能礦物相。運用

PHREEQC建立反向水文地球化學(xué)模型，調(diào)試不確定系數(shù)為0.05，運行模擬出路徑1、2發(fā)生水巖相互作用

的礦物轉(zhuǎn)移質(zhì)量（表5）。結(jié)果表明：路徑1中白云石、石膏、巖鹽、鉀長石、CO2（g）的溶解，溶解量最大為巖鹽的1.02 mmol/L，方解石發(fā)生沉淀，遷出量為0.611 mmol/L，水巖相互作用較弱;路徑2中存在白云石、方

解石、石膏、巖鹽、CO2（g）的溶解，少量鉀長石遷出，摩

爾轉(zhuǎn)移量為0.027 mmol/L，鈉長石的溶解、沉淀與鉀

長石的狀態(tài)高度相關(guān)。兩條路徑均發(fā)生巖石中的

Ca2+置換地下水中的Na+的逆向陽離子交換作用，與前文氯堿指數(shù)分析得出結(jié)論相同，物質(zhì)轉(zhuǎn)移量與溶解沉淀量相當，表明陽離子交換作用為重要的水文地球化學(xué)作用過程。

4? 結(jié) 論

（1） 研究區(qū)淺層地下水pH均值為7.15，總體呈中性—弱堿性，TDS均值為203.17 mg/L，屬低礦化度水，HCO-3、Ca2+為優(yōu)勢陰陽離子，少數(shù)水樣品檢測出較高數(shù)值的NH+4、SO2-4，豐-平-枯水期差異較大，表明區(qū)域地下水循環(huán)更新較快，恢復(fù)較快。

（2） 根據(jù)Durov圖分析，地下水陰陽離子以HCO-3、Ca2+、Mg2+為主，可能為碳酸鹽巖礦物的風(fēng)化溶解作用形成；從Ca2+、Na++K+與TDS關(guān)系分析，影響研究區(qū)地下水TDS變化的主要離子為陰離子；研究區(qū)淺層水化學(xué)類型有10種，主要為HCO3-Ca型，HCO3-Ca·Mg型，HCO3·SO4-Ca型3種。

（3） 根據(jù)Gibbs圖、主要離子濃度比值，表明研究區(qū)淺層地下水水文地球化學(xué)作用為巖石風(fēng)化作用。碳酸鹽巖礦物的溶解對研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)組分的形成起決定作用，同時硅酸鹽礦物也存在一定影響。其中Na+、K+主要來自鹽巖的溶解，SO2-4源于少量蒸發(fā)巖礦物的溶解，據(jù)75%水樣品氯堿指數(shù)均為正值，表明發(fā)生了逆向陽離子交換作用。

（4） 根據(jù)兩條水流路徑的反向水文地球化學(xué)模擬結(jié)果，表明白云石、石膏、巖鹽發(fā)生溶解作用，方解石狀態(tài)存在差異，存在一定的逆向陽離子交換作用影響Ca2+、Na+的濃度。

綜上所述，研究區(qū)淺層地下水總體水質(zhì)較好，水化學(xué)特征受氣候、巖性、人類活動等影響，不同時期略有差異。地下水補徑排條件好，水化學(xué)組分主要受巖石風(fēng)化溶解作用控制，各離子來源不一，水巖作用中各礦物溶解沉淀交互，陽離子交換作用不可忽視。

參考文獻：［1］? 黃旭娟.環(huán)鄱陽湖區(qū)淺層地下水化學(xué)和同位素特征及成因分析［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2017.

［2］? 王慧瑋，郭小嬌，張千千，等.濾沱河流域地下水水化學(xué)特征演化及成因分析［J］.環(huán)境化學(xué)，2021，40（12）：3838-3845.

［3］? 吳通航，劉海燕，張衛(wèi)民，等.鄱陽湖流域贛江下游水化學(xué)特征及人類健康風(fēng)險評價［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2022，36（2）：427-438.

［4］? 劉小真，楊子依，曹炳偉，等.贛江主要河流豐水期-枯水期氮磷營養(yǎng)鹽分布特征［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2023，39（2）：21-32.

［5］? 王潤濤，錢家忠，王宿軒，等.南淝河下游淺層地下水水化學(xué)特征及成因分析［J/OL］.現(xiàn)代地質(zhì)，1-10［2024-04-08］.

https：∥doi.org/10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.028.

［6］? 鄒嘉文，劉飛，張靖坤.南水北調(diào)典型受水區(qū)淺層地下水水化學(xué)特征及成因［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2022，42（5）：2260-2268.

［7］? 李捷，姜穎，劉玉蓮，等.涼水河流域地下水水化學(xué)特征和時空變化規(guī)律［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2022，42（4）：1847-1853.

［8］? 唐春雷，申豪勇，趙春紅，等.古堆泉域巖溶地下水水化學(xué)特征及成因［J］.環(huán)境科學(xué)，2023，44（9）：4874-4883.

［9］? 候林麗，鄒武，徐鵬，等.贛江吉安河段水質(zhì)變化及其趨勢分析［J］.人民長江，2020，51（11）：58-63.

［10］GIBBS R J.Mechanisms controlling world water chemistry［J］.Science，1970，170（3962）：1088-1090.

［11］LIANG H T，WANG W，LI J L et al.Hydrochemical characteristics and health risk assessment of groundwater in Dingbian county of the Chinese Loess Plateau，northwest China［J］.Environmental Earth Sciences，2022，81（11）：1-16.

［12］XIAO Y，ZHANG J H，LONG A H，et al.Hydrochemical characteristics and formation mechanism of quaternary groundwater in Baoshan Basin，Western Yunnan，China［J］.Water，2023，15（15）：2736.

［13］吳璽，安永會，魏世博，等.黑河下游鼎新谷地淺層地下水水化學(xué)特征及演化規(guī)律［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2021，35（9）：103-109.

［14］鄭慧銘，張豐，史啟朋，等.煤炭資源型城市淺層地下水化學(xué)特征及成因分析［J］.人民長江，2024，55（2）：51-56.

［15］吳銘杰，李勝偉，王東輝，等.岷江流域含石膏地層地下水水化學(xué)差異性研究［J］.人民長江，2023，54（7）：14-21.

［16］蔡小虎，康叢軒.錢塘江下游濱江地區(qū)地下水水化學(xué)特征與水質(zhì)評價［J］.人民長江，2023，54（6）：27-33.

［17］劉松韜，張東，李玉紅，等.伊洛河流域河水來源及水化學(xué)組成控制因素［J］.環(huán)境科學(xué)，2020，41（3）：1184-1196.

［18］李瀟瀚，張翼龍，王瑞，等.呼和浩特盆地地下水化學(xué)特征及成因［J］.南水北調(diào)與水利科技，2018，16（4）：136-145.

［19］ZHANG L Z，LIANG X J，XIAO C L et al.Hydrochemical characteristics and the impact of human activities on groundwater in a semi-arid plain：a case study of western Jilin Province，Northeast China［J］.Environmental Science and Pollution Research，2023，30（2）：110204.

［20］李會亞，馮起，陳朋娟，等.民勤綠洲灌區(qū)地下水水化學(xué)特征及其演化驅(qū)動機理［J］.干旱區(qū)研究，2017，34（4）：733-740.

［21］ZHANG J W，LIANG X，JIN M G，et al.Identifying the groundwater flow systems in a condensed rivet-network interlluve between the Han River and Yangtze River （China） using hydrogeochemi-cal indicators［J］.Hydrogeology Journal，2019，27（7）：2415-2430.

［22］ZHAO Q，LUO Z J，DU J G et al.Hydrogeochemical characteristics and genesis of geothermal water in Xiaoyangkou，Nantong，China［J］.Environmental Earth Sciences，2023，82：456.

［23］吳嘉鈴，王瑩，胡倩，等.雷州半島地下水水化學(xué)特征及成因分析［J］.安全與環(huán)境工程，2022，29（1）：145-154.

［24］胡昱欣，周瑞靜，宋煒，等.北京市豐臺區(qū)永定河以東淺層地下水水化學(xué)演變規(guī)律及成因分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2024，45（5）：2651-2664.

［25］萬朔陽，吳勇，李仁海，等.什邡市城市規(guī)劃區(qū)地下水化學(xué)特征及演化模擬［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（26）：94-100.

［26］趙江濤，周金龍，梁川，等.新疆焉耆盆地平原區(qū)地下水反向水文地球化學(xué)模擬［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2017，31（10）：65-70.

［27］余東，周金龍，張杰，等.新疆喀什地區(qū)地下水鐵錳水文地球化學(xué)及演化規(guī)律［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2021，41（6）：2169-2181.

［28］陳盟，吳勇，高東東，等.廣漢市平原區(qū)淺層地下水化學(xué)演化及其控制因素［J］.吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2016，46（3）：831-843.

（編輯：劉 媛）

Evolution of groundwater hydrochemical characteristics and origin analysis in middle reaches of Ganjiang River

HU Jian1，2，F(xiàn)AN Chao3，LU Zhigang1，2

（1.School of Resources and Civil Engineering，Gannan University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China；

2.Ganzhou Key Laboratory of Mine Geological Disaster Prevention and Control and Ecological Restoration，Gannan University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China；

3.The Seventh Geological Brigade of Jiangxi Bureau of Geology，Ganzhou 341000，China）

Abstract：

Ganjiang River is the main water source of Jiangxi Province，studying its groundwater hydrochemical characteristics and genesis mechanism is crucial for the protection of the water quality in the basin.This study selected the Jingkai area of Ji′an City in the middle reaches of the Ganjiang River as the research area and collected 45 sets of shallow groundwater samples during the flood season，normal season，and dry season in 2019.Then，methods such as mathematical statistics，Durov diagrams，Gibbs diagrams，ion ratio coefficients，and PHREEQC reverse simulation were used to study the hydrochemical distribution characteristics and composition types of shallow groundwater in the region.The main controlling factors and ion sources of the main components were discussed，and hydrogeochemical simulations of typical runoff paths were carried out.The results showed that：the shallow groundwater in the study area belongs to low salinity freshwater，with the main anions and cations being HCO-3 and Ca2+.The abnormal values of NH+4，NO-3，and SO2-4 in some samples are related to human activities.The main chemical types of groundwater in the study area are HCO3-Ca，HCO3-Ca·Mg，and HCO3·SO4-Ca.The main controlling factor of the formation of groundwater chemistry in the study area is rock weathering.From the ion ratio relationship，it can be concluded that the main source of water components is the dissolution of carbonate minerals，among them，Na+ and K+ mainly come from the dissolution of salt rocks，SO2-4 comes from the dissolution of a small amount of evaporite minerals （gypsum），Ca2+ and Mg2+ come from the dissolution of calcite，dolomite，and silicate minerals.The reverse simulation results of hydrogeochemistry indicated that the dissolution of dolomite，gypsum，and rock salt occurs along the water flow path.Combined with the chlor alkali index，there is a certain degree of reverse cation exchange in groundwater flow.The results can provide some theoretical basis for the development，utilization，and protection of groundwater in the middle reaches of the Ganjiang River.

Key words：

shallow groundwater; hydrochemical characteristics; ion source; PHREEQC; middle reaches of Ganjiang River