衛(wèi)寧北山山前地下水特征分析及水質(zhì)評價

張?zhí)煳?，李學(xué)軍，強　楊，孟　杰

(1.寧夏礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏銀川750021； 2.重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院，重慶合川401520)

衛(wèi)寧北山山前地下水特征分析及水質(zhì)評價

張?zhí)煳?，李學(xué)軍1，強楊2，孟杰1

(1.寧夏礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏銀川750021； 2.重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院，重慶合川401520)

摘要：以衛(wèi)寧北山石空段地下水為研究對象，結(jié)合中寧平原盆地已有的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料,介紹了山前地下水水文地質(zhì)、賦存、補給徑流排泄特征、水化學(xué)特征和地下水變化動態(tài)。地下水受構(gòu)造地貌控制由山前流向黃河，補給來源主要為大氣降水，水巖相互作用從A1—A5點以溶濾、A6—A7混合作用為主，逐漸演變成A8—A10的以濃縮-蒸發(fā)為主。水質(zhì)測試表明:地下水由山前至濱河由苦咸水轉(zhuǎn)化為淡水(微咸水)，水化學(xué)類型由Cl·SO4-Na(Cl·SO4-Na)型轉(zhuǎn)為HCO3·SO4-Ca·Na型，平原區(qū)水質(zhì)屬于較差類別。受人類活動影響，主要污染物為氨氮等。

關(guān)鍵詞：地下水特征；地下水水質(zhì)；衛(wèi)寧北山；寧夏中寧

0引言

中寧縣地處寧夏回族自治區(qū)中部西側(cè)，黃河穿縣而過，城鎮(zhèn)建設(shè)主要分布于黃河沖積平原兩側(cè)。近年來，隨著寧廈自治區(qū)人民政府沿黃經(jīng)濟帶建設(shè)工程的不斷推進，黃河兩岸生態(tài)環(huán)境保護顯得尤為重要。中寧縣石空鎮(zhèn)位于黃河北岸，為沿黃經(jīng)濟帶重要的樞紐，同時也是寧夏重點發(fā)展的工業(yè)園區(qū)之一。隨著中寧石空鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)的建設(shè)與開發(fā)，地下水安全問題不容忽視，局部地區(qū)地下水可能已經(jīng)存在污染問題。對石空鎮(zhèn)新寺溝—黃河一線進行水文地質(zhì)調(diào)查及水質(zhì)檢測，目的是在了解地下水特征的基礎(chǔ)上，為當(dāng)?shù)氐叵滤拈_發(fā)保護及污染防治提供基礎(chǔ)水文地質(zhì)及水質(zhì)資料，為區(qū)域供水安全、生態(tài)環(huán)境決策提供安全科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

中寧平原深居內(nèi)陸，屬溫帶大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季酷熱，風(fēng)大沙多；氣溫年、日差較大，年均溫度9.5 ℃，晝夜溫差10～15 ℃。全年日照時數(shù)2 000～3 000h，是我國日照資源最豐富的地區(qū)之一；年均降水量202.1 mm，6—8月的降水量占全年降水量的61%；年蒸發(fā)量1 947.1 mm，是年均降水量的9.6倍。無霜期短而多變，并有干旱冰雹、霜凍等災(zāi)害性天氣。植被稀疏，覆蓋率很低，多旱生灌木和沙生、鹽生植被。黃河中寧河段的主要水域功能為農(nóng)灌和工業(yè)用水。研究區(qū)范圍自新寺溝至黃河一線。新寺溝系衛(wèi)寧北山一山間溝谷，呈近北西—南東向延伸，呈“U”型，東西兩側(cè)為低山，兩側(cè)山體高程1 280～1 300 m，汛期形成地表洪流經(jīng)平原區(qū)流向黃河，下游為山間沖積平原及黃河沖積平原。

1.2　地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

衛(wèi)寧北山主要地層系由泥盆系中寧組—石炭系丑牛溝組一系列鈣質(zhì)粉砂巖，中厚—厚層細(xì)粒長石、石英砂巖，厚層灰?guī)r、泥巖構(gòu)成，巖體內(nèi)構(gòu)造裂隙較發(fā)育。地下水水位較深；山前丘陵區(qū)地層主要以古近系—新近系泥巖-粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖-粉砂巖互層組成，地下水主要賦存于粉砂巖中，沉積顆粒自兩側(cè)山前向新寺溝中間部位逐漸變細(xì)，古近系—新近系出露面積不大；黃河沖洪積平原為研究區(qū)A8—A10，自第四紀(jì)以來持續(xù)下降，堆積了厚達(dá)100余m的松散沉積物，主要由卵礫石、砂質(zhì)土及黏土組成。

地貌單元上，總體趨勢為北高南低；主要地貌形態(tài)有中山、低山丘陵、山間洼地及沖洪積平原，地形復(fù)雜，海拔高程均在1 000 m以上。衛(wèi)寧北山為寧南弧形地貌結(jié)構(gòu)性的北緣界山，橫亙在衛(wèi)寧平原之北，山體走向西東，長50 km，最高峰土窯峰1 687 m。地形地勢特征反映了構(gòu)造的輪廓，第四紀(jì)以來，由于地殼上升，地形切割強烈，“V”形溝發(fā)育，山陡谷深。低山丘陵主要分布于衛(wèi)寧北山與衛(wèi)寧平原過渡帶上。衛(wèi)寧平原呈東西向展布，主要由黃河沖積平原和山麓沖積扇組成。黃河沖積平原地形平坦開闊，第四紀(jì)以來持續(xù)下降，堆積了厚達(dá)100余m的松散沉積物(韓強強，2012)，由于人類活動改變了原有的地貌景觀，農(nóng)田成片，溝渠縱橫，形成了獨具特色的灌區(qū)地貌景觀。

地勢及地貌特征決定了地表及地下水的主要流向。

2采樣及測試

2.1　野外調(diào)查及取樣

野外調(diào)查采樣區(qū)位于黃河石空鎮(zhèn)北岸，在以往水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，分別在2012年4月和7月進行了野外調(diào)查及取樣。共采樣10組。其中，樣品A1、A2、A3、A4、A5為丘陵區(qū)水文鉆孔，A6、A7為沖積扇區(qū)鉆孔，A8、A9、A10為下游平原區(qū)農(nóng)村自用井。采樣點分布見圖1。

圖1　研究區(qū)樣點分布圖Fig.1　Map showing distribution of sample locationin the study area

2.2　測試方法

3地下水水化學(xué)特征

3.1　地下水類型及分布規(guī)律

根據(jù)地下水賦存條件及含水層巖性特征，將研究區(qū)內(nèi)的地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水和紅層孔隙裂隙水兩大類型。

3.1.1第四系松散巖類孔隙水第四系松散巖類孔隙水主要分布在新寺溝下游溝床及黃河沖積平原區(qū)。

新寺溝下游溝床至山口，第四系主要由沖洪積及零星黃土組成。厚度一般為3～10 m。局部地段不含水，地下水位埋深由灰場下游向出山口遞減。

據(jù)區(qū)域資料，黃河沖積平原區(qū)第四系厚度變化區(qū)間3.80～48.00 m，主要由砂礫石，礫砂夾砂黏土組成，含水層厚度約為22.11 m，單孔涌水量379.30 m3/d,富水性較強。

3.1.2古近系—新近系碎屑巖類風(fēng)化孔隙裂隙水古近系—新近系碎屑巖類風(fēng)化孔隙裂隙水即紅層空隙裂隙水，分布在包蘭鐵路線以北，新寺溝兩岸，以古近系清水營組(E3q)和新近系紅柳溝組(N1h)的含礫砂巖、粗砂巖為主。地層上部以含礫砂巖、粗砂巖為主。

3.2　地下水補徑排條件

研究區(qū)根據(jù)地形、地貌、成因分為山區(qū)和平原區(qū)。

山區(qū)地下水主要的補給來源有大氣降水，山洪下滲補給。徑流方向受地表形態(tài)影響較大，水流方向系由西北山區(qū)流向新寺溝，新寺溝沿地勢由高向低，即由西北向東南流。排泄方式主要有陸面蒸發(fā)，植被吸收及邊界排泄。

圖2　研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖Fig.2　Hydrogeologic profile of the study area

平原區(qū)地下水補給來源較多，主要有大氣降水，灌溉入滲，山區(qū)側(cè)向補給，山洪入滲補給。平原區(qū)為引黃灌區(qū)，平均每公頃用水量約大于3 000 m3/a，因此渠道及田間的灌溉入滲成為其主要的地下水補給來源。平原區(qū)徑流條件較為簡單，總體由出山口流向黃河。排泄方式有人工開采，陸面蒸發(fā)，植物蒸騰及向黃河的地下徑流。

3.3　地下水動態(tài)

根據(jù)多年資料，研究區(qū)內(nèi)地下水水位埋深年際變化介于1.20～19.99 m之間。地下水流向總體趨勢是由北向南，地下水水位埋深由衛(wèi)寧北山山前向黃河一線漸淺。在紅土丘陵地區(qū)地下水水位在10.81～19.99 m之間，平原區(qū)地下水水位埋深在6 m之內(nèi)。

山區(qū)地下水動態(tài)受季節(jié)影響變化明顯，夏秋季接受降水入滲補給較大，水位上升；冬春季節(jié)水位下降。丘陵區(qū)水位枯豐2季變幅為0.23～1.41 m，平均0.58 m。

黃河沖積平原區(qū)田間滲漏對地下水動態(tài)影響較大，4—6月是西北地區(qū)氣候上的旱季，也是一般地下水的枯水季節(jié)。但在引黃灌區(qū)卻不同，第二年4月底開始放水灌溉，水位迅速上升，直到9月停灌，地下水水位有所下降，至11月下旬冬灌，水位上升后至冬灌結(jié)束又下降，來年4月又上升。因此,該區(qū)地下水的枯水季節(jié)(1—4月)和豐水季節(jié)(5—12月)與灌溉周期相吻合(張學(xué)英等，2007)。根據(jù)2次觀測結(jié)果，引黃灌溉平原區(qū)地下水枯豐水位變幅為0.31～1.85 m，平均變幅在1.4 m左右。

3.4　地下水水化學(xué)特征

從地下水水化學(xué)類型綜合表可以看出(表1)，地下水礦化度在0.47～2.04 g/L之間。礦化度最高點出現(xiàn)在A4點，即紅土丘陵下游最后一點，造成此處礦化度偏高的原因除地貌與水文條件外，主要是古近系紅土地層中高鹽分所致；最低點出現(xiàn)在溝谷出山口的A6點處，主要是由于該地位于溝口洪積扇上，地層以中—細(xì)砂為主且地下水徑流條件較好，加之躍進渠下滲補給，礦化度最低。

總體而言，丘陵區(qū)的地下水礦化較平原區(qū)高，范圍在1.16～2.04 g/L之間,平均1.66 g/L；A6—A7地下水礦化度稍高，平均0.50 g/L；A8—A10的平原地區(qū)礦化度較低，小于1 g/L,屬于淡水，可以直接飲用；濱河地區(qū)因為黃河水頂托，排泄不暢，地下水礦化度有所上升，2點均大于1 g/L，屬于微咸水。

表1　研究區(qū)地下水水化學(xué)組分

表2　各離子及礦化度之間相關(guān)性結(jié)果

注：“*”、“**”、“***”分別表示通過0.05、0.01、0.001顯著性檢驗

圖3　研究區(qū)地下水Piper圖Fig.3　Piper diagrams of groundwater in the study area

研究區(qū)地下水的氟主要來源于含氟量較高的礦物，通過降水的溶濾和入滲作用，使得F-在地下水中有一定的富集。研究區(qū)F-體積質(zhì)量在范圍在0.56～3.8 mg/L之間。在A1—A5點均大于2 mg/L，平原區(qū)小于0.8 mg/L，可見F-主要來源于丘陵區(qū)的溶濾下滲過程。

4地下水水質(zhì)分析與評價

4.1　水質(zhì)分析

丘陵區(qū)因為地下水受到下伏古近系紅層影響，氟、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物等單項指標(biāo)均超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類指標(biāo)，水質(zhì)極差，無評價意義，因此不予評價。按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—93)中規(guī)定的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)對研究區(qū)內(nèi)平原區(qū)(飲水區(qū))進行地下水水質(zhì)單因子評價。選取指標(biāo)有：pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、砷、汞、鉻(6價)、總硬度、鉛、氟、鐵、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物等。

平原區(qū)5組水樣結(jié)果表明,該地區(qū)地下水水質(zhì)受多種因素影響，符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)有2點，其他3點為符合Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(表3)。在超標(biāo)水樣中, 超標(biāo)率最高的項目為總硬度，其次為氨氮和硫酸鹽及高錳酸鉀指數(shù),最低的為氟和溶解性總固體。在單組水樣中, 超標(biāo)項目最多的為A9點、超標(biāo)項目為4 項,氨氮、硫酸鹽、總硬度及溶解性總固體均超標(biāo)。

表3　地下水水質(zhì)超標(biāo)項目表

4.2　水質(zhì)評價

綜合來看, 平原區(qū)地下水水質(zhì)較差,部分地下水水質(zhì)超過地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。就超標(biāo)的項目分析, 主要集中在氨氮、硫酸鹽和總硬度3個參數(shù), 氨氮超標(biāo)主要是平原區(qū)農(nóng)耕生產(chǎn)農(nóng)藥化肥(農(nóng)家肥)使用引起；硫酸鹽和總硬度項目超標(biāo)原因與原生地質(zhì)背景有關(guān)。從超標(biāo)項目性質(zhì)來說, 超標(biāo)的多個項目經(jīng)過水質(zhì)處理均可達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 水質(zhì)經(jīng)過處理后, 研究區(qū)地下水均可滿足生產(chǎn)用水要求(李春梅等，2010；汪美華等，2012)。

5結(jié)論

(1) 研究區(qū)地下水流場受到構(gòu)造地貌的控制作用,地下水流向由西北向東南流, 天然水化學(xué)類型、礦化度和硬度呈現(xiàn)明顯的水平分帶性。研究區(qū)地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水和紅層孔隙裂隙水兩大類型。第四系松散巖類孔隙水主要分布在新寺溝下游溝床及黃河沖積平原區(qū)，紅層孔隙裂隙水兩大類型主要分布于山前分布的古近系地層中。地下水主要的補給來源有大氣降水，山洪下滲補給等，排泄方式有人工開采、陸面蒸發(fā)、植物蒸騰及向黃河的地下徑流。

(2) 地下水動態(tài)受季節(jié)影響變化明顯，夏秋季接受降水入滲補給較大，水位上升；冬春季節(jié)水位下降。丘陵區(qū)水位枯豐2季變幅范圍0.23～1.41 m，平均0.58 m。黃河沖積平原區(qū)受灌溉影響，4—6月為枯水季節(jié)，4—9月為枯水期，地下水水位有所下降，至11月下旬冬灌，水位上升后至冬灌結(jié)束又下降。根據(jù)觀測結(jié)果，引黃灌溉平原區(qū)地下水枯豐水位變幅0.31～1.85 m，平均變幅在1.4 m左右。

(3) 地下水由山前至濱河地下水礦化度降低，苦咸水轉(zhuǎn)化為淡水(微咸水)，從A1—A10, 水化學(xué)類型由Cl·SO4-Na(Cl·SO4-Na)型轉(zhuǎn)為HCO3·SO4-Ca·Na型。水巖作用由溶濾作用逐減轉(zhuǎn)化為混合作用，到濱河區(qū)轉(zhuǎn)化為濃縮-蒸發(fā)作用。

(4) 丘陵區(qū)地下水由于地質(zhì)背景因素，水質(zhì)極差，山前沖洪積扇區(qū)(A7點), 水力坡度大, 徑流條件好, 礦化度和硬度較低, 水質(zhì)好, 是城市集中供水水源地的良好選擇。平原區(qū)水質(zhì)屬于較差類別，受人類活動影響，主要污染物為氨氮，總硬度及硫酸鹽，建議當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)養(yǎng)成良好的衛(wèi)生環(huán)保習(xí)慣，不隨意潑灑生活污水，廁所和牲口棚的位置合理布置，避免污染地下水。

參考文獻：

陳立, 張發(fā)旺,程彥培，等.2009.寧夏海原盆地地下水水化學(xué)特征及其演化規(guī)律[J].現(xiàn)代地質(zhì),23(1)：9-14.

段磊，王文科，曹玉清，等. 2007.天山北麓中段地下水水化學(xué)特征及其形成作用[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，21(9)：29-34.

韓強強. 2012.寧夏衛(wèi)寧平原水文地質(zhì)條件與地下水化學(xué)特征淺析[J]. 科技信息，(9)：444-445.

李春梅,王書峰.2010.新疆塔里木河源生態(tài)脆弱區(qū)庫車河灌區(qū)地下水特征分析[J].地下水，32(6)：43-45.

汪美華，張隆，柴義倫.2012.皖南山區(qū)農(nóng)村地下水化學(xué)特征分析與水質(zhì)評價[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),39(5):37-41.

葉志清.2010.淺層地下水化學(xué)成分特征及成因分析[J].地下水，32(1)：40-43.

張學(xué)英,包淑萍,馮平秀.2007.衛(wèi)寧灌區(qū)地下水動態(tài)規(guī)律及影響分析[J].水資源與水工程學(xué)報，18(6)：103-105.

趙楓.2011.新疆阿其克蘇河沿岸地下水水質(zhì)與主要離子關(guān)系研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,25(11)：9-14.

鄭麗春，繆曉圖，薛寧菊，等.2012.用水化學(xué)動力學(xué)方法分析評價蘇錫常地區(qū)孔隙Ⅱ承壓水超采狀態(tài)下補給條件的意義[J].地質(zhì)學(xué)刊,36(2):180-191.

Characteristics of groundwater in the piedmont area of the Weiningbeishan region and water quality evaluation

ZHANG Tian-wen1, LI Xue-jun1, QIANG Yang2, MENG Jie1

(1.Ningxia Mineral Geological Survey Institute,Yinchuan 750021,Ningxia, China； 2.College of Mobile, Chongqing University of Posts and Telecommunications Hechuan 401520,Chongqing,China)

Abstract：This paper presents the hydrogeological features, occurrence, discharge of feeder, water chemical analysis and dynamic changes of groundwater from the Shikong section of Ningweibeishan region, Ningxia, combined with the previous geological, hydrogeological data for the plain basin. It is indicated that, the groundwater shows a significant control by the tectonic landform, flowing from the piedmont to the Yellow River, and is mainly sourced from atmospheric precipitation. The water rock interaction evolved gradually from leaching (sample points A1—A5), mixing effects (sample points A6—A7) to concentration-evaporation (sample points A8—A10). Water quality tests suggest that, the groundwater transformed from brackish water to fresh water (slightly saline water) from the piedmont to riverside, and the hydrochemical types vary from Cl·SO4-Na (Cl·SO4-Na) type to ·SO4-Ca·Na type. Groundwater quality in the plain area belongs to a poor level as impacted by human activities, and the main pollutants are ammonia nitrogen.

Keywords：groundwater characteristics; groundwater quality; Weiningbeishan; Zhongning, Ningxia

作者簡介：張?zhí)煳?1985—)，男，助理工程師，碩士，主要從事水工環(huán)及地質(zhì)災(zāi)害研究工作，E-mail：ztw1311@163.com

收稿日期：2013-09-12；修回日期：2013-09-25；編輯：蔣艷

中圖分類號：P641

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2015)01-0121-06

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.01.121