沂沭河下游平原地下水TDS和水化學(xué)類型的分布規(guī)律

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。

[1] 楊東升.略論連云港在中部崛起和西部開(kāi)發(fā)中的戰(zhàn)略地位[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(人文社會(huì)科學(xué)版),2007,(2):58-61.

[2] 裴 平,劉 璐.江蘇沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的金融支持[J].現(xiàn)代金融,2010,(7):7-9.

[3] 陶 蕓, 郝社峰. 連云港南部沿海地區(qū)地面沉降驅(qū)動(dòng)因素研究[J]. 安全與環(huán)境工程, 2014,21(6):53-59.

[4] 黃敬軍,陸 華.江蘇沿海地區(qū)深層地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004,31(6):64-68.

[5] 周慧芳,譚紅兵,張西營(yíng),等.江蘇南通地下水補(bǔ)給源、水化學(xué)特征及形成機(jī)理[J].地球化學(xué),2011,40(6):566-576.

[6] 周慧芳,譚紅兵,張文杰.南通地區(qū)地下水循環(huán)與水化學(xué)時(shí)空變化規(guī)律研究[J].人民長(zhǎng)江,2014(23):103-108.

[7] 單衛(wèi)華,邢衛(wèi)兵.南通沿海地區(qū)主采層地下水咸化特征[J].地質(zhì)學(xué)刊,2008,32(4):286-291.

[8] 周慧芳,譚紅兵,高 將,等.南通地區(qū)地下水咸化機(jī)理分析及改良措施[J].水資源保護(hù),2015,(4):70-76.

[9] 徐玉琳.江蘇省南通市深層含水系統(tǒng)地下水水質(zhì)咸化特征及成因分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2002,13(2):45-49.

[10] 周宏春,關(guān)繼奎.蘇北盆地地下咸淡水的同位素研究[J].勘察科學(xué)技術(shù),1989,(3):30-33.

[11] 周宏春,楊 謙.蘇北盆地中層地下水化學(xué)成分的起源和演化規(guī)律[J].勘察科學(xué)技術(shù),1988,(1):23-28.

[12] 周宏春,黃金生.蘇北盆地地下水系咸、淡水界面研究[C]∥中國(guó)東部沿海地區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)術(shù)討論會(huì)，1987.

[13] 周宏春,哈承佑.海岸帶咸、淡水成因研究的途徑與實(shí)例[J].勘察科學(xué)技術(shù),1987,(3):29-34.

[14] 付昌昌.淮河流域沿海平原深層地下水水化學(xué)特征及咸水成因[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2015.

[15] 徐霞晴,劉亞文,冉四清.連云港市蒸發(fā)量變化趨勢(shì)分析[J].治淮,2008,(9):6-7.

[16] 劉亞文.連云港市山丘區(qū)淺層地下水資源量評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水運(yùn)(學(xué)術(shù)版),2007,7(10):182-183.

[17] 杜建國(guó).連云港地區(qū)第四紀(jì)沉積地層特征[J].地質(zhì)學(xué)刊,1999,(4):229-235.

[18] 雷志祥,張海云,朱麗向.連云港市地下水資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)探討[J].人民長(zhǎng)江,2010,41(9):18-21.