關中經濟區(qū)潛水水化學特征及質量評價

王友林，張航泊，張培棟

(陜西省地質調查中心，陜西 西安 710068)

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關中經濟區(qū)潛水水化學特征及質量評價

王友林，張航泊，張培棟

(陜西省地質調查中心，陜西 西安 710068)

通過大量的水質測試及分析評價，揭示關中經濟區(qū)潛水水化學特征，分析評價區(qū)內潛水水質狀況。研究結果表明：區(qū)內潛水水化學類型呈現出明顯的區(qū)域分布規(guī)律，其水環(huán)境質量受賦存環(huán)境及人類活動長期作用的影響，面域特征明顯，水體質量整體較差。

關中經濟區(qū)；潛水；水化學特征；質量評價

地下水特別是潛水因其埋藏特性及自身利用價值，與人類活動關系密切。隨著關中地區(qū)社會經濟的迅速發(fā)展，加之關天經濟區(qū)的逐步建設，人類活動加劇，區(qū)內潛水水環(huán)境狀況日益嚴峻，本文通過對淺層地下水水化學特征的分析，評價了關中經濟區(qū)現狀水質情況，為后續(xù)地下水的保護與合理利用提供研究基礎。

1　關中經濟區(qū)潛水水化學特征

潛水水化學特征是其賦存環(huán)境、以及人類活動長期作用的結果，其分布特征受地質地貌、地下水動力場等因素控制，隨地下水的補給、徑流、排泄區(qū)呈現出明顯的空間分布規(guī)律。

通過對區(qū)內193組潛水水樣按照舒卡列夫法進行水化學分類，共分為HCO3、HCO3·SO4、HCO3·Cl、SO4· Cl、Cl等11種水化學類型。

1.1潛水水化學類型分布情況

1)HCO3型

區(qū)內潛水主要以HCO3型水為主，主要沿秦嶺北麓、北山山前及渭河流域上游地區(qū)等潛水的補給區(qū)，呈面狀分布。具體表現為，渭北主要分布于涇河以西，北山前緣地帶；渭河南岸主要分布于臨渭華黃土塬以西及秦嶺北麓前緣地帶。

2)HCO3·SO4型

渭河北岸主要集中于涇河以東金水溝以西山前沖積平原及河漫灘，渭河南岸主要集中于渭河下游渭南地區(qū)洪積扇前緣至渭河階地地帶。

3)HCO3·SO4·Cl型

主要以面狀分布于渭河南岸零河以東及渭北涇河以東渭河沖積平原，點狀分布于韓城西莊鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)。

4)HCO3·Cl型

主要以點狀零星分布于岐山縣溫家村、武功縣楊家村等地。

5)HCO3·Cl·SO4型

僅以條狀分布于渭河下游潼關及大荔趙渡鎮(zhèn)一帶。

6)SO4·Cl型

分布于清水河以東，臨渭區(qū)固市鎮(zhèn)至田市鎮(zhèn)、蒲城縣荊姚鎮(zhèn)至陳莊鎮(zhèn)一帶、大荔羌白鎮(zhèn)至雙泉鎮(zhèn)一帶及朝邑黃河漫灘地區(qū)。

7)SO4·Cl ·HCO3型

以條狀分布于三原西陽鎮(zhèn)、大程鎮(zhèn)與高陵縣之間，田市鎮(zhèn)、固市鎮(zhèn)有零星分布。

8)SO4、SO4·HCO3型

零星分布于富平莊里鎮(zhèn)、居河韓城城區(qū)段兩岸。

9)SO4·HCO3·Cl型

主要以點狀零星分布于渭河北岸涇河以東涇陽王橋鎮(zhèn)、三原縣城南、臨渭區(qū)固市鎮(zhèn)。

10)Cl·HCO3型

僅以點狀分布于臨潼代王鎮(zhèn)渭河階地。

11)Cl·SO4型

主要以帶狀分布于渭河以北石川河以東下吉鎮(zhèn)、黨睦鎮(zhèn)、交斜鎮(zhèn)，蒲城縣城南、朝邑鎮(zhèn)黃河漫灘。

1.2潛水水化學分布特征

圖1　蒲富黃土臺地-鹵泊灘凹地-渭河階地一帶潛水常規(guī)離子變化分布圖

依據圖1所示分布情況，區(qū)內潛水水化學類型呈現明顯的區(qū)域分布規(guī)律，渭河以北表現為沿涇河東西兩側分布明顯差異，渭河以南表現為下游階地與其他地貌單元的分布差異，且渭河南岸相較北岸水化學類型簡單。

1.2.1渭河以北涇河以西地區(qū)

該區(qū)域內地形坡度較大，潛水含水層巖性為黃土狀土、砂質粘土、砂礫卵石，包氣帶透水性好，利于大氣降水和地表水直接補給，以溶濾作用為主；由于地形坡降相對大，地下水徑流通暢，水體循環(huán)積極，鹽份在水中不易積累，因此陰離子無明顯水平分帶規(guī)律，在大范圍內形成了單一的HCO3型水，僅在乾禮黃土塬間洼地的部分地段，因水位埋藏淺，蒸發(fā)濃縮作用強，礦化作用略有增強，形成HCO3·SO4型水。

陽離子分布具一定規(guī)律性。漆水河以西大部分地區(qū)以Ca型水為主，其次為Ca·Mg及Ca·Na型水；漆水河以東以Na型水為主，其次為Ca·Mg、Ca·Na及Mg·Ca、Mg·Na型水，顯示出漆水河東西兩側潛水礦化作用的差異性。乾-禮黃土塬區(qū)及洪積扇前緣含水層多為黃土狀土和薄層粉細砂，其滲透性差，徑流較滯緩，利于地下水對土層的溶濾作用，地下水中的Ca2+與富含Na+的黃土層顆粒間發(fā)生陽離子交替吸附作用，使水中Na+富集。鳳翔、岐山地區(qū)，含水層以黃土和砂礫卵石層為主，地表水系較發(fā)育，補給條件較好，潛水徑流通暢，形成Ca、Ca·Na、Na·Ca型水。

1.2.2渭河以北涇河以東地區(qū)

總體上區(qū)域內水化學類型從山前至渭河具明顯的水平分帶規(guī)律，水化學類型極其復雜。陰離子分布由北而南依次為HCO3(山前洪積扇)→HCO3·SO4(洪積扇前緣、黃土臺塬后緣)→SO4·Cl(黃土臺塬)→Cl·SO4(鹵泊灘一帶)→SO4·Cl(鹵泊灘一帶)→HCO3·SO4(渭河階地前緣、河漫灘)(見圖1)，至洛河下游大荔近渭河一帶，水體循環(huán)強烈形成HCO3型水。陽離子無明顯變化，以Na、Na·Mg型為主。礦化度由北山前向渭河逐漸增大，在固市鎮(zhèn)一帶大于5.0 g/L，至渭河漫灘有所降低，在1.0～2.0 g/L之間。通過繪制水化學三線圖(圖2)，結合樣點分布位置，可以看出隨地質地貌及徑流條件的變化，Cl-、SO42-毫克當量提高，占到70%以上，陽離子為以Na+為主的易溶性堿金屬，說明該區(qū)域潛水水樣以堿及強酸為主的水化學特征。

上述分帶特點與該區(qū)域內地質地貌及水文地質條件密切相關。山前地帶坡降相對較大，上部含水巖層顆粒較粗，透水性較好，常有洪流補給，徑流較為通暢；且塬區(qū)溝谷發(fā)育、切割較深，排泄強烈，故多形成以HCO3型為主的低礦化淡水。涇陽、三原一帶含水層透水性較好，陽離子為Na·Mg、Na和Mg·Na型，富平、蒲城一帶為Mg·Na及Na型，澄城、合陽一帶以Na及Na·Ca、Na·Mg型為主。水中富含Na的原因主要是來自山區(qū)的富含鈣的地下水與富含鈉的土層發(fā)生陽離子交替吸附作用所致。另一原因是由于鈣的溶解度低，隨礦化度的增高不斷析出沉淀，相對含量較低。至中部黃土臺塬區(qū)，由于地形高差較小，大型構造洼地相間分布，使地勢時起時伏，巖性為黃土狀砂粘土組成，洼地為大量粉土質砂粘土、粘砂土層，透水性差，潛水徑流緩慢，局部地

段徑流停滯，如鹵泊灘洼地的中心地段，以強烈蒸發(fā)為其主要排泄途徑。因此形成了多種化學類型的高礦化水至鹽鹵水。階地區(qū)位于渭、洛、黃河交匯的三角地帶，寬闊平坦，巖性為細粉砂、淤泥質砂粘土，透水性差，加之多年地表水灌溉因滲漏引起潛水位急劇上升，致使水力坡度甚微，潛水埋藏淺，蒸發(fā)強烈，徑流滯緩甚至停滯，以垂直排泄為主。因而以階地中后緣的固市為中心，形成了以硫酸鹽型為主的微咸水至咸水。在一級階地前緣和漫灘區(qū)，因徑流條件較好，潛水礦化作用有所減弱。形成HCO3·SO4型的微咸水。僅在渭河岸邊和沙丘分布地帶，由于水循環(huán)較為積極和徑流通暢以及河水側滲的稀釋淡化作用，因而形成低礦化的HCO3淡水。從中部塬區(qū)到階地區(qū)，陽離子大多以Na和Na·Mg-Na·Ca型為主，也是由于徑流特點、巖性、陽離子交替吸附、蒸發(fā)濃縮等綜合作用所造成?？傊?，從山前至渭河潛水總礦化作用表現了由弱到強，再轉為由強到弱的規(guī)律(見圖2)。

此外，由于區(qū)內地層本底值的關系及地下水的蒸發(fā)濃縮作用，區(qū)內由蒲城至臨渭區(qū)固市一帶部分地段出現地下水高氟現象，氟離子含量一般為2～4 mg/L，局部高達5 mg/L，地方性氟中毒病較嚴重。

1.2.3渭河以南地區(qū)

從秦嶺山前洪積扇至渭河階地，區(qū)內地層巖性由粗變細，潛水流程相較北岸短、水力坡度大，加之秦嶺北麓水系發(fā)育，且降水量豐富，水體循環(huán)作用強烈，地下水以溶濾作用為主。因此地下水化學類型大范圍以HCO3型為主，礦化度基本以小于0.5 g/L的淡水為主。

至下游臨、渭、華黃土塬地貌、山前洪積扇地貌單元以北進入渭河階地，受渭河下游河床抬升影響，在華縣與華陰地區(qū)形成中部平坦低洼的二華夾槽凹地，地下水徑流受阻，地下水位埋深淺，含水層巖性較細，徑流較滯緩，垂直蒸發(fā)為其主要排泄方式。地下水類型由HCO3型水過渡為HCO3·SO4型水，呈明顯的帶狀分布特征，且從渭南城區(qū)向潼關，逐漸過渡為 HCO3·SO4·Cl和HCO3·Cl型水。

整體上陽離子以Ca、Ca·Mg型為主，局部如灞河以東沿渭河沖積陽離子以Na、Na·Mg、Mg ·Na型為主。

圖2　鹵泊灘一帶piper圖

2　關中經濟區(qū)潛水水質評價

2.1評價方法及指標選取

本文依據《地下水質量標準》(GB/T14848-93)，共選取氨氮、氟離子等19項指標，采用加附注評分法進行水質評價。首先進行各單項組分評價，即按各組分含量劃定其所屬質量類別(不同類別標準值相同時，從優(yōu)不從劣)，再按地下水各單項組分評價分值表(表1)分別確定各單項組分評價分值Fi，最后按(式1)和(式2)計算綜合評價分值F，進行地下水質量綜合評價分級(見表2)。

表1　地下水各單項組分評價分值表

(1)

(2)

式中： p為各單項組分評價分值Fi的平均值；Fmax為各單項組分值Fi中的最大值；n為項數。

表2　地下水質量綜合評價級別表

2.2評價結果分析

按照上述評價方法(1、2)，分別對區(qū)內潛水水質現狀評價，評價結果如下：

根據評價結果，研究區(qū)內大部地區(qū)潛水水質劣于Ⅲ類水，其中較差、極差水樣占評價總數的87%，主要表現為硝酸鹽、亞硝酸鹽、可溶性固體及總硬超標，個別樣點存在重金屬超標。

Ⅰ-Ⅲ類水，即能夠滿足生活飲用水的水質，其綜合評分值F小于4.25，分布面積較少。在渭河以南地區(qū)主要分布于眉縣齊鎮(zhèn)-周至啞柏鎮(zhèn)、戶縣草堂鎮(zhèn)、藍田臨潼黃土塬，華縣柳枝鎮(zhèn)～潼關孟塬鎮(zhèn)，多為秦嶺北麓山前洪積扇、黃土塬地帶，受人類活動影響較少，且水體循環(huán)條件良好。渭北分布相對較少，僅在彪角鎮(zhèn)、楊凌區(qū)及韓城龍亭鎮(zhèn)部分地區(qū)。

Ⅳ類水，僅滿足農業(yè)用水及部分工業(yè)用水，適當處理后可做飲用水。F值在4.25～7.20之間，在區(qū)內大面積連續(xù)分布。根據評價結果，主要表現為NO3-、F-、總硬等含量超標，其中硝酸根超標率0.1～12.7，據超標樣點分布，主要集中分布與耕地集中、遠離城區(qū)的分析其受生活及農業(yè)污染影響較明顯。個別地方出現重金屬元素Cr6+、Mn超標。

Ⅴ類極差水，F值大于7.20，該類水不宜飲用，不具備供水意義。集中分布在人口密集、工業(yè)相對集中的西安城區(qū)、涇陽～閻良區(qū)，渭南城區(qū)經固市鎮(zhèn)至大荔縣、韓城市沿黃河一帶。據評價結果，主要表現為NO3-、NO2-、SO42-、Cl-、F-、TDS、總硬、及重金屬Cr6+、Mn超標嚴重。

3　結語

通過揭示關中經濟區(qū)內潛水水化學特征及水質評價分析結果，得出以下結論：

(1)受地質地貌、水動力條件、人類活動等因素控制及影響，區(qū)內潛水水化學類型具明顯的面域分布特征，沿山前及渭河上游地區(qū)向盆地中心、渭河下游地區(qū)，礦化度逐漸增高，水化學類型逐漸復雜。

(2)沿秦嶺山前及北山山前一帶，水化學類型簡單，受人類活動影響較小，水質較好，局部水質達Ⅰ-Ⅱ類，是關中經濟區(qū)建設發(fā)展的重要水源保障與保護地。

(3)由于區(qū)內潛水埋深淺，易受人類活動及地球化學環(huán)境影響，除近山前補給區(qū)外，整個區(qū)域水質均較差，總體呈現出明顯的面域分布特征，一方面表現為以人類活動相對集中、潛水開采程度高的城市群范圍水質極差，如西安城區(qū)及郊區(qū)、寶雞、渭南城區(qū)及韓城一帶；另一方面表現為受構造影響，水文地質條件差、水化學類型復雜地區(qū)，如固市至大荔縣、涇陽～閻良區(qū)一帶，潛水賦存環(huán)境差，加之無序的灌溉管理制度，潛水水質差。

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Chemical Characteristics and Quality Assessment of the Phreatic Water in Guanzhong Economic Zone

WANG You-lin，ZHANG Hang-bo，ZHANG Pei-dong

(Shaanxi Provincial Geology Investigation Center Xi’an 710068, Shaanxi)

The article is based on a large number of water quality tests, analysis and evaluation information, it pointed out water chemical characteristic of the phreatic water and analyzed the water quality in Guanzhong Economic Zone. The results show the chemical type of the phreatic water obviously appeared regional distribution regulation, which the quality of water environment is influenced by the exist surrounding situation and a long-term human activities. The regional characteristics are clear and the overall water quality is poor.

Guangzhong economic zone；phreatic water；water chemical characteristics and quality evaluation

2016-03-21

陜西省地質勘查基金(61201203140)

王友林(1970-)，男，陜西渭南人，高級工程師，主要從事水資源及環(huán)境地質研究。

P641.12

A

1004-1184(2016)04-0007-03