濟(jì)南西部地區(qū)地下水水化學(xué)特征及演變機(jī)理淺析

成世才，盧兆群，張強(qiáng)，侯海巔，徐建

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.平陰縣國土資源局，山東 濟(jì)南 250014))

水文地質(zhì)

濟(jì)南西部地區(qū)地下水水化學(xué)特征及演變機(jī)理淺析

成世才1，盧兆群1，張強(qiáng)1，侯海巔2，徐建2

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.平陰縣國土資源局，山東 濟(jì)南 250014))

對濟(jì)南市濟(jì)西水源地一個水文年地下水水化學(xué)特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：補(bǔ)給區(qū)→徑流區(qū)→排泄區(qū)地下水水化學(xué)類型演化過程為SO4·HCO3-Ca型→HCO3·SO4-Ca型與HCO3-Ca型→HCO3-Ca型。形成地下水水化學(xué)類型這一轉(zhuǎn)變的原因?yàn)閺难a(bǔ)給區(qū)到徑流區(qū)巖性變化的結(jié)果。地下水水化學(xué)演變機(jī)理研究認(rèn)為，巖石風(fēng)化及溶解作用是形成研究區(qū)獨(dú)特地下水水化學(xué)演化規(guī)律的主導(dǎo)自然因素。

地下水；水化學(xué)類型；演化機(jī)理；巖性變化；濟(jì)南市

對濟(jì)南市地下水的研究程度由來已久，邢立亭[1]對于濟(jì)南泉域巖溶水環(huán)境現(xiàn)狀的研究，徐慧珍[2]濟(jì)南城近郊區(qū)地下水頭動態(tài)特征的研究等，高宗軍[3]對于濟(jì)南巖溶水微量元素分布特征及其水文地質(zhì)意義的研究等。過去問題多集中在濟(jì)南地區(qū)水質(zhì)、水量及水文地質(zhì)邊界的確定上，對地下水水化學(xué)特征及演化規(guī)律研究較少。該文試從地下水水化學(xué)類型演變的角度，淺析濟(jì)西水源地地下水水化學(xué)特征及演化機(jī)理。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于濟(jì)南市的西部及南部，范圍涵蓋濟(jì)西水源地的補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)。東南部為泰山山脈，西北部為黃河沖積平原，向NE緩傾，總體地勢東南高西北低，地形從SE向NW依次為低山丘陵、山前傾斜平原及黃河沖積平原。區(qū)內(nèi)主要河流有黃河、孝里河、南大沙河、北大沙河及玉符河。出露地層由新到老依次有新生代第四系，古生代寒武系，奧陶系及太古代泰山巖群變質(zhì)巖系，總體為一單斜構(gòu)造。

研究區(qū)地下水分為：松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水及基巖裂隙水四類，含水層巖性及富水性見表1。

表1 研究區(qū)主要含水巖組特征

補(bǔ)給區(qū)，主要為基巖裂隙水，分布于研究區(qū)南部及東南部變質(zhì)巖、巖漿巖風(fēng)化裂隙中；徑流區(qū)，主要為碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水，分布于研究區(qū)中部的低山丘陵區(qū)；排泄區(qū)，主要為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，廣泛分布于研究區(qū)西部及北部，含水層主要包括寒武紀(jì)九龍群炒米店組上部、奧陶紀(jì)九龍群三山子組和馬家溝群灰?guī)r。

2 采樣布設(shè)與測試

2.1 采樣布設(shè)

該次樣品采集，在補(bǔ)給區(qū)，周邊無明顯污染源的位置采集；徑流區(qū)，在不同巖性的位置分別采集；排泄區(qū)，選擇地下水供水水源地采樣。該次只選擇20件具有代表性的樣品。

2.2 樣品測試

檢測均按生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，檢測依據(jù)為GB/T5750-2006。檢測儀器為電感耦合等離子體光譜儀、原子熒光光譜儀、離子色譜儀、紫外可見分光光度計(jì)、滴定管。

3 結(jié)果與討論

3.1 地下水化學(xué)特征

3.1.1 地下水主要離子特征

表2 地下水樣本主要離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)(Meq%)

3.1.2 地下水水化學(xué)類型空間分布特征

研究區(qū)采用舒卡列夫地下水水化學(xué)類型分類法，主要地下水水化學(xué)類型分為SO4·HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg型、HCO3-Ca型。補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)地下水水化學(xué)類型詳見表3。

表3 地下水水化學(xué)特征值(g/L)

可見，研究區(qū)東南部以基巖裂隙水為主的補(bǔ)給區(qū)，地下水水化學(xué)類型主要以SO4·HCO3-Ca型為主；以碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水為主的徑流區(qū)，地下水水化學(xué)類型以HCO3·SO4-Ca·Mg型為主，次為HCO3-Ca型；而到西部、北部以碳酸鹽巖類裂隙巖溶水為主的排泄區(qū)，地下水水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主(圖1)。

圖1 補(bǔ)給-徑流-排泄區(qū)地下水piper三線圖

3.1.3 地下水化學(xué)特征量相關(guān)性分析

表4 地下水化學(xué)特征量相關(guān)系數(shù)矩陣

3.2 地下水水化學(xué)演化規(guī)律及機(jī)理分析

3.2.1 地下水水化學(xué)演化規(guī)律

圖毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)變化趨勢

3.2.2 地下水演化機(jī)理分析

圖3 Gibbs水化學(xué)Boomerang Enevlope模型(a)及研究區(qū)地下水水化學(xué)Gibbs分布圖(b,c)

引起研究區(qū)水質(zhì)變化另一個不容忽視的原因便是人類活動[16]。周孝明等[17]研究發(fā)現(xiàn)，塔里木河下游地表水系解體、地下水位下降、水質(zhì)惡化、植被衰敗等生態(tài)系統(tǒng)退化是社會經(jīng)濟(jì)活動影響的結(jié)果，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理是導(dǎo)致流域下游地區(qū)水資源緊張、生態(tài)退化的根源。人類工業(yè)活動大大改變了大氣中溫室氣體的比例，從而引起氣溫升高、蒸發(fā)加快以及區(qū)域水循環(huán)改變等變化，另外，土地利用變化、農(nóng)田灌溉、水渠挖鑿等作用于流域下墊面的影響對地下水循環(huán)的影響更為明顯。

4 結(jié)論

[1] 邢立亭,陸敏,胡蘭英.濟(jì)南泉域巖溶水環(huán)境現(xiàn)狀與保護(hù)對策[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006,20(4):345-349.

[2] 徐慧珍,段秀銘,高贊東,王慶兵.濟(jì)南城近郊區(qū)地下水頭動態(tài)特征及原因分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007,34(2):87-89.

[3] 高宗軍,徐軍祥.濟(jì)南巖溶水微量元素分布特征及其水文地質(zhì)意義[J].地學(xué)前緣，2014，(4)：15-19.

[4] 曹建榮，徐興永.黃河三角洲淺層地下水化學(xué)特征與演化[J].海洋科學(xué),2014,38(12):78-85.

[5] 姚秀菊,王洪德,張福存,等.黃河三角洲地下淡水(微咸水)的形成與演化[J].地球?qū)W報(bào),2002,23(4):375-378.

[6] 張效龍,孫永福,劉敦武.黃河三角洲地區(qū)地下水分析[J].海洋地質(zhì)動態(tài),2005,21(6):26-28.

[7] 徐慧珍,段秀銘,高贊東,王慶兵.濟(jì)南泉域排泄區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007,34(3):15-19.

[8] 萬利勤,徐慧珍,殷秀蘭,李文鵬,王慶兵.濟(jì)南巖溶地下水化學(xué)成分的形成[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008,35(3):61-64.

[9] 徐慧珍,李文鵬,殷秀蘭,段秀銘.濟(jì)南泉域淺層地下水水化學(xué)同位素研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008,35(3):65-69.

[10] 路洪海,章程.濟(jì)南泉域巖溶水質(zhì)演變及其對人類活動的響應(yīng)[J].水土保持研究，2007,14(6):242-244.

[11] 王瑞久.三線圖解及其水文地質(zhì)解釋[J].工程勘探,1983,(6):6-11.

[12] 馬金珠,李相虎,黃天明,等.石羊河流域水化學(xué)演化與地下水補(bǔ)給特征[J].資源科學(xué),2005,27(3):117-122.

[13] Von Asmuth J, Mass K. The method of impulse response moments: a new method integrating groundwater and eco-hydrological modeling[J].IAHS Publ, 2001,(269): 51-58.

[14] Bu-Li Cui,Xiao-Yan Li.Characteristics of stable isotope and hydrochemistry of the groundwater around Qinghai Lake, NE Qinghai-Tibet Plateau, China[J]. Environ Earth Sci，2014，(71):1159-1167.

[15] 胡汝驥,樊自立,王亞俊,等.中國西北干旱區(qū)的地下水資源及其特征[J].自然資源學(xué)報(bào),2002,17(3):322-326.

[16] 陳亞寧.新疆塔里木河流域生態(tài)水文問題研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010:89-91.

[17] 周孝明,陳亞寧,李衛(wèi)紅,等.近50年來塔里木河流域下游生態(tài)系統(tǒng)退化社會經(jīng)濟(jì)因素分析[J].資源科學(xué),2008,30(9):1389-1396.

Research on Hydro-chemical Characteristics and Evolution of Groundwater Sources in West of Jinan City

CHENG Shicai1, LU Zhaoqun1, ZHANG Qiang1, HOU Haidian2, XU Jian2

(1.Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureal, Shandong Jinan 250013, China; 2. Pingyin Bureau of Land and Resources, Shandong Pingyin 250400, China)

Through study on hydro-chemical characteristics of groundwater sources in west of Jinan city, it is found that groundwater chemical type evolution from recharge area → run off area → drain area is SO4·HCO3-Ca→HCO3·SO4-Ca and HCO3-Ca→HCO3-Ca. Reasons for the formation of groundwater chemical type evolution is the changes in lithology. Through study on groundwater water chemistry, it is suggested that rock weathering and dissolution is the dominant natural factor of the unique hydro-chemical evolution mechanism in study area.

Groundwater; hydro-chemical type; evolution mechanism; changes in lithology; Jinan city

2016-05-25；

2016-09-08；編輯：曹麗麗

成世才(1984—)，男，山東煙臺人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：chengshicai2008@163.com

P641.6

B

成世才，盧兆群，張強(qiáng)，等.濟(jì)南西部地區(qū)地下水水化學(xué)特征及演變機(jī)理淺析[J].山東國土資源，2017,33(1)：55-58.CHENG Shicai， SONG Yongfen, LU Zhaoqun. Research on Hydro-chemical Characteristics and Evolution of Groundwater Sources in West of Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：55-58.