江油市規(guī)劃應(yīng)急水源地地下水水化學(xué)特征分析

韓新強(qiáng)， 謝忠勝， 孫金輝， 熊德清

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734)

地下水是陸地淡水資源的重要組成部分，也是人類飲用和生活用水的主要供給水源。但隨著城市發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，地表水最容易受外來物的影響，產(chǎn)生各種程度的污染，因此多地均陸續(xù)開展應(yīng)急水源地的規(guī)劃和選址工作[1-8]。涪江流域一直是四川省江油市的水源地，近年來也多次發(fā)生水體污染事件，對涪江的水質(zhì)和江油市的居民用水安全有較大的影響，因此為江油市規(guī)劃和選定應(yīng)急水源地顯得極為緊迫。

通過在擬選定的江油市應(yīng)急水源地——湔江青蓮鎮(zhèn)段及其上、下游采取地下水水樣進(jìn)行測試，分析江油市規(guī)劃應(yīng)急水源地地下水及其上、下游地下水水化學(xué)特征，對該規(guī)劃應(yīng)急水源地的評價(jià)、建設(shè)和管理具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

根據(jù)江油市2012—2030年的城鎮(zhèn)規(guī)劃，青蓮鎮(zhèn)作為江油市四大城鎮(zhèn)之一，在江油市發(fā)展中占有重要的位置，江油市的規(guī)劃應(yīng)急水源地即選址該地。水源地供水來源主要為湔江流域青蓮鎮(zhèn)及以上的西屏鄉(xiāng)段，流經(jīng)青蓮鎮(zhèn)匯入涪江河。且湔江上游無大型化工企業(yè)及嚴(yán)重污染水源工廠分布，該水源地距離江油城區(qū)約18 km。

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位置屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，主要特點(diǎn)是氣候溫和、四季分明、雨量充沛及夏熱冬暖等。根據(jù)多年的降雨觀測資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)的年均降雨量約1083.0 mm，在時(shí)空上分配不均勻。時(shí)間上表現(xiàn)為年際間變化大，年內(nèi)降雨時(shí)間和降雨量集中，年降雨量最大為1824.5 mm，最小為599.4 mm，每年降雨集中在6-9月，其降雨量達(dá)到788.2 mm，占全年降雨量的72.8%；空間上表現(xiàn)為年均降雨量從前龍門山區(qū)向四川盆地區(qū)遞減。研究區(qū)內(nèi)降雨具有年降雨豐沛、降雨時(shí)間和降雨量集中、短時(shí)強(qiáng)降雨量和連續(xù)多日強(qiáng)降雨量大等特點(diǎn)。

研究區(qū)內(nèi)地勢整體北西高南東低，海拔高程一般在500～2000 m，地形坡度一般為20°～30°，相對高差為50～400 m。根據(jù)地貌形態(tài)和成因特征，研究區(qū)內(nèi)水源地上游地貌類型屬于構(gòu)造侵蝕溶蝕中山、構(gòu)造剝蝕低山和構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)；水源地及下游地貌類型屬于侵蝕堆積河谷平壩區(qū)。

1.2 區(qū)域地質(zhì)背景[9-10]

研究區(qū)出露的地層屬于揚(yáng)子地層區(qū)，包括龍門山地層分區(qū)和四川盆地地層分區(qū)，以古生界和中生界地層為主，其次是新生界地層。前龍門山區(qū)地層巖性主要為泥盆系和三疊系的碳酸鹽巖夾碎屑巖，其次是石炭、二疊系的碳酸鹽巖和志留系的碎屑巖，四川盆地地層巖性以中生界侏羅系、白堊系的碎屑巖為主，碳酸鹽巖主要分布于水源地上游含增鎮(zhèn)以上區(qū)域，碎屑巖主要分布水源地及下游的淺丘區(qū)；第四系主要為沖洪積層的粉質(zhì)粘土、粉土及砂礫卵石，主要分布于湔江河谷及兩側(cè)河漫灘區(qū)域。

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處在揚(yáng)子陸塊西緣，水源地上游香泉鄉(xiāng)附近有龍門山前緣沖斷帶斜穿，水源地及下游區(qū)域?yàn)榕璧厥婢忨薨檯^(qū)。

水源地及其下游區(qū)域含水巖組為淺部中風(fēng)化裂隙較發(fā)育的砂泥巖互層，含水層厚10～20 m，地下水類型主要為淺層風(fēng)化帶裂隙水。根據(jù)水文地質(zhì)鉆孔資料揭示，該區(qū)地下水位埋深0.8～9.5 m，單井涌水量一般0.36～4.8 m3/d。水源地上游通口電站至香泉鄉(xiāng)區(qū)域含水巖組為淺部中風(fēng)化裂隙較發(fā)育的碳酸鹽巖，含水層厚15～50 m，地下水類型主要為淺層裂隙巖溶水。根據(jù)水文地質(zhì)鉆孔資料揭示，該區(qū)地下水位埋深1.3～4.5 m，單井涌水量一般1.2～2.6 m3/d。

2 樣品采集與測試分析

2.1 樣品的采集

根據(jù)水源地所在湔江流域周邊場鎮(zhèn)的分布，本次水樣的采集布設(shè)于湔江流域自通口電站以下至青蓮場鎮(zhèn)段的左右岸附近區(qū)域。主要分3個(gè)區(qū)域采集：(1)水源地上游區(qū)域5個(gè)，為地下水樣；(2)水源地區(qū)域9個(gè)，為地下水樣；(3)水源地下游區(qū)域1個(gè)，為地下水樣；合計(jì)采集15個(gè)地下水樣，水樣編號自上游往下游方向依次命名為SY01、SY02、SY03、……、SY15(如圖1)。其中SY01、SY02、SY03等3個(gè)水樣取自碳酸鹽巖巖組；SY04、……、SY15等12個(gè)水樣取自砂泥巖互層巖組。

圖1 江油市規(guī)劃應(yīng)急水源地及采樣位置

2.2 樣品的測試與分析

水樣的測試主要委托第三方測試單位依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢測方法》(GB/T 5750-2006)[11]和《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》(DZ/T 0064-1993)[12]完成。

湔江流域地下水整體呈弱堿性，由水樣中溶解CO32-和HCO3-的平衡關(guān)系可知，CO32-離子含量很少，占二者總量不足5%，因此本文中將CO32-忽略不計(jì)[13-14]?？?cè)芙夤腆w(TDS)含量利用各離子含量的總和減去1/2的HCO3-含量計(jì)算[1]。

3 地下水分析

3.1 水化學(xué)評價(jià)

對于該水源地及其上、下游的水化學(xué)評價(jià)主要依據(jù)《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 3020-1993)[15]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。

由于所取水樣分別取自2個(gè)不同的含水層，因此將15個(gè)水樣結(jié)果分2組進(jìn)行水化學(xué)評價(jià)。

(1)碳酸鹽巖巖組水化學(xué)評價(jià)：通過對感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、毒理指標(biāo)、微生物指標(biāo)、放射性指標(biāo)等測試分析，所取水樣質(zhì)量等級為Ⅲ類地下水，水質(zhì)屬一級水源水。

(2)砂泥巖互層巖組水化學(xué)評價(jià)：通過對感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、毒理指標(biāo)、微生物指標(biāo)、放射性指標(biāo)等指標(biāo)的測試分析，所取水樣質(zhì)量等級為Ⅲ類地下水，水質(zhì)屬一級水源水。

3.2 主離子組成分析

研究區(qū)地下水樣品主離子組成見表1，研究區(qū)水體整體呈弱堿性，pH值變化范圍7.16～8.28，平均值為8.1。

研究區(qū)水體的總硬度變化范圍為174.24～370.25 mg/L，根據(jù)水的硬度分級[16]，該水體主要為硬水和極硬水。溶解性固體(TDS)變化范圍為160.205～408.245 mg/L，平均值為281.446 mg/L。

表1 研究區(qū)水體主要離子組成 mg/L

研究區(qū)水體陽離子主要以Ca2+、Mg2+、Na++K+為主，其中Ca2+變化范圍為35.25～54.13 mg/L，平均值為44.69 mg/L，約占陽離子總量的40%～60%；Mg2+變化范圍為13.22～29.66 mg/L，平均值為21.8 mg/L；Na++K+變化范圍為5.11～37.53 mg/L，平均值為19.3 mg/L。陰離子主要以HCO3-和SO42-為主，其中HCO3-變化范圍為157.63～199.41 mg/L，平均值為178.3 mg/L，SO42-變化范圍為24.2～188.9 mg/L，平均值為103 mg/L，二者占陰離子總量的85%以上；Cl-含量較低。

根據(jù)Piper圖所示(如圖2)，研究區(qū)水體的化學(xué)類型為HCO3--Ca2+。

圖2 研究區(qū)地下水主要離子組成Piper圖

3.3 主離子空間變化分析

通過研究區(qū)水樣主離子沿程變化特征圖(見圖3)，可知：

(1)自上游經(jīng)水源地至下游區(qū)域，各段地下水的TDS及陰、陽離子的含量均存在整體增加的現(xiàn)象。

(2)就單個(gè)水樣而言，陽離子濃度大小順序依次為：Ca2+>Mg2+>Na++K+，陰離子濃度大小順序依次為：HCO3->SO42->Cl-；雖然個(gè)別水樣的陰、陽離子有異?，F(xiàn)象，考慮到水樣采集點(diǎn)多距離場鎮(zhèn)，且直接從井水中采集，有受生活廢水污染的因素，但沿程變化特征圖表明，陰、陽離子濃度大小順序基本符合以上特征。

(3)通過分析沿程水化學(xué)特征變化，地下水化學(xué)類型從上游到下游有一定改變，上游的地下水化學(xué)類型為HCO3--Ca2+型，水源地及下游的地下水化學(xué)類型為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。

4 結(jié)論

(1)通過對水源地及其上、下游所取水樣的測試分析，碳酸鹽巖巖組地下水和砂泥巖互層巖組地下水的質(zhì)量等級為Ⅲ類地下水，水質(zhì)均符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 3020-1993)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，均屬一級水源水。

(2)研究區(qū)地下水呈弱堿性，硬度變化范圍為174.24～370.25 mg/L，屬于硬水和極硬水。TDS變化范圍為160.205～408.245 mg/L，平均值為281.446 mg/L。主要離子中陽離子以Ca2+、Mg2+為主，Na++K+次之；陰離子以HCO3-和SO42-為主，Cl-較少。地下水的化學(xué)類型為HCO3--Ca2+。

(3)從沿程的水化學(xué)變化特征看，自上游至水源地及下游，地下水TDS及主離子均有整體增加的現(xiàn)象。

(4)就單個(gè)水樣而言，陽離子濃度大小順序依次為：Ca2+>Mg2+>Na++K+，陰離子濃度大小順序依次為：HCO3->SO42->Cl-。

(5)上游地下水的化學(xué)類型為HCO3--Ca2+型，水源地及下游地下水的化學(xué)類型變化為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。