丹江口水庫老灌河流域地下水水化學(xué)特征

代貞偉， 王磊， 伏永朋， 章昱， 張方亮， 董芯岑， 賀小黑

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205； 2.中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，武漢 430205； 3.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450000； 4.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，南昌 330013)

0 引言

全球淡水資源越來越緊缺，對地下水資源進行合理保護越來越受到人們的關(guān)注。地下水水化學(xué)特征研究是地下水資源評價的重要內(nèi)容，也是水文地質(zhì)學(xué)研究的重點[1-4]。地下水在循環(huán)過程中與巖石圈、生物圈及大氣圈進行復(fù)雜的物質(zhì)、能量和信息交換，其水化學(xué)特征受地層巖性、地形地貌、土壤類型、地表徑流和人為活動控制，具有一定的時空差異性[1,5-6]。對重點水資源保護區(qū)開展地下水水化學(xué)特征及演變過程研究，不僅可以掌握水資源循環(huán)規(guī)律，揭示地下水與環(huán)境的作用機制，還可為區(qū)域地下水資源可持續(xù)開發(fā)、利用及環(huán)境保護政策的制定提供科學(xué)參考[7-11]。

為解決華北地區(qū)水資源短缺問題，自2002年始，我國實施了南水北調(diào)工程。丹江口水庫作為南水北調(diào)中線工程的水源地，其地下水水質(zhì)關(guān)系著南水北調(diào)工程建設(shè)的成敗[11]。近年來，對丹江口水源地水資源的研究主要集中在基于對整個庫區(qū)調(diào)查的水源地生態(tài)環(huán)境[12-15]、水庫調(diào)水前后的水質(zhì)變化與水化學(xué)特征[16-20]及農(nóng)業(yè)面源污染[21-22]等方面，對小流域的水質(zhì)變化特征及規(guī)律研究較少。隨著丹江口水庫周邊地區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，入庫支流小流域因受自然和人為因素影響較大，將進一步影響丹江口水庫水源地生態(tài)平衡的保持和社會效益的發(fā)揮。

本文以丹江口水庫老灌河流域為研究區(qū)，通過對該區(qū)地下水進行系統(tǒng)采樣，分析地下水的水化學(xué)特征，揭示老灌河流域地下水水質(zhì)演變過程，為區(qū)域水資源可持續(xù)開發(fā)、利用及環(huán)境保護政策的制定提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理概況

丹江口水庫位于漢江中上游(圖1)，分布在湖北省丹江口市和河南省南陽市淅川縣，水域橫跨鄂、陜、豫三省，素有“亞洲天池”之美譽，是漢江的天然水位調(diào)節(jié)器。庫區(qū)上游流域每年接納廢水約0.61×109m3，并逐年增長； 庫區(qū)周圍神定河、泗河、官山河、澗河、老灌河和浪河等支流存在污染跡象[12]。本文對丹江口水庫淅川縣老灌河流域開展調(diào)查及研究，老灌河支流從槐樹洼流入淅川縣，經(jīng)上集—黃莊匯入丹江，河床寬250～800 m，河槽深5～7 m，底坡降1.7‰～3.3‰。

圖1 研究區(qū)地理位置及概況圖Fig.1 Location and general situation of the study area

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于秦嶺東段伏牛山南側(cè)，地面高程<800 m，地貌類型主要為侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕丘陵及沖洪積帶狀河谷平原。由老至新，出露的地層主要為震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、白堊系和第四系，僅東北部出露新元古界變質(zhì)巖。變質(zhì)巖主要為變玄武質(zhì)凝灰?guī)r和玄武質(zhì)角礫晶質(zhì)凝灰?guī)r夾變玄武巖； 沉積巖主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、粉砂巖、砂巖、泥巖和砂礫巖； 第四系為粉質(zhì)黏土、粉土、砂和砂礫石，主要分布在丹江和老灌河等河谷、河漫灘和階地[23]。

研究區(qū)位于秦嶺褶皺系中南秦嶺華力西褶皺帶，以褶皺為主，總體構(gòu)造方向為NW—SE向。斷裂多數(shù)為NW向張性正斷層，屬丹江斷裂帶及其次級斷層束，另有少量NE向或近SN向斷裂。

1.3 水文地質(zhì)概況

研究區(qū)地下水具有補給距離近、徑流途徑短、補給地表水等特點，大氣降水是該區(qū)地下水的主要補給源，地下水的水位動態(tài)與大氣降水入滲、補給密切相關(guān)。該區(qū)地下水主要劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水4種類型。松散巖類孔隙水主要分布在丹江和老灌河兩側(cè)的河漫灘和階地，含水介質(zhì)以砂、卵礫石等松散巖土體為主，富水性較強。碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在丹江兩岸白堊系砂礫巖、泥巖和粉砂巖中，富水性較弱。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要分布在荊紫關(guān)—師崗復(fù)向斜兩翼的丘陵低山區(qū)，賦存于灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和泥質(zhì)條帶灰?guī)r溶蝕孔洞和溶蝕裂隙內(nèi)，富水性不均勻?；鶐r裂隙水主要賦存于荊紫關(guān)—師崗復(fù)向斜兩翼的帶狀泥巖、砂巖裂隙和元古宇變質(zhì)巖風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，部分基巖裂隙水以泉的形式溢出，富水性中等[23]。

2 研究方法

2.1 樣品采集

考慮季節(jié)變化影響，分別于2016年10月(豐水期)和2017年3月(枯水期)在淅川縣老灌河兩岸上游毛堂鄉(xiāng)—下游白嶺入江口的16個地下水采樣點(15個機民井點，1個泉點)采集32個樣品(圖2)。

圖2 研究區(qū)采樣點分布圖Fig.2 Distribution of sampling points in the study area

泉點水樣取表面水下50 cm處，機民井點采樣前先抽水3～5 min。在樣品采集過程中，用預(yù)采樣品對采樣瓶沖洗3次以上后再取樣。

2.2 樣品測試

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

用SPASS數(shù)理統(tǒng)計軟件對各測試點水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)進行統(tǒng)計及分析，運用軟件AquaChem V.3.70分析豐水期和枯水期淺層地下水的水化學(xué)類型及其分布特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，探討丹江口水庫老灌河流域地下水水化學(xué)分布特征和變化規(guī)律。

3 結(jié)果與討論

3.1 水化學(xué)成分統(tǒng)計

對丹江口老灌河流域豐水期和枯水期淺層地下水的水化學(xué)成分進行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

3.2 水化學(xué)成分之間的相關(guān)性

運用SPASS軟件分別計算研究區(qū)豐水期和枯水期淺層地下水主要水化學(xué)成分之間的Pearson相關(guān)性系數(shù)。結(jié)果分別見表2和表3。

表2 丹江口水庫老灌河流域豐水期淺層地下水的水化學(xué)成分相關(guān)性矩陣Tab.2 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringhigh-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01級別相關(guān)性顯著，*表示在0.05級別相關(guān)性顯著。

表3 丹江口水庫老灌河流域枯水期淺層地下水的水化學(xué)成分相關(guān)性矩陣Tab.3 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringlow-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01級別相關(guān)性顯著，*表示在0.05級別相關(guān)性顯著。

3.3 水化學(xué)類型及分布

運用軟件AquaChem V.3.70分析丹江口老灌河流域枯水期和豐水期淺層地下水的水化學(xué)類型，采用舒卡列夫法進行水化學(xué)類型分類(圖3)。

(a) 枯水期 (b) 豐水期

圖3 丹江口老灌河流域枯水期和豐水期淺層地下水水化學(xué)類型分類

Fig.3Hydrochemicaltypesofshallowgroundwaterduringhigh-waterandlow-waterperiodsinLaoguanheRiverBasinofDanjiangkouReservoir

綜上可知，丹江口老灌河流域地下水的弱酸根離子遠(yuǎn)多于強酸根離子，說明研究區(qū)地下水在自然環(huán)境影響下的蒸發(fā)濃縮作用不強烈，水化學(xué)過程以風(fēng)化-溶濾作用為主。

4 結(jié)論

(1)丹江口水庫老灌河流域地下水水化學(xué)類型空間分布受季節(jié)變化影響較小，地下水整體呈弱堿性，屬低礦化水，地下水水化學(xué)類型分布與地層巖性分帶基本一致。