秦皇島地區(qū)地表水轉(zhuǎn)地下水過程中水質(zhì)變化分析

張冬冬

（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島066000）

據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計：在我國北方地區(qū)，65%的生活用水、50%的工業(yè)用水、33%的農(nóng)業(yè)灌溉用水來自于地下水；全國657個城市中，有超過400個以地下水為飲用水源。其根本原因在于地下水的水質(zhì)較好，凈化成本低。地表水是地下水的重要補給源，分析地表水轉(zhuǎn)化為地下水過程中的水質(zhì)變化對于人為控制補給量具有重要意義。

1 地區(qū)概況

秦皇島位于河北省東北部位置，屬于海濱城市，同時也是東北亞重要的對外貿(mào)易口岸。 由于該市受華北平原區(qū)地下水超采漏斗影響，市區(qū)地下水位逐年降低，干凈水資源日益緊張，這對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，尤其是打造旅游城市名片極為不利。為此，相關(guān)部門決定效仿國外一些城市，采取開挖水庫、滲漏溝等措施提高地表水補給地下水量， 但實施的前提是必須保證地下水水質(zhì)合格，否則得不償失。本文以此為背景對秦皇島地區(qū)地表水轉(zhuǎn)化為地下水過程水質(zhì)變化展開分析研究。

2 基于水庫滲漏的同位素示蹤試驗設(shè)計

2.1 試驗設(shè)計思路

為了確定地表水蹤跡，本文利用同位素D（氘）和18O示蹤所研究水庫水， 當?shù)叵滤畼又邪l(fā)現(xiàn)了這兩種同位素后， 便可確定地下水樣品中有來自于水庫水補給。 此時將地下水取樣與最初的水庫水樣品的水質(zhì)進行對比分析， 便可大致得到轉(zhuǎn)化過程中水質(zhì)變化情況。 試驗設(shè)計思路如圖1。

圖1 水庫滲漏的同位素示蹤試驗設(shè)計思路

2.2 樣品采集位置設(shè)計

本文研究對象為洋河水庫和石河水庫，分別位于秦皇島市撫寧縣和山海關(guān)區(qū)境內(nèi)，均對市區(qū)地下水有著較大的補給作用。 在此對兩水庫分別選取9個地表水采樣點，均勻分散在水庫周圍；地下水采樣分兩種情況，有條件區(qū)域直接就近在地下水井自來水管處接水，無條件區(qū)域則使用定深取樣器，均勻在水庫截深溝位置取樣。 本項目部分地下水取樣位置（部分）如表1。

表1 部分地下水取樣位置（部分）

2.3 樣品同位素含量測試分析

2.3.1 同位素含量測定

本項目樣品同位素含量測定工作由燕山大學化學試驗室完成， 其中對同位素D的測試精度為±0.24%，18O測試精度±0.05%。 為保證，要求每個樣品取6針，選取最后3針的平均值作為測試結(jié)果，采用千分偏差值δ（‰）表示，計算如式（1），測試結(jié)果（部分）如表2。

式中 R樣為樣品中同位素比值，18O/16O或2H/1H；R標為標準樣中同位素比值。

表2 地下水樣品同位素含量測定結(jié)果（部分）

2.3.2 地下水補給來源分析

在此利用克雷格降雨線法來分析各地下水樣品主要補給來源，刪除主要補給源不是水庫水的樣品，以剩下的樣品為分析對象研究水庫水轉(zhuǎn)化為地下水后的水質(zhì)變化。

以δ18O值為橫坐標，δ值為縱坐標，輔以地區(qū)降水線作為參考標準，計算如式（2）。 當?shù)叵滤畼悠分械耐凰亟咏邓€時， 則說明其主要補給源為大氣降水，刪除不考慮；若接近水庫水特性，則說明主要補給源為水庫滲漏。

由圖2可知：①不同取樣位置，其地下水樣品中同位素千分偏差值δ存在著較大區(qū)別； ②茹各莊大街村和龐家溝村選取的樣品，其同位素組成距離洋河水庫水較遠，但與地區(qū)降水線較為接近，可以判斷受水庫滲漏影響較小，究其原因是井深較大或距離水庫較遠，故而刪除；③大山頭村農(nóng)家樂地下水井樣品同位素組成與洋河水庫水較為接近，可以判斷其主要補給來自水庫滲漏，類似這類樣本是接下來水質(zhì)研究的對象。

圖2 洋河水庫附近地下水δ18O和δD測定值（部分）

3 有效水樣的水質(zhì)測試分析

通過前期篩選工作， 兩個水庫共留下了10處地下水采集點有效樣品（洋河水庫5處，石河水庫5處），對其進行重新編號。 下面對這些有價值的地下水水樣進行水質(zhì)分析， 主要檢測指標包括：TDS，TOC ，DOC和懸浮顆粒粒徑。

3.1 水中TDS前后含量變化及原因分析

3.1.1 水中TDS前后含量變化分析

TDS是指水中溶解性總固體，在此主要檢測的離子包括K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-，等， 兩個水庫樣品的檢測結(jié)果如圖3和圖4。

由圖3和圖4可知： ①兩水庫水的TDS值基本一樣，在960mg/L左右；②與水庫水相比，兩個水庫滲漏補給的地下水樣品TDS值均變大，其中洋河水庫增值范圍110～150mg/L，石河水庫增值范圍130～330mg/L。均大于我國GB5749—2006 《生活飲用水衛(wèi)生標準》限值1000mg/L， 可見水庫補給地下水的TDS超標，尤其是石河水庫。

圖3 洋河水庫各采樣點地下水TDS值

圖4 石河水庫各采樣點地下水TDS值

3.1.2 TDS含量變化原因分析

為了解兩水庫水補給地下水前后TDS具體變化情況，在此分別對樣品進行水化學組分進行測定，具體結(jié)果如下：

（1）洋河水庫水主要陽離子為Na+，主要陰離子為；地下水樣品主要陽離子為Ca2+，主要陰離子為，其他離子沒有較大變化。分析原因：洋河水庫庫底存在相當面積砂巖地層， 水庫水在補給地下水過程中與砂巖發(fā)生了溶濾作用， 使砂巖中部分可溶性組分進入水流使TDS值增大，但由于溶濾作用發(fā)生緩慢，所以TDS增大相對較小。

（2）石河水庫水主要陽離子為Na+，主要陰離子為；地下水樣品主要陽離子為Mg2+，主要陰離子為，其他離子沒有較大變化。分析原因：石河水庫庫底巖性主要為壤土、淤泥質(zhì)黏土等，這類土質(zhì)中大量CO2和可溶性鹽類， 且反應(yīng)速度遠大于砂巖地層，因此石河水庫補給的地下水TDS偏高。

3.2 水中TOC含量變化及原因分析

3.2.1 水中TOC前后含量變化分析

TOC是指總有機物含量， 也是水質(zhì)評價最為重要的指標之一。 本項目兩個水庫樣品的檢測結(jié)果如圖5和圖6。

由圖5和圖6可知：①兩水庫水的TOC值基本一致，在10.0～10.5mg/L，遠大于我國GB/T5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》限值5mg/L；②與水庫水相比，地下水樣品的TOC值顯著減小，均小于3.5mg/L，符合飲用水TOC標準。

圖5 洋河水庫各采樣點地下水TOC值

圖6 石河水庫各采樣點地下水TOC值

3.2.2 TOC含量變化原因分析

兩水庫地下水相對于水庫水TOC值均減小，主要原因是水庫水經(jīng)過砂巖和黏土層時，水中的一部分有機物會被吸附，起到了凈化過濾作用，這一過程也是地下水質(zhì)的重要保證，為促進地下水補給提供了重要依據(jù)。

4 結(jié)語

通過對水體取樣及水質(zhì)分析可知： 洋河水庫和石河水庫滲漏補給的地下水TDS值偏大，技術(shù)人員將水煮開后測定，TDS結(jié)果完全滿足飲用水標準； 地下水的TOC值符合飲用水標準， 總體而言水庫水轉(zhuǎn)化為地下水后水質(zhì)得到了極大改善， 基本滿足飲用水標準，有條件地區(qū)可經(jīng)過自來水廠簡單處理。本項目研究結(jié)果對秦皇島地區(qū)實行人為促進地表水補給地下水方案具有重要參考價值。