天津市西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)不同含水組地下水化學(xué)特征研究

田景榮，王士國，武 恒，樊勇軍

(天津市地質(zhì)工程勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300191)

0 引言

天津市屬于典型的水資源匱乏而開采地下水的特大城市。近些年，隨著天津市城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水開采量的逐年增加，超采尤為明顯，而超采區(qū)以西青區(qū)和武清區(qū)等尤為明顯。因此，通過綜合分析西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)地下水垂向水質(zhì)變化規(guī)律，探尋本地區(qū)咸淡水的分布界線和水質(zhì)較好的含水層位，為進(jìn)一步優(yōu)化開發(fā)利用地下水資源提出指導(dǎo)性建議。

表1 天津市平原區(qū)沉積地層時(shí)代及巖性

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 地層

研究區(qū)位于天津市平原區(qū)南部，地層主要包括新近紀(jì)上新統(tǒng)和第四紀(jì)地層，自下而上依次為上新統(tǒng)(N2)明化鎮(zhèn)組、下更新統(tǒng)(Qp1)楊柳青組、中更新統(tǒng)(Qp2)佟樓組、上更新統(tǒng)(Qp3)塘沽組、全新統(tǒng)(Qh)天津組。根據(jù)現(xiàn)有研究成果，第Ⅰ含水組底界埋深60～90 m，其埋深大致相當(dāng)于上更新統(tǒng)地層底界；第Ⅱ含水組底界埋深160～220 m，其埋深大致相當(dāng)于中更新統(tǒng)底界；第Ⅲ含水組底界埋深260～340 m，其埋深大致位于楊柳青組；第Ⅳ含水組底界埋深360～430 m，其埋深大致相當(dāng)于明化鎮(zhèn)組的頂部；第Ⅴ含水組底界埋深一般在500～550 m左右，為上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組(王家兵等，2006)。天津市平原區(qū)沉積地層年代及巖性情況見表1。

1.2 含水層組劃分

受不同地質(zhì)歷史時(shí)期沉積環(huán)境、古氣候和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，研究區(qū)松散含水層在垂向形態(tài)分布、富水性、循環(huán)交替強(qiáng)度和水文地球化學(xué)等水文地質(zhì)特征存在著差異，因此，以第四系時(shí)代分層和沉積物巖性特征為基礎(chǔ)，以水文地質(zhì)條件為依據(jù)，以地下水開發(fā)利用為目的，根據(jù)將松散含水巖系進(jìn)行了含水組的劃分，自上而下劃分為5個(gè)含水組，其中前3個(gè)屬于第四系，后2個(gè)屬于新近系上段(楊吉龍等，2014)，各含水組底板埋深含水層巖性等情況見表2。

2 樣品采集與測試

本次研究于2021年12月16日采集了地下水樣品，共采集西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以淺的不同含水層的地下水樣品8組，地下水樣品采樣深度及層位見表3。本次測試委托國土資源部天津礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心)對8組地下水樣品進(jìn)行了水質(zhì)簡分析，測試方法采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)推薦分析方法。

3 各含水組地下水化學(xué)特征

3.1 離子濃度特征

分析結(jié)果顯示，本研究區(qū)各地下水含水組陽離子Na+含量最高，占陽離子總量的70%以上，其次依次為Mg2+、Ca2+、K+；從各陽離子垂向分布來看，各離子濃度由上向下總體呈逐漸減小趨勢。地下水樣品各離子濃度見表4和圖1。

表2 天津市平原區(qū)地下水含水組劃分

各含水組中地下水陰離子種類基本一致，以Cl-、SO42-為主，HCO3-次之；Cl-含量占陰離子總含量的45%以上，其中第Ⅰ含水組含量最大，達(dá)73%；SO42-含量占陰離子總含量的5%以上，其中第Ⅱ含水組含量最大，達(dá)33%。

本次以地下水礦化度≤1.0 g/L劃分為飲用水，以礦化度≤1.7 g/L劃分為灌溉用水，對本研究區(qū)地下水可開采和可使用情況進(jìn)行分析可知，本研究區(qū)第Ⅱ含水組下段、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水組地下水礦化度較低，分別為0.903 g/L、1.14 g/L、0.597 g/L、0.724 g/L，均可作為飲用水開采使用，也可作為灌溉用水開采使用。

表3 地下水監(jiān)測井采樣情況

3.2 地下水化學(xué)類型

地下水化學(xué)類型不僅可以簡潔反映地下水主要離子成分相對含量，還可以在一定程度上解釋水文地質(zhì)條件和水流系統(tǒng)演化情況。本次采用舒卡列夫分類法將地下水中七種主要離子的相對含量進(jìn)行組合，以離子含量≥25%的離子參與組合。

通過對研究區(qū)各含水組水化學(xué)組分的計(jì)算獲得了各含水組水化學(xué)類型：第Ⅰ含水組上部含水層地下水為Cl-Na型水，第Ⅰ含水組下部含水層地下水為Cl-Na·Mg型水；第Ⅱ含水組上部含水層水為Cl·SO4-Na型水，第Ⅱ含水組下部含水層水為Cl-Na型水；第Ⅲ含水組地下水為Cl-Na型水；第Ⅳ含水組地下水為HCO3·Cl-Na型水；第Ⅴ含水組地下水為Cl-Na型水。

圖1 各含水層離子濃度變化趨勢圖

表4 各地下水樣品離子濃度 mg/L

3.3 不同含水組水化學(xué)演化特點(diǎn)

通過對研究區(qū)各含水組地下水中主要離子濃度與深度變化的分析可知：(1)第Ⅰ含水組主要陰離子為Cl-、SO42-和HCO3-離子；(2)第Ⅱ含水組上部含水層受第Ⅰ含水組影響，離子濃度較第Ⅱ含水組下部含水層明顯偏高，礦化度較高；(3)第Ⅱ含水組下部含水層和第Ⅲ含水組地下水均為Cl-Na型水，與第Ⅱ含水組上部含水層地下水類型存在明顯差異，表明第Ⅱ含水組上部含水層受到了第Ⅰ含水組的影響較為明顯。

分析可知，第Ⅱ含水組上部含水層受氣象活動(dòng)、人類活動(dòng)等因素影響，離子濃度明顯較高，礦化度較高；第Ⅱ含水組下部含水層及第Ⅲ含水組、第Ⅳ含水組、第Ⅴ含水組受人類活動(dòng)影響較小，補(bǔ)徑排等水文地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，側(cè)向徑流作用平穩(wěn)，與上部垂向水循環(huán)作用較弱。

3.4 咸水底界埋深

根據(jù)王蘭化等人研究，天津市地區(qū)地下水由北部山區(qū)全淡水區(qū)向南部逐漸變?yōu)橛邢趟畢^(qū)，咸水底界埋深由北部小于40 m向東南大港地區(qū)逐漸變?yōu)?60～200 m，且咸水含水層逐漸增厚，其中本研究區(qū)咸水底界埋深在120 m左右；第Ⅱ含水組承壓水水位埋深由北部寶坻地區(qū)0 m向東南部逐漸變深至埋深70～80 m，其中本研究區(qū)水位埋深30～40 m。

為準(zhǔn)確了解本區(qū)域地下水咸淡水分界的埋深，通過對各含水組埋深、含水組巖性和地下水化學(xué)特征進(jìn)行了分析，獲得該地區(qū)在第Ⅰ含水組礦化度高達(dá)17.676 g/L，在第Ⅱ含水組上部含水層112.4～124.4 m處礦化度為6.773 g/L，礦化度總體隨埋深增加呈遞減趨勢，在第Ⅱ含水組下部含水層175.8～207.4 m處礦化度為0.903 g/L，水質(zhì)較好，此外該含水層較厚，是良好的儲水含水層，可作為灌溉用水和工業(yè)用水開采使用。通過對區(qū)域水文地質(zhì)資料的收集，結(jié)合本次監(jiān)測井的含水組地層、地下水水位等分析，本研究區(qū)第Ⅱ含水組下部含水層水位埋深為35.7 m，咸水底界埋深位于124 m左右，與區(qū)域水文地質(zhì)情況基本一致。

4 結(jié)語

(1)本文通過對天津市西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以上地層的研究，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，掌握了本研究區(qū)較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)條件、地層分布情況、各含水組含水層分布情況，為本區(qū)域地下水開發(fā)利用提供了依據(jù)。

(2)通過對各含水組地下水采樣分析，取得了本區(qū)域不同含水組的地下水化學(xué)特征及其在垂向上變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上確定了本研究區(qū)咸淡水界面。