泗水縣尖山村巖溶水化學(xué)特征時(shí)空變遷及影響分析

董 巖，劉蘭玉

（1.山東省地礦測(cè)繪有限公司，山東 濟(jì)南 250002；2.山東省地質(zhì)測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

泗水縣境內(nèi)多泉，有“名泉七十二，大泉十八，小泉多如牛毛”之說，泉林泉群包括珍珠泉、響水泉、洗缽泉、黑虎泉、紅石泉、趵突泉等泉，地下水資源豐富。由于人類活動(dòng)強(qiáng)度增加（如當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)活動(dòng)影響、工業(yè)生產(chǎn)等）導(dǎo)致地下水離子濃度變化[1]。因此，研究該地區(qū)的地下水化學(xué)變化特征對(duì)地下水的保護(hù)具有積極的意義。

1 地形地貌

泗水縣地勢(shì)為南北高、中部低，由東向西傾斜。南部及北部是低山丘陵區(qū)，面積為738.57 km2，占全縣總面積的66.06%；中部為泗河河谷平原區(qū)，面積為379.43 km2，占全縣總面積的33.94%。境內(nèi)山脈多呈東西走向，以花崗巖、變質(zhì)巖、灰?guī)r為主。全縣山丘眾多。調(diào)查區(qū)位于尼山以北的泗水盆地南緣，屬丘陵地形，調(diào)查區(qū)東南較高，西北和北部較平坦，海拔高度在160～255 m，地形高差最大95 m。

2 地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

圖1 可見區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，主要以斷裂為主，尤其北西及北西西向斷裂十分發(fā)育，它們控制地層的展布，地貌形態(tài)及水文地質(zhì)單元邊界。東西向主要有汶泗斷裂。北東向及近南北向斷裂較少，且活動(dòng)規(guī)模較小，區(qū)內(nèi)斷裂性質(zhì)多為壓扭和張性[2]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

勘查區(qū)范圍內(nèi)主要地下水含水層為寒武系朱砂洞組地層，地層以單斜形式覆蓋于太古界變質(zhì)巖之上，構(gòu)成丘陵、低山地形，主要含水層巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及矽質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育程度程度中等，一般單井涌水量＜1 000 m3/d。地下水的埋藏與富水性隨地貌、巖性、構(gòu)造等條件的變化而具有較大的差異。其巖溶、裂隙多沿不同巖性界面及構(gòu)造帶附近發(fā)育。

2.1 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水，其次是地表水的滲漏補(bǔ)給。地下水的徑流與排泄條件受區(qū)域構(gòu)造、巖性、地形因素的控制極為突出，由于受斷裂的切割，形成獨(dú)立的補(bǔ)給、逕流、排泄系統(tǒng)。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)巖石裸露，淺部裂隙巖溶發(fā)育，部分地區(qū)雖被第四系覆蓋，但第四系厚度較薄（一般小于10 m），透水性也較好，這利于灰?guī)r巖層接受大氣降水補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)水庫、河流等地表水體，由于灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育，成為地下水的重要補(bǔ)給源。

2.2 地下水的徑流、排泄

泗河以北地區(qū)，地下水總體流向由北部山區(qū)向南部凹陷邊緣運(yùn)動(dòng)。地下水流向總體是由南部山區(qū)向北部凹陷邊緣運(yùn)動(dòng)。但由于受構(gòu)造及地形的影響，地下水流向與區(qū)域巖層傾向成一銳角斜交，由南向北西或向北運(yùn)動(dòng)。于北部凹陷南緣地帶地下水運(yùn)動(dòng)受斷裂及弱透水地層阻擋，產(chǎn)生回水，通過溶蝕裂隙上升形成泉水?？辈閰^(qū)內(nèi)地下水排泄主要以人工開采為主。

2.3 區(qū)域地下水水源動(dòng)態(tài)特征

地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，所以地下水水位年動(dòng)態(tài)變化與大氣降水密切相關(guān)，雨季普遍上升，旱季水位普遍下降；全年豐水期出現(xiàn)一次高水位階段（7—9 月），枯水期出現(xiàn)一次低水階段（5—6 月）。隨著全年降雨量的少－多－少的季節(jié)變化，地下水水位稍滯后的低－高－低的變化過程。每年的1—5 月份水位較低，最低水位出現(xiàn)在5 或6 月份，7 月份左右水位急劇回升，隨后可達(dá)頂峰，高水位階段可延續(xù)至8—10 月份，11、12 月才明顯下降?；?guī)r地下水水位的這種低－高－低及緩降陡升的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與全年降雨量分配上短期集中的特點(diǎn)密切相關(guān)，也與地下水不斷排泄消耗的特點(diǎn)有關(guān)。

3 樣品采集

泗水縣尖山村天然礦泉水采樣分析測(cè)試工作自2015 年8 月1 日至2016 年8 月1 日，2020 年11 月至2021 年8 月兩個(gè)階段進(jìn)行，分別在枯、平、豐三個(gè)水文期進(jìn)行采樣，樣品采集嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，采集井中地下水時(shí)，先抽水10～20 min，排出井內(nèi)滯存的水體，容器反復(fù)沖洗三遍，然后采集新鮮地下水樣品，送至具有甲級(jí)資質(zhì)的測(cè)試單位進(jìn)行測(cè)試，保證了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

4 綜合分析

2015 年8 月1 日至2016 年8 月1 日，分別在枯、平、豐三個(gè)水文期進(jìn)行地下水樣品采集：pH 值7.44～7.84，總硬度425.08～436.84 mg/L。陽離子以Ca2+、Mg2+、Na+為主，其質(zhì)量濃度分別為95.7～96.6 mg/L和45.19～47.50 mg/L和9.66～10.97 mg/L。陰離子以HCO3-、SO42-為主，其質(zhì)量濃度分別為336.72～343.97 mg/L和161.92～172.26 mg/L，其次ρ（Cl-）為7.02～7.62 mg/L，ρ（NO3-）為4.68～6.59 mg/L。偏硅酸質(zhì)量濃度為27.8～28.39 mg/L，水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。2020 年11 月至2021 年8 月進(jìn)行地下水樣品采集：pH 值7.37～7.84，總硬度425.08～458.4 mg/L。陽離子以Ca2+、Mg2+、為主，其質(zhì)量濃度分別為98.65～104.70 mg/L和41.19～49.16 mg/L。陰離子以HCO3-、SO42-為主，其質(zhì)量濃度分別為308.1～331.7 mg/L和97.77～175.7 mg/L，其次ρ（Cl-）為9.50～24.51 mg/L，ρ（NO3-）為10.42～40.0 mg/L，偏硅酸為21.48～29.13 mg/L。水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。2015—2016 年采集的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)與2020—2021 年水質(zhì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，水化學(xué)類型均為HCO3·SO4-Ca·Mg 型，未改變?？傮w地下水中溶解性總固體、氯離子、硝酸根等指標(biāo)均有上升趨勢(shì)，具體見表1、圖2～圖9。

表1 地下水豐、平、枯水期主要組分及含量變化范圍一覽表

圖2 Durov Diagram 圖

圖3 不同年份Sr、Ca2+離子濃度變化圖

圖4 不同年份PH、HCO3- 離子濃度變化圖

圖5 不同年份SO42-、TDS 離子濃度變化圖

圖6 不同年份Mg2+、Na+離子濃度變化圖

圖7 不同年份K+、Cl- 離子濃度變化圖

圖8 不同年份NO3- 離子濃度變化圖

圖9 Schoeller Diagram 圖

結(jié)果表明，地下水中主要的溶解性總固體、氯離子、硝酸根等指標(biāo)均呈逐年緩慢升高的趨勢(shì)。經(jīng)分析主要原因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展過程中人類活動(dòng)強(qiáng)度增大（如當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)活動(dòng)影響、工業(yè)生產(chǎn)等），水質(zhì)有逐步變差的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型，經(jīng)過不同時(shí)期對(duì)地下水水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，地下水溶解性總固體、氯離子、硝酸根離子等指標(biāo)總體有上升趨勢(shì)，判斷為人類工程活動(dòng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等因素影響導(dǎo)致面流污染，通過徑流對(duì)地下水水化學(xué)環(huán)境造成了一定的影響，地下水水質(zhì)總體有逐步變差趨勢(shì)，應(yīng)建立系統(tǒng)的地下水監(jiān)測(cè)措施，研究其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為地下水環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。