蘇錫常地區(qū)深層地下水化學(xué)特征及成因探討

關(guān)鍵詞：深層地下水；水化學(xué)特征；成因分析；蘇錫常地區(qū)

中圖分類號(hào)：P641.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1329（2024）04-0171-08

地下水作為水資源的重要組成部分，具有水質(zhì)好、水量穩(wěn)定等優(yōu)勢，不僅支撐了居民生活和工農(nóng)業(yè)發(fā)展，同時(shí)在維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定方面也起到了重要作用[1]。在地下水與圍巖的不斷作用過程中，水化學(xué)組分受到周邊圍巖巖性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水循環(huán)條件、氣候和人類活動(dòng)等因素的共同制約影響，呈現(xiàn)出不同特征[2-3]。地下水因其具有流動(dòng)性與外界之間始終進(jìn)行著水量和化學(xué)物質(zhì)的交換，開展地下水化學(xué)特征及成因分析，能夠更好揭示地下水環(huán)境變化過程及水文地球化學(xué)演化規(guī)律[4]，同時(shí)識(shí)別地下水中污染物來源[5]。綜上所述，開展地下水化學(xué)特征分析，并深入探討其成因和控制因素，對于蘇錫常地區(qū)地下水資源的可持續(xù)利用與保護(hù)，以及地下水質(zhì)量的評(píng)價(jià)與提升，具有至關(guān)重大的現(xiàn)實(shí)意義。

以往關(guān)于地下水化學(xué)特征及影響因素的分析探討，更多采用統(tǒng)計(jì)分析法、圖解法和離子比值關(guān)系等傳統(tǒng)的研究方法[6]。但是，地下水化學(xué)演變往往受控于多種因素，除受地形地貌、氣候水文與地質(zhì)構(gòu)造等自然因素影響外，人類活動(dòng)對地下水化學(xué)組分的影響也不容忽略。為更全面的研究自然與人為因素對地下水化學(xué)特征的綜合影響，目前，更多采用多元統(tǒng)計(jì)方法、同位素技術(shù)、水文地球化學(xué)模擬這些方法與傳統(tǒng)水化學(xué)分析相結(jié)合，以定量評(píng)估各因素對地下水化學(xué)成因及演化的影響程度[7-8]。

蘇錫常地區(qū)是長三角經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要組成部分，地理位置優(yōu)越，交通便利，產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)勁，已成為全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的的重要引擎。在蘇錫常以往的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，地下水發(fā)揮了重要作用，由于長期無序大量開采地下水，形成了大面積的降落漏斗，并引發(fā)了諸多環(huán)境地質(zhì)問題，例如地面沉降、地裂縫等[9]。近年來關(guān)于蘇錫常地區(qū)地下水的研究主要集中在淺層地下水質(zhì)量[10-11] 和地下水開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題[12] 等方面，特別是針對區(qū)內(nèi)深層地下水的化學(xué)特征討論和分析尚顯不足。因此，本文以水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)的水化學(xué)特征研究方法以及因子分析統(tǒng)計(jì)手段，圍繞研究區(qū)深層地下水化學(xué)特征展開研究。目的是厘清地下水的化學(xué)成因及其控制因素，從而為區(qū)域地下水資源的保護(hù)與管理，以及都市圈的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理與地形地貌

蘇錫常地區(qū)位于江蘇省南部，長江三角洲中部，區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育、河川縱橫，范圍119°31′～121°23′ E、30°45′～32°4′ N，總面積約15440 km²。蘇錫常地區(qū)整體所屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，降水量豐富。根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)，年均氣溫約15～16 ℃，年均降水量則達(dá)到1200mm。地形總體呈現(xiàn)由西向東、由南往北傾斜的趨勢，地貌類型主要為平原，又可進(jìn)一步劃分為太湖水網(wǎng)平原和長江下游沖積平原，地面高程2～8 m，僅在無錫宜興及環(huán)太湖地帶片狀或零星狀分布有基巖丘陵。

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)第四系廣泛分布，沉積物成因類型復(fù)雜，受起伏不平的基底控制，沉積厚度由西向東逐漸加厚，厚度100～300m。區(qū)內(nèi)的地下水資源極為豐富，主要以松散沉積物中的孔隙水形式存在。按照砂層的沉積時(shí)代、埋藏條件以及水力聯(lián)系等特征，能夠概化為四個(gè)含水層。潛水和第Ⅰ承壓含水層，頂板埋深10～60m，統(tǒng)稱為淺層地下水，且含水層砂層厚度往沿江方向逐漸加大，主要巖性為粉細(xì)砂和亞砂土。第Ⅱ和第Ⅲ承壓含水層為區(qū)內(nèi)主要含水層，埋藏深度多大于60m，可稱為深層地下水，也是本文主要的研究層位。第Ⅱ承壓含水層在整個(gè)平原區(qū)廣泛分布，是本區(qū)主要的開采層位，頂板埋深60～130m，巖性主要為中細(xì)砂和中粗砂，富水性強(qiáng)，該層因長期開采，形成了以常州戚墅堰—江陰祝塘一帶為中心的大面積降落漏斗，最大水位埋深曾一度大于50m，自從禁采政策實(shí)施以來水位有顯著上升。第Ⅲ承壓含水層主要分布于常州市北部及蘇州東部平原區(qū)，頂板埋深110～160m，巖性為細(xì)砂、中細(xì)砂、中粗砂。深層地下水主要補(bǔ)給途徑有兩種，其一是上部淺層水越流補(bǔ)給，另外為西中部丘陵地區(qū)山體的側(cè)向補(bǔ)給，排泄途徑主要是人工開采，其徑流受人工開采的顯著影響，徑流方向主要由周邊向降落漏斗中心匯流。

2 研究方法

2.1 樣品采集與測試

為研究蘇錫常地區(qū)深層地下水化學(xué)特征，于2021年豐水期開展深層地下水樣品采集工作，共采集地下水樣品78 組（圖1），采樣井主要為機(jī)井或?qū)ｉT監(jiān)測井，其中第Ⅱ承壓水井69眼，第Ⅲ承壓水井9眼且主要位于蘇州市。開展樣品采集工作前先對取樣井進(jìn)行抽水洗井，排出井管內(nèi)積水，當(dāng)洗井水清砂凈且3次測量現(xiàn)場參數(shù)達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)后再開展水樣采集工作。水樣瓶為聚乙烯塑料材質(zhì)，水樣的規(guī)格為1000ml 原水樣，100 ml的酸化水樣，250ml堿化水樣。樣品檢測項(xiàng)目為全分析，離子檢測方法主要參照HJ 776-2015、DZ/T 0064-93等標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本文采用Excel 和AqQA軟件進(jìn)行水質(zhì)檢測結(jié)果的分析并繪制Piper三線圖，歸納總結(jié)了地下水化學(xué)基本特征；借助ArcGIS 軟件的空間分析功能，討論了主要離子含量的空間分布規(guī)律；運(yùn)用Excel和Origin 軟件繪制Gibbs 圖、端元圖和離子比值關(guān)系圖并采用SPSS分析統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行因子分析，深入探討了深層地下水的水化學(xué)成因和影響因素。

3 結(jié)果與討論

3.1 地下水化學(xué)基本特征

根據(jù)獲取的78 組深層地下水樣品的水質(zhì)檢測結(jié)果，分析了主要離子的統(tǒng)計(jì)特征（表1）。第Ⅱ、Ⅲ承壓水pH 變化區(qū)間分別為7.25～9.60、7.89～9.73，平均值分別為8.26、8.25，整體上呈現(xiàn)出弱堿性的特征；TDS 值范圍分別為230～2512mg/l、358～2882mg/l，平均值分別為570.46mg/l、786.33 mg/l，整體為淡水，少量微咸水分布。微咸水點(diǎn)位主要零星分布在研究區(qū)北東部的昆山開發(fā)區(qū)、太倉瀏河鎮(zhèn)和常熟董浜及沙家浜鎮(zhèn)，主要原因?yàn)槭芡砀率篮Ｇ值挠绊懀K州常熟、太倉、昆山等區(qū)內(nèi)的第Ⅰ承壓含水層片狀分布微咸水，再加上深層與淺層含水層間無穩(wěn)定隔水層，上覆微咸水下滲導(dǎo)致深層地下水咸化[13-14]。