基于分層監(jiān)測(cè)的濱海地區(qū)地下水水化學(xué)特征分析

摘要： 為了探討地下水分層監(jiān)測(cè)技術(shù)在研究地下水不同含水層間的水力聯(lián)系與地下水污染遷移變化中的應(yīng)用， 以濱海地區(qū)山東省壽光市為研究區(qū)， 在垂直海岸線的淡水區(qū)—咸淡水過渡帶—咸水區(qū)布設(shè)多層位監(jiān)測(cè)井， 對(duì)地下水水位、 水質(zhì)開展分層監(jiān)測(cè)； 應(yīng)用Gibbs圖、 海水比值等離子相關(guān)性水文地球化學(xué)分析技術(shù)， 分析地下水的水化學(xué)特征及演化規(guī)律， 探測(cè)海水入侵的類型特點(diǎn)。 結(jié)果表明： 壽光市地下水中淡水、 微咸水的形成與碳酸鹽和硅酸鹽的風(fēng)化有關(guān)， 咸水的形成與蒸發(fā)-結(jié)晶有關(guān)； Ca²⁺的來源為石膏風(fēng)化和白云石的溶解， Na+、 K+的來源為硅酸鹽風(fēng)化及人類活動(dòng)； 砂層富集帶是海水入侵重要通道， 也是地下水的重要含水層， 是海水入侵防治的重要目標(biāo)層位。

關(guān)鍵詞： 地下水多層位監(jiān)測(cè)； 水文地球化學(xué)； 海水入侵； 水化學(xué)特征

中圖分類號(hào)： P641.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Analysis on Hydro-chemical Characteristics of

Coastal Groundwater Based on Layered Monitoring

GUAN Qinghua TI Yuyang3， WU Xian’ai4， CHEN Fengqin CHEN Xuequn QIU Yuting^1，2

（1. Water Resources Research Institute of Shandong Province， Jinan 250014， Shandong， China;

2. Shandong Province Key Laboratory of Water Resources and Environment， Jinan 250014， Shandong， China;

3. Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy Co.， Ltd.， Jinan 250013， Shandong， China;

4. Jinan Qingyuan Water Group Co.， Ltd.， Jinan 25001 Shandong， China）

Abstract： To explore the application of stratified groundwater monitoring technology in investigating the hydraulic connection among different aquifers， as well as the migration and variation of groundwater pollution， taking the coastal area of Shouguang City， Shandong Province as the research area， multi-layer monitoring wells were setupinthefreshwaterzone-brackish water transition zone-brackish water zone of the vertical coastline to carry out hierarchical monitoring of groundwater level and water quality. Using Gibbs map and ion correlation hydrogeochemical analysis of seawater ratio， the hydrochemical characteristics and evolution of groundwater were analyzed，andthetypecharacteristicsofseawaterintrusion were detected. The results show that the formation of fresh water and brackish water in groundwater in Shouguang City is relatedtotheweatheringofcarbonateandsilicate，andtheformationofbrackish water is related to evaporation and crystallization. The sources of Ca²⁺ are gypsum weathering and dolomite dissolution， while the sources of Na+ and K+ are silicateweatheringandhumanactivities.Inaddition，thesandenrichmentzone is an important channel of seawater intrusion， an important aquifer of groundwater， and an important target horizon for the prevention and control of seawater intrusion.

Keywords： multi-layer monitoring of groundwater; hydro-geochemistry; seawater intrusion; hydro-chemical characteristics

地下水是我國(guó)水資源體系的重要組成部分，與人類的生產(chǎn)和生活密切相關(guān)^［1］。近40 a來，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)， 經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民日常生活對(duì)水資源的需求顯著增加， 導(dǎo)致我國(guó)水資源的供需矛盾日益突出， 大量開采地下水引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題， 如地下漏斗、 地面塌陷及海水入侵等， 同時(shí)地下水污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重， 嚴(yán)重威脅地下水環(huán)境^［2］。在當(dāng)前背景下， 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，水資源保護(hù)受到國(guó)家高度重視， 因此對(duì)地下水狀況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行^［3］。地下水環(huán)境問題主要包括地下水超采和地下水污染， 超采導(dǎo)致了地下水位大幅度下降， 污染加劇了地下水水質(zhì)惡化^［4］。特別是對(duì)于沿海地區(qū)， 地下水超采會(huì)引發(fā)海水入侵， 地下水礦化度增大， 引發(fā)土地鹽堿化， 導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞^［5］， 因此， 地下水環(huán)境管理的重點(diǎn)在于地下水超采治理、 污染程度評(píng)估以及水質(zhì)時(shí)空變化的監(jiān)測(cè)。齊玉涵等^［6］對(duì)河南省鄭州市區(qū)淺層地下水化學(xué)特征的研究結(jié)果表明， 巖石風(fēng)化作用是影響整個(gè)城市水化學(xué)特征的主要原因。楊會(huì)峰等^［7］分析了華北平原近40 a地下水水位演變， 提出針對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤芍卫淼慕ㄗh。陶志斌等^［8］通過對(duì)比不同年代大沽夾河下游地下水水質(zhì)，總結(jié)出地下水演變規(guī)律， 并預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì)。劉紹等^［9］采用水文地球化學(xué)模擬軟件PHREEQC對(duì)吉林省雙遼市地下水水化學(xué)演化過程進(jìn)行反向地球化學(xué)模擬，并利用離子比值法進(jìn)行分析驗(yàn)證。

本文中以濱海區(qū)地下水為研究對(duì)象^［10］，深入分析地下水化學(xué)特征及演化規(guī)律，旨在為當(dāng)?shù)氐叵滤Y源管理和地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供科學(xué)參考。目前全球地下水污染調(diào)查和監(jiān)測(cè)技術(shù)快速發(fā)展^［11］，歐洲的一些國(guó)家以及美國(guó)、 加拿大、 日本等開發(fā)了連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)技術(shù)^［12］，該技術(shù)在同一檢測(cè)管內(nèi)設(shè)計(jì)多個(gè)監(jiān)測(cè)通道，每個(gè)通道可以監(jiān)測(cè)一個(gè)目標(biāo)層的地下水^［13］，利用一個(gè)監(jiān)測(cè)管準(zhǔn)確獲得各個(gè)含水層的水位與水樣信息^［14］。本文中提出地下水多層位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)管設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)井施工工藝相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)地表取樣、 測(cè)壓分析水位、 水溫等水文要素，且不受地表水體和降雨等影響^［15］。通過在濱海海水入侵區(qū)開展多層位監(jiān)測(cè)應(yīng)用，探索不同含水層的賦水性、 各含水層之間的水力聯(lián)系，全面把握海水入侵的優(yōu)勢(shì)通道，并分析地下水體中污染物的垂向動(dòng)態(tài)變化與污染物遷移變化規(guī)律。

1 地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 單井監(jiān)測(cè)方法

20世紀(jì)70—90年代，我國(guó)主要采用單井或一組群井進(jìn)行地下水監(jiān)測(cè)^［16］。單井監(jiān)測(cè)采用完整井形式，透過單個(gè)鉆孔穿越多個(gè)含水層，監(jiān)測(cè)混合水的水位和水質(zhì)。如圖1所示，群井監(jiān)測(cè)則是在同一區(qū)域鉆進(jìn)多個(gè)不同深度的監(jiān)測(cè)井，通過上層封井工藝，監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層的水位和水質(zhì)。盡管單井監(jiān)測(cè)存在混合水體的問題，但群井監(jiān)測(cè)則在工藝簡(jiǎn)單易施工的同時(shí)存在占地面積大、 成本高、 施工周期長(zhǎng)等問題。隨著地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，單孔多管監(jiān)測(cè)技術(shù)日趨成熟，監(jiān)測(cè)精度不斷提高。

1.2 單孔多管監(jiān)測(cè)技術(shù)

單孔多管監(jiān)測(cè)井又稱巢式監(jiān)測(cè)井^［17］，通過在一個(gè)鉆孔中下放多根不同長(zhǎng)度的監(jiān)測(cè)管到選定的監(jiān)測(cè)層位。監(jiān)測(cè)管采用聚氯乙烯（PVC）塑料管。以圖2所示的單孔三管監(jiān)測(cè)井為例，①號(hào)管監(jiān)測(cè)潛水含水層，②號(hào)管監(jiān)測(cè)第一承壓含水層，③號(hào)管監(jiān)測(cè)第二承壓含水層。在安裝過程中，利用在含水層回填中粗砂、 相對(duì)隔水層回填黏土的方法實(shí)現(xiàn)在同一監(jiān)測(cè)井里的人工分層，監(jiān)測(cè)不同層位的地下水。20世紀(jì)90年代，河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院開展多管監(jiān)測(cè)安裝試驗(yàn)，在鄭州市區(qū)西部采用硬PVC（PVC-U）塑料管實(shí)施了裸眼4次成井工藝的地下水監(jiān)測(cè)井示范工程^［17］。監(jiān)測(cè)井深度為350 m，單孔監(jiān)測(cè)4個(gè)含水層，可監(jiān)測(cè)深度分別為70～82、 172～190、 250～268、 316～328 m層位的地下水。裸眼4次成井工藝的鉆井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：鉆井深度為0～200 m時(shí)，監(jiān)測(cè)井孔徑為600 mm； 鉆井深度為gt;200～350 m時(shí)，監(jiān)測(cè)井孔徑為450 mm。鉆井過程不需要金屬管護(hù)壁。在無井壁保護(hù)管的情況下，采用分別在同一眼井內(nèi)成井4次的設(shè)計(jì)方案，即在同一井內(nèi)分4次按照自下而上的程序（下管—投礫—止水）逐級(jí)成井。PVC塑料管安裝示意圖如圖2所示。最后用空氣壓縮機(jī)和管徑為50 mm的鉆桿分別開展洗井和抽水試驗(yàn)。該技術(shù)雖然解決了單孔監(jiān)測(cè)成孔數(shù)量多、 占地面積大、 成本高、 監(jiān)測(cè)和管理不便等問題； 但在使用過程中遇到了技術(shù)難題，如分層封井困難，止水難度大，材料浪費(fèi)等，因此地下水的連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1.3 連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)技術(shù)

連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的地下水監(jiān)測(cè)井技術(shù)^［18］。該技術(shù)在同一管內(nèi)設(shè)計(jì)3或7個(gè)連續(xù)通道的高密度聚乙烯（HDPE）管，外徑分別為28、 43 mm，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為30、 60、 90 m。利用鉆井技術(shù)施工監(jiān)測(cè)井，利用分層止水技術(shù)對(duì)隔水層實(shí)施止水，實(shí)現(xiàn)不同含水層水質(zhì)的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)管的安裝須根據(jù)鉆孔的含水層特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)管與含水層對(duì)應(yīng)的位置打孔，并在隔水層進(jìn)行封堵。圖3為PVC連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)管安裝示意圖，其中①號(hào)管監(jiān)測(cè)潛水含水層，②號(hào)管監(jiān)測(cè)第一承壓含水層，③號(hào)管監(jiān)測(cè)第二承壓含水層。隨著監(jiān)測(cè)井的技術(shù)發(fā)展，目前連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)管安裝深度可達(dá)150 m。

連續(xù)多通道監(jiān)測(cè)技術(shù)最多能夠同時(shí)提供7個(gè)不同監(jiān)測(cè)區(qū)域，各層水樣干擾小，成本低，避免了不同含水層之間的滲漏問題。圍繞一根監(jiān)測(cè)管的止水操作簡(jiǎn)單、 可靠，回填方便，易于分層止水，不會(huì)發(fā)生串孔，能夠?qū)崿F(xiàn)地下水水位和水質(zhì)的高分辨率測(cè)量。該技術(shù)在國(guó)外主要應(yīng)用于淺層地下水監(jiān)測(cè)， 監(jiān)測(cè)深度一般為20～50 m，在國(guó)內(nèi)的地下水監(jiān)測(cè)的最大深度達(dá)到150 m，可監(jiān)測(cè)5個(gè)層位的含水層。

2 地下水含水層的水力聯(lián)系

2.1 海水入侵區(qū)多層位監(jiān)測(cè)

山東省壽光市現(xiàn)有14個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，監(jiān)測(cè)井分布如圖4所示。14個(gè)監(jiān)測(cè)井均為混合井，井深為30～50 m，直徑為30 cm，根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件和含水層結(jié)構(gòu)，主要監(jiān)測(cè)第一、 第二承壓含水層的地下水，因此監(jiān)測(cè)井過濾管基本安裝在第一承壓含水層位置，埋深約為20～30 m； 第二承壓含水層位置，埋深約為35～40 m。2019年在原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在壽光市垂直海岸線的淡水區(qū)—咸淡水過渡帶—咸水區(qū)新建5眼多層位監(jiān)測(cè)井，其中后古河村、 葦園子村、 中埠頭村和李家莊子村4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)形成了田柳—王高監(jiān)測(cè)剖面，另外在咸淡水過渡帶布設(shè)了2眼監(jiān)測(cè)井，分別為SZK-19和SZK-21。監(jiān)測(cè)井在平面上布設(shè)在自海洋向內(nèi)陸的海水入侵區(qū)、 咸淡水界面、 淡水區(qū)，在垂直地層方向上根據(jù)區(qū)域地質(zhì)鉆孔資料確定最大監(jiān)測(cè)井深為100 m，按照含水砂層分布特點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)3個(gè)含水層位，自上而下： 第一承壓含水層埋深為20～30 m，巖性以粗砂為主；第二承壓含水層埋深為35～40 m，巖性為中砂； 第三承壓含水層埋深為61～65 m， 巖性以粗砂為主。 在監(jiān)測(cè)井施工過程中， 須對(duì)隔水層進(jìn)行分層止水處理， 只監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層的水位、 水質(zhì)情況， 且必須保證3個(gè)含水層相對(duì)獨(dú)立， 不發(fā)生串層^［19-20］。

2.2 地下水含水層的水力聯(lián)系

多層位監(jiān)測(cè)井SZK-19監(jiān)測(cè)的含水層的水位與降水量變化如圖5所示。從2016年11月—2018年7月的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出， 地下水位與大氣降雨呈正相關(guān)， 隨著降水量增大，地下水水位相應(yīng)抬升， 但水位較降雨具有一定的遲滯性， 遲滯時(shí)間為1個(gè)月。在3—5月份， 由于春季農(nóng)業(yè)灌溉用水量較大時(shí)， 地下水位出現(xiàn)2～5 m的降幅。2018年汛期（6—8月份）降水量大于700 mm，上層及中層地下水位從-10 m上升到-2 m。由于汛期含水層得到了充分補(bǔ)給， 因此汛期過后，地下水位未出現(xiàn)明顯的下降，水位變幅較小，約為1 m。

自陸地向海洋方向多層位監(jiān)測(cè)剖面的監(jiān)測(cè)井（后古河村、 葦園子村、 中埠頭村、李家莊子村）水位變化如圖6所示。由圖可知，各監(jiān)測(cè)井的上、 中、 下層水位在3月15日后普遍下降，說明春季農(nóng)業(yè)灌溉及生活用水導(dǎo)致地下水開采量較大，水位持續(xù)下降。從內(nèi)陸到海洋方向，第一承壓含水層（上層）地下水水位依次增大，從-2 m上升到4 m（2021年3月1日），沿海區(qū)域的地下水水位高于內(nèi)陸的，此時(shí)上層含水層地下水的由海洋向內(nèi)陸徑流。由于沿海區(qū)域地下水含鹽量較高，在地下水徑流過程中攜帶鹽分，因此導(dǎo)致內(nèi)陸地下水的鹽度增大，形成海水入侵。中層及深層地下水水位的變化規(guī)律與上層差異較大，地下水的水流方向與上層不同，淡水區(qū)的地下水水位高于濱海區(qū)的，地下水徑流方向?yàn)樽詢?nèi)陸向沿海方向，說明該區(qū)域海水入侵主要發(fā)生在上層含水層，因此分層監(jiān)測(cè)對(duì)海水入侵的優(yōu)勢(shì)通道、海水入侵治理意義重大。

3 地下水水文地球化學(xué)特征

在地下水水位分層監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)壽光市監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行了采樣分析， 在淡水區(qū)、 咸淡水過渡帶和咸水區(qū)采集水樣22組，測(cè)試分析電導(dǎo)率，酸堿度，溶解性總固體（TDS）、 硫酸鹽SO^2-4、 氯化物Cl-、 碳酸氫鹽HCO-3、 鉀離子K+、 鈉離子Na+、 鈣離子Ca²⁺、 鎂離子Mg²⁺含量，研究水樣的化學(xué)特征。

3.1 地下水化學(xué)特征

水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同含水層的Cl-含量存在明顯差異，陸域（后古河村、 葦園子村）監(jiān)測(cè)井的深層含水層中的Cl-含量最大，而中層和淺層含水層的Cl-含量最??； 而靠近沿海區(qū)（中埠頭村、 李家莊子村、 SZK-21）監(jiān)測(cè)井第二承壓含水層的Cl-含量最大， 淺層含水層和深層含水層Cl-含量最小， 故海水入侵具有沿著優(yōu)勢(shì)通道和優(yōu)勢(shì)含水層入侵的特性。淺層及中層含水層從陸地向海洋方向Cl-含量逐漸增大，Cl-的質(zhì)量濃度由117 mg/L增大到570 mg/L；中層含水層中Cl-的質(zhì)量濃度由60 mg/L增大到741 mg/L。而深層含水層中Cl-的質(zhì)量濃度變化是先減小再增大，由269 mg/L減小到134 mg/L，又增大到500 mg/L。

變異系數(shù)反映了數(shù)據(jù)在空間的聚集和離散程度，本文中采用化學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)分析水化學(xué)的空間變異性。變異性按照等級(jí)可分為弱、 中、 強(qiáng)三類，即變異系數(shù)小于或等于0.1時(shí)為弱變異性，變異系數(shù)為（0. 1.0）時(shí)為中等變異，變異系數(shù)大于或等于1.0時(shí)為強(qiáng)變異性。由地下水水化學(xué)測(cè)試結(jié)果（表1）可知，淺層、 中層、 深層含水層中酸堿度的變異系數(shù)均小于0.1，為弱變異性，表明其空間分布均勻； 淺層含水層中除酸堿度外，其他化學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)為（0. 1.0），為中等變異，具有一定的穩(wěn)定性。中層含水層中Cl-、 Na+、 Mg²⁺含量的變異系數(shù)大于1.0，為強(qiáng)變異性，表明它們的空間分布具有顯著的不均勻性，與含水層的不同位置受海水入侵影響的程度不同有關(guān)。除酸堿度，Cl-、 Na+、 Mg²⁺含量外，其他化學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)為（0. 1.0），為中等變異，具有一定的穩(wěn)定性。深層含水層的酸堿度為弱變異性，其他化學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)為（0. 1.0），為中等變異，分布較為穩(wěn)定。

根據(jù)地下水的Cl-含量，將22組水樣分為3種類型，即Cl-的質(zhì)量濃度小于150 mg/L時(shí)為淡水，Cl-的質(zhì)量濃度為150～300 mg/L時(shí)為微咸水，Cl-的質(zhì)量濃度大于300 mg/L時(shí)為咸水。根據(jù)壽光市22組水樣的水化學(xué)測(cè)試結(jié)果，繪制Piper三線圖如圖7所示。

由圖可知，山東省壽光市淡水的化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg型， 微咸水的化學(xué)類型主要為HCO3·Cl-Ca·Mg·Na、 Cl·SO4·HCO3-Ca·Na·Mg，咸水的化學(xué)類型主要為Cl·SO4-Mg·Na、 Cl-Mg·Na、 Cl-Na。隨著海水入侵地下淡水的強(qiáng)度增大，地下水的水化學(xué)類型發(fā)生轉(zhuǎn)變，由陸地到海岸，地下水從低礦化度的HCO3-Ca·Mg型向高礦化度的Cl-Na型轉(zhuǎn)變。地下水化學(xué)類型的改變，一方面受海水入侵的影響，另一方面是水-巖相互作用的結(jié)果，如田王西路地下水為HCO3-Ca·Mg型，但礦化度和Cl-含量較小，是水-巖作用下的白云巖-方解石和石膏溶解過程的體現(xiàn)。

3.2 地下水離子成分分析

通過地下水化學(xué)指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)性分析，分析地下水離子的關(guān)系及來源，地下水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣見表2。結(jié)果表明：地下水中SO^2-4、 Cl-、 Na+、 TDS之間具有較高的相關(guān)性，由內(nèi)陸到沿海地下水中SO^2-4、 Cl-、 Na+的變化趨勢(shì)與TDS一致。與此同時(shí)， Ca²⁺與SO^2-4的相關(guān)性較高，表明石膏（存在于黏土中）的風(fēng)化是Ca²⁺的主要來源；Ca²⁺與Mg²⁺的皮爾遜相關(guān)系數(shù)大于0.6，這是由白云石溶解所致； K+與Na+、 Cg²⁺、 Cl-的皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.589、 0.684、 0.729，相關(guān)性較高，表明K+的來源主要是硅酸鹽風(fēng)化和人類活動(dòng)。

在不考慮人為因素下，Gibbs圖常用來識(shí)別自然水體中各離子的起源，如巖石風(fēng)化、大氣降水和蒸發(fā)作用。利用壽光市沿海區(qū)22組地下水水化學(xué)指標(biāo)， 繪制了地下水水化學(xué)Gibbs圖（見圖8）?？v坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示水體中溶解性離子TDS的總量；橫坐標(biāo)為普通坐標(biāo)，用Na+與Na+-Ca²⁺或Cl-與Cl--HCO-3的質(zhì)量濃度比值表示。由圖8可以看出： 樣本點(diǎn)全部位于巖石風(fēng)化組與蒸發(fā)-結(jié)晶組， 大氣降水組與蒸發(fā)組中無樣本點(diǎn)。結(jié)合取樣點(diǎn)位置和水化學(xué)測(cè)試結(jié)果， 淡水區(qū)、 微咸水區(qū)的監(jiān)測(cè)井的樣本全部位于巖石風(fēng)化組， 咸水區(qū)監(jiān)測(cè)井的樣本全部位于蒸發(fā)-結(jié)晶組， 表明淡水、 微咸水區(qū)的地下水水質(zhì)與碳酸鹽和硅酸鹽的風(fēng)化有關(guān)， 而咸水區(qū)的地下水水質(zhì)與蒸發(fā)-結(jié)晶作用密切相關(guān)。

3.3 海水入侵離子來源分析

海水比值為標(biāo)準(zhǔn)海水的各離子與Cl-的質(zhì)量濃度比值（標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線）。本文中將壽光市沿海區(qū)地下水中常規(guī)離子Na+、 K+、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 SO^2-4、 HCO-3和Cl-的質(zhì)量濃度之比與海水比值進(jìn)行對(duì)比，探究不同區(qū)域地下水中鹽分的來源。標(biāo)準(zhǔn)海水中常規(guī)離子含量數(shù)據(jù)見表3，反映了隨著Cl-含量的增大，地下水中常規(guī)離子濃度與Cl-比值的變化。

圖9為山東省壽光市沿海區(qū)地下水中陰、 陽離子與Cl-的質(zhì)量濃度之比分析結(jié)果。由圖9（a）可以看出：HCO-3與Cl-的質(zhì)量濃度之比遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線，且隨著Cl-含量增大，比值逐漸減小。一方面，因?yàn)榈叵滤牧鲃?dòng)沖刷了含水介質(zhì)，含水介質(zhì)中的碳酸鹽類礦物不斷溶解到地下水中，所以地下水中的HCO-3含量增加； 另一方面，從沿海到內(nèi)陸，地下水中鹽度減小，越來越適宜植物的生存，植物呼吸作用產(chǎn)生CO2，大氣降水又與土壤中的CO2反應(yīng)生成H2CO3進(jìn)入地下水中，并電離分解為HCO-3和H+，使地下水中的HCO-3含量增大。從圖9（b）、（c）可以看出，Ca²⁺、 Mg²⁺與Cl-的質(zhì)量濃度之比均大于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線，原因是地下水溶解了土壤中的礦物，地下水中的Ca²⁺、 Mg²⁺含量增大。圖9（d）顯示，在部分淡水、微咸水及全部咸水類水樣的Na+與Cl-的質(zhì)量濃度之比均小于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線。圖9（e）顯示，大部分微咸水、 咸水類水樣的K+與Cl-的質(zhì)量濃度之比均小于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線。 由于地下水鹽度較大的地區(qū)受海水入侵較嚴(yán)重，陽離子交換吸附作用使含水介質(zhì)的固體顆粒表層吸附地下水中Na+、 K+，而將原來吸附的Ca²⁺、 Mg²⁺轉(zhuǎn)為地下水中的組分， 因此導(dǎo)致地下水中Ca²⁺、 Mg²⁺與Cl-的質(zhì)量濃度之比均大于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線。 由圖9（f）可知， SO^2-4與Cl-的質(zhì)量濃度之比大部分位于標(biāo)準(zhǔn)海水稀釋線之上， 且隨著Cl-濃度的增大， 比值呈逐漸減小的趨勢(shì)， 原因是越靠近內(nèi)陸地區(qū)， 地下水水質(zhì)受人類活動(dòng)影響越大， 含有SO^2-4的生活污水、 工業(yè)廢水及化肥等隨著大氣降水及河流入滲， 導(dǎo)致地下水中SO^2-4含量增大。

4 結(jié)論

本文中對(duì)山東省壽光市的地下水開展多層位水位、 水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析，為精準(zhǔn)研究地下水不同含水層的水力聯(lián)系、 地下水污染物的遷移、 海水入侵類型和特點(diǎn)等提供新的方法，得到以下主要結(jié)論：

1）根據(jù)壽光市地下水水文化學(xué)特征，從陸地至海洋方向，Cl-、 TDS含量，電導(dǎo)率逐漸增大； 同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同層位的物質(zhì)含量也具有明顯差別，淺層含水層中HCO-3、 Mg²⁺含量的平均值最大，中層含水層中電導(dǎo)率，TDS、 Cl-、 K+、 Ca²⁺、 Na+含量的平均值最大； 總體而言，壽光市沿海地區(qū)自內(nèi)陸到海洋地下水從低礦化度的HCO3-Ca·Mg型向高礦化度的Cl-Na型轉(zhuǎn)化。

2）地下水中Ca²⁺與SO^2-4間的相關(guān)性較高，黏土中石膏的風(fēng)化是Ca²⁺的主要來源；Ca²⁺與Mg²⁺的皮爾遜相關(guān)系數(shù)大于0.6，這是由白云石溶解所致； K+與Na+、 Cg²⁺、 Cl-的相關(guān)性較高，說明K+與硅酸鹽風(fēng)化以及人類活動(dòng)密切相關(guān)。

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（責(zé)任編輯：于海琴）