蘇北沿海地區潛水淡化特征及成因分析

陸 華,陸徐榮,楊 磊,王茂亭,周愛國

(江蘇省地質調查研究院,江蘇南京210018)

蘇北沿海地區潛水淡化特征及成因分析

陸 華,陸徐榮,楊 磊,王茂亭,周愛國

(江蘇省地質調查研究院,江蘇南京210018)

蘇北沿海地區自晚更新世到全新世多次發生海水入侵,造成區內潛水咸化,被咸化的潛水在后期大氣降水入滲、地下水開采、農業灌溉、補給地表水等自然條件和人類活動的共同作用下,水質逐步發生了淡化作用。利用蘇北沿海地區20世紀80年代和21世紀初的潛水資料,從潛水礦化度、氯化物、總硬度、水化學類型以及水化學三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,充分證明了區內潛水水質20年來發生的淡化作用。對淡化成因也作了分析。

潛水;淡化;沿海地區;江蘇北部

0 引 言

晚更新世—全新世時期,蘇北沿海地區多次發生海水入侵,造成本區晚更新世及全新統中的地下水幾乎全部為咸水或半咸水。隨著時間的推移,被海水咸化的地下水在后期自然條件及人類活動的作用下,水質逐漸發生了淡化作用,潛水水質淡化尤其明顯。筆者收集了20世紀80年代及21世紀初(2003年)的潛水資料,從潛水的礦化度、氯化物、總硬度、水化學類型及水化學三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,以證明該地區潛水20年來發生的淡化作用。

1 潛水水質變化特征

1.1 礦化度分布特征

據20世紀80年代資料顯示,區內潛水多為礦化度大于1 000mg/L的微咸水,分布面積7 142km2,約占總面積的74.53%(表1),主要分布在射陽—鹽城—東臺一線以東沿海的大部分地區(圖1)。次之為半咸水約占1 533km2,占總面積的16.00%,主要分布在射陽—上岡以西、大岡以東、時堰以南及特庸—鹽城—大豐以東沿海地區。此外,還包含小范圍礦化度大于5 000mg/L的咸水區。

而21世紀初(2003年)的資料分析顯示,區內潛水礦化度發生了明顯變化,其中半咸水、咸水分布范圍明顯減少,由原先的2 068km2陡降至465km2,降幅達77.51%,鹽城以東半咸水、咸水區被淡化,已轉變為礦化度小于3 000mg/L的微咸水,淡水分布范圍明顯增加,由原先的358km2增至2 396km2。總體而言,微咸水分布界限明顯東移,分布于龍岡—劉莊—時堰一線以東沿海地區。

表1 蘇北沿海地區潛水礦化度分布面積統計

1.2 氯化物分布特征

20世紀80年代,區內絕大部分地區潛水氯化物含量大于1 000mg/L,約4 507km2,占總面積的47.03%(表2)。分布范圍包括射陽、大岡以西、千秋—黃沙港以東、鹽城—大豐—三倉一線以東地區(圖2),只有龍岡以北和東臺以東小范圍地區符合生活飲用標準,分布面積394km2,僅占總面積的4.11%。

圖1 蘇北沿海地區潛水礦化度等值線分布圖

而21世紀初(2003年)的潛水資料表明,潛水氯化物含量大多小于250mg/L,分布面積與20世紀80年代相比有了大幅增加,分布面積為4 049km2,約占總面積的42.25%,主要分布在興橋—鹽城—富安一線以西地區;氯化物含量大于250mg/L的分布區相比21世紀80年代明顯減少,面積由9 189 km2縮減至5 534 km2,降幅達39.78%;大于1 000 mg/L的區域仍有分布,集中在射陽以北、大豐以東和東臺三倉一帶。

表2 蘇北沿海地區潛水氯化物含量分布面積統計

1.3 總硬度分布特征

20世紀80年代,區內潛水總硬度大部分地區為極硬水(大于450mg/L),約6 688km2,占總面積的69.79% (表3),分布區域主要包括射陽—鹽城—東臺一線以東沿海的大部分地區(圖3)。大岡—竹泓—小海一線以東、鹽城—大豐一線周邊以及時堰以南地區大于700mg/L,分布面積1 437km2。有小范圍總硬度大于1 000mg/L,分布面積729km2,占總面積7.61%。其他地區大多包括硬水和微硬水2種類型的潛水,且以硬水分布為主,面積2 270km2,占總面積的23.69%。

21世紀初(2003年)的潛水總硬度分布特征則發生較大變化,以小于450mg/L為主,分布在王港—四灶—三倉一線以西大部分地區,面積7 549 km2,占總面積的78.77%。極硬水的分布相比20世紀80年代減少很多,其中以大于1 000mg/L區域最為明顯,分布范圍由原先的729km2陡降至8km2,以點狀分布為主。

1.4 水化學類型分布特征

20世紀80年代,區內潛水以微咸水和半咸水為主,在水平分布上隨離海岸線的遠近,呈現規律性的變化(圖4),西部地區大多為HCO3·Cl-Na (·Ca)(·Mg)型的微咸水,四灶—時堰—富安一線以東地區則為Cl·HCO3-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水,北部海河—鹽城—小海一線以東地區為Cl-Na型水的半咸水。

圖2 蘇北沿海地區潛水氯化物含量等值線分布圖

表3 蘇北沿海地區潛水總硬度分布面積統計

21世紀初(2003年),區內潛水以微咸水為主,西部地區為HCO3-Na(·Ca)型的淡水。東部特庸—劉莊一線以東沿海、東臺—四灶以南小范圍地區為HCO3·Cl-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水。北部射陽以北以及大豐以北有小范圍的Cl·HCO3-Na(·Ca)(·Mg)型的微咸水分布,Cl-Na型的微咸水則為點狀分布。

1.5 水化學三線圖

對比20世紀80年代和21世紀初(2003年)潛水的水化學三線圖(圖5)不難發現,20世紀80年代潛水的Cl-+SO42-變化在27%～93%(毫克當量百分數),Na++K+變化在30%～83%(毫克當量百分數),水樣多集中于三線圖中部偏右側區域,為微咸水、半咸水。而21世紀初(2003年)潛水的Na++K+變化在29%～94%(毫克當量百分數), Cl-+SO42-變化在18%～81%(毫克當量百分數),分布集中區整體南移,多為淡水,由此可以判定潛水發生明顯的淡化作用。

2 淡化成因分析

2.1 大氣降水入滲

大氣降水是潛水主要補給來源,潛水水位的升降明顯受降水控制,且上升幅度直接受降水量多少的影響,每次降水后24h～48h地下水即出現峰值。區內多年平均降雨量在1 100mm左右,自西向東降水量略有增加,全年雨日約達110d～120d,豐富的雨水為區內提供了大量充足的潛水資源。

2.2 地下水開采

圖3 蘇北沿海地區潛水總硬度等值線分布圖

20世紀80年代前,區內工業發展比較落后,居民大多選擇地表水作為主要生活飲用水水源。20世紀80年代后,工業發展速度不斷加快,大多數河水受到了不同程度的污染,于是潛水成了多數居民選擇的新水源,潛水井的數量得到了大幅增加。至20世紀90年代,部分地區已達到了每戶1井的水平。潛水開采將土壤中的高礦化度水不斷地抽出,形成了水力差,促使低礦化度的雨水、地表水和灌溉用水的不斷入滲和補充,從而大大降低了潛水水體的礦物質含量,尤其是氯化物含量,由此逐漸形成了潛水淡化效果。

2.3 農業灌溉

20世紀60年代,區內及周邊地區開始興建各類排水泵站,經過40年的建設,現已建成多座正規泵站,有效提高了農田灌溉面積,總面積已達上百萬公頃。由于灌溉面積的大量增加,使得原先土壤中的鹽分逐漸溶解于灌溉水中被排泄掉,從而起到了洗鹽的作用,廣泛分布的鹽堿地也逐步得到了根治,潛水失去了一個大量提供鹽分的補給來源。

2.4 補給地表水

潛水除了以地表蒸發、人工開采排泄外,側向補給地表水也是其主要排泄途徑之一。本區降雨量較豐沛,潛水水位常年高于地表水水位,自然條件有利于土壤中鹽分的排出,再加上1949年以后區內大規模興修水利,開挖河渠及為提高三麥產量和治理鹽漬化而采取的水利措施,更加速了潛水水質的淡化。

3 結 語

蘇北沿海地區自晚更新世到全新世多次發生海水入侵,造成區內潛水咸化,被咸化的潛水在后期大氣降水入滲、地下水開采、農業灌溉、補給地表水等自然條件和人類活動的共同作用下,水質逐步發生了淡化作用。通過對潛水礦化度、氯化物、總硬度、水化學類型及三線圖等5個方面的分布特征作對比分析,有力證明了區內潛水水質自20世紀80年代至今20年來所發生的淡化作用。

相信隨著區內潛水水質淡水作用的不斷加大,其有望得到根本改良,加以合理的處理后,以形成潛水水質良性循環,彌補區內水資源的不足,從而推動蘇北沿海地區地方經濟的發展。

圖4 蘇北沿海地區潛水水化學類型分布圖

圖5 蘇北沿海地區潛水三線圖

[1] 黃金生,賈燦如.中華人民共和國區域水文地質普查報告(鹽城幅、東臺幅)[R].南京:江蘇省地質礦產局,1982.

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[6] 張潤賢.鹽堿區地下水淡化問題的研究[J].水利科技與經濟,1999,5(2),77-80.

Study on desalination characteristics and origin analysis of phreatic groundwater in coastal area ofNorth Jiangsu

LU Hua,LU Xu-rong,YANG Lei,WANGMao-ting
(Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China)

There were many ti mes of marine transgressions since late Pleistocene Epoch to Holocene Epoch in coastal area of North Jiangsu,which inevitably led to the salinization of the phreatic groundwater.Due to combined activities like per meation of precipitation,agricultural irrigation,exploitation of groundwater,surface water supply and human activities,the phreatic groundwater turned to be desalinated.Compared with the available data of the last century,the authorsmade contrasts on the salinity,chloride,total hardness,chemical types and trilinear diagram,suggesting an obviously desalinated trend in the last two decades.

Phreatic groundwater;Desalination;Coastal area;North Jiangsu

book=3,ebook=208

P641.4+43

A

1674-3636(2010)03-0283-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.283

2009-11-05;

2009-11-12;編輯:侯鵬飛

中國地質調查局“江蘇平原區地下水污染調查評價”項目(1212010634504)

陸華(1977—),男,工程師,主要從事水文地質與環境地質工作.