阜陽(yáng)市集中式深層地下水飲用水源地水化學(xué)特征及成因分析

孔令健, 王振龍，王 兵

(1. 安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000；2.水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

地下水在我國(guó)水資源中占有重要地位，其數(shù)量和質(zhì)量倍受重視。地下水資源具有分布廣泛、水量穩(wěn)定等特點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城市生活的重要水源之一。在中國(guó)北方地區(qū)，地下水作為城市重要飲用水源被廣泛開發(fā)利用。研究深層地下水的水化學(xué)特征及其形成原因，對(duì)地下水資源管理及合理開發(fā)利用具有重要意義[1]。水體的水化學(xué)特征反映了水體的環(huán)境質(zhì)量、水體元素的分布及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等[2]。水體中的主要離子被廣泛地用于識(shí)別水化學(xué)組成的基本過程，如流域巖石風(fēng)化、水體蒸發(fā)/結(jié)晶、大氣沉降及人為影響的相互關(guān)系等[3]。阜陽(yáng)市水資源短缺，且水質(zhì)性缺水嚴(yán)重[4]，由于嚴(yán)重的水質(zhì)性缺水和地表水資源污染嚴(yán)重、調(diào)蓄不足，阜陽(yáng)城區(qū)、界首、太和、臨泉、潁上、阜南縣城不得不繼續(xù)依靠大量開采地下水來維持正常的生產(chǎn)生活和支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，飲水安全問題尤其受到重視。近幾十年來，阜陽(yáng)市工業(yè)迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中大量有害物質(zhì)釋放到環(huán)境中，在地表徑流和淋溶作用下補(bǔ)給地下水，對(duì)地下水體造成嚴(yán)重影響[5]。隨著2023年“引江濟(jì)淮”工程實(shí)施通水，阜陽(yáng)市深層地下水井逐步封停并作為備用水源，深層地下水進(jìn)入恢復(fù)涵養(yǎng)期。鑒于此，本研究對(duì)阜陽(yáng)城區(qū)及5個(gè)縣區(qū)集中式深層飲用水井的水化學(xué)特征及形成原因進(jìn)行分析，以研究超采地下水帶來的影響，以期為今后地下水保護(hù)和可持續(xù)利用等工作提供依據(jù)[6,7]。

1 樣品采集與分析

1.1 研究區(qū)概況

阜陽(yáng)市位于安徽省西北部，淮河以北，下轄界首市、臨泉縣、太和縣、潁上縣、阜南縣5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)和潁州區(qū)、潁泉區(qū)、潁東區(qū)3個(gè)市轄區(qū)，全市總面積10 122.8 km2。地下水類型為單一的松散巖類孔隙水[8]，深層含水層組伏于第二黏性土層組下，主要由新近紀(jì)上部地層組成，頂板埋深大于150 m，底板埋深約500 m。水位埋深受開采影響，最大埋深已達(dá)72.14 m。由于該地區(qū)大規(guī)模持續(xù)開采深層地下水，造成地下水位呈起伏下降趨勢(shì)，一般在豐水期(7、8月份)水位較低，至枯水期(12月到次年2月)水位升高。天然狀態(tài)下，地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給為深層地下水主要補(bǔ)給方式，人工開采及側(cè)向徑流為主要排泄方式。開采狀態(tài)下，補(bǔ)給來源有淺層水越流補(bǔ)給、黏性土層壓密釋水和區(qū)域性側(cè)向補(bǔ)給[9]。

阜陽(yáng)市屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫14.7 ℃，年均降水量900.8 mm，降水年際變化大，年內(nèi)分配不均，主要集中在6～8月份。由于該地區(qū)特殊的地理位置及水資源供求關(guān)系，阜陽(yáng)市20世紀(jì)70年代末大量開采地下水，造成深層地下水嚴(yán)重超采，帶來地面沉降等一系列環(huán)境問題，現(xiàn)已形成多處沉降漏斗，最大沉降可達(dá)1.5 m。

1.2 采樣與測(cè)試

2018年7月，對(duì)阜陽(yáng)市境內(nèi)(包括阜陽(yáng)城區(qū)及5個(gè)縣級(jí)地區(qū))集中式深層地下水飲用水源地水樣進(jìn)行采集，采樣點(diǎn)14個(gè)，其中阜南縣2個(gè)、界首市2個(gè)、臨泉縣3個(gè)、太和縣3個(gè)、潁上縣2個(gè)、阜陽(yáng)城區(qū)2個(gè)，取樣深度為400～500 m，全部位于第三含水層組(采樣點(diǎn)位及含水層位置見圖1)。每個(gè)采樣點(diǎn)采集2個(gè)樣品，樣品采集后密封保存，并迅速于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水化學(xué)指標(biāo)測(cè)試。

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)阜陽(yáng)市集中式深層地下水采樣點(diǎn)各離子質(zhì)量濃度，采樣點(diǎn)及含水層組示意圖采用CorelDRAW X6進(jìn)行繪制，離子相關(guān)性分析采用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Piper三線圖和Gibbs圖分別采用AquaChem 3.7和Origin 8.0進(jìn)行繪制。

圖1 深層地下水采樣點(diǎn)及含水層組示意圖Fig.1 Schematic graph sampling points of deep groundwater and aquifer groups

2 結(jié)果與討論

2.1 水化學(xué)特征

深層地下水TDS濃度變化范圍為410.42～606.51 mg/L，屬高礦化度水，其含量大小分布圖如圖2所示。由圖2可知，深層地下水中TDS含量北部較高，潁上、阜南等南部地區(qū)含量較低，體現(xiàn)出TDS含量由北向南逐漸較小的變化趨勢(shì)。

2.2 水化學(xué)類型

圖2 深層地下水TDS含量變化空間分布圖(單位：mg/L)Fig.2 Spatial distribution graph of TDS Content Change in deep groundwater

表1 地下水水化學(xué)離子測(cè)試結(jié)果 mg/L

圖3 深層地下水Piper三線圖Fig.3 Piper three-line graph of deep groundwater

2.3 水化學(xué)成因分析

圖4 深層地下水Gibbs分布圖Fig.4 Gibbs distribution graph of deep groundwater

2.4 相關(guān)性分析

由于“蒸發(fā)作用”和“巖石風(fēng)化”只能影響水中離子濃度大小，因此進(jìn)行離子相關(guān)性分析，進(jìn)一步探究深層地下水體中主要水化學(xué)離子特征及其來源。

表2 深層地下水水化學(xué)離子相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of chemical ions in deep groundwater

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié) 論

(2)吉布斯圖分析結(jié)果表明，阜陽(yáng)市深層地下水主要水化學(xué)離子受“巖石風(fēng)化”和“蒸發(fā)作用”雙重影響，其中“蒸發(fā)作用”較為明顯；另外，由于阜陽(yáng)市地下水嚴(yán)重超采導(dǎo)致地面沉降，外界因素的影響也導(dǎo)致了水化學(xué)組成發(fā)生一定程度的改變。

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