臺前縣馬樓水源地地下水水位動態變化及化學特征研究

馬 斐，田 源

(河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院，河南 鄭州 450000)

臺前縣位于河南省東北角，隸屬于濮陽市，縣城目前人口6萬余人，占地面積10 km2左右。根據臺前縣城總體規劃，2015年城區人口將達到14.5萬，中期2020年約為18.5萬，遠期2030年約為22萬，規劃城區面積73 km2。臺前縣城附近主要分布為咸水、微咸水，且地下水受金堤河污染嚴重，已不能滿足人民生活的需要。為適應城市發展對用水的需求，解決城區人民飲水問題，在臺前縣周邊地區開展水源地供水水文地質詳查工作，選擇合適地區新建水源地極為必要。本次研究主要對滿足地下水允許開采量2×104m3/d的臺前縣馬樓水源地的水資源現狀、開發利用狀況進行分析，重點對研究區域內的地下水水位、物理化學等動態變化特征進行研究，以期為擬建給水工程的初步設計和水資源的可行性論證提供依據。

1 研究區概況

研究區位于臺前縣西南部一帶，涉及臺前縣孫口鎮、馬樓鄉、后方鄉、侯廟鎮及清水河鄉。具體范圍是：北起鄭吳公路，南至黃河，西起臺前與范縣交界，東到東影唐一線。地理坐標為東經115°42′49″～115°54′55″，北緯35°50′46″～35°59′34″，面積180 km2。其中，重點勘查區僅限于馬樓鄉、孫口鎮大堤以南的黃河灘地，面積約65 km2。區內京九鐵路、聊菏公路縱貫南北，湯臺鐵路、鄭吳公路橫穿東西，此外，城鄉公路、村村公路四通八達，交織成網，區內交通便利，具體位置見圖1)。

圖1 研究區位置圖

2 地下水含水層開發利用現狀

研究區內主要開采淺層及中深層地下水，主要開采狀況如下：

2.1 淺層地下水

區內淺層地下水無集中性開采，主要為居民生活用水零星開采、農田灌溉及少量工業開采。居民生活用井多為塑料管井，取水設備為壓水機或自吸泵，一般井深30m左右。區內農田井灌范圍主要分布于灌渠無法到達的近黃河高漫灘，如馬樓鄉李華—葛集—南辛莊以南地區及馬樓鄉陳廟—王黑村—孫口鎮丁莊一帶。此外，隨國家土地整理的實施，區內后方鄉張莊、馬樓鄉裴城寺、前趙、閻霍一帶渠灌區開鑿大量機井，主要在旱季或渠水無法到達時使用。據相關部門統計，區內有灌溉機井2 766眼，配套機井1 983眼，一般井深60～80 m左右，部分井較淺為40 m左右，為水泥管，管徑400 mm。少量工業開采主要分布于臺前縣產業集聚區，與中深層水結合開采。

2.2 中深層地下水

區內中深層水開采利用主要是區內的羽絨、面業、化工等工業開采，以及農村集體供水，開發利用程度較高。工業開采主要分布于打漁陳鄉西部、孫口鎮及后方東部新建臺前縣產業集聚區，其中，集聚區內羽絨制品企業開鑿有一定量深井，用水量規模較大。農村集體供水井分布于大堤外后方—馬樓以西咸水區及孫口、侯廟、清水河鄉(鎮)，其中孫口、侯廟、清水河鄉(鎮)均為供水站集中開采，用于附近數萬居民生活用水。此外，臺前縣新區部分住宅小區開鑿有中深井用于生活供水。依據本次深層地下水開采量調查資料，據不完全統計，區內中中深層開采井約75眼，深度為225～400 m，開采量為6 000 m3/d左右，另外集聚區在建企業計劃開采量為1 300 m3/d左右。

3 地下水動態特征分析

3.1 淺層地下水的動態特征

研究區淺層地下水動態主要受水文、氣象及人工灌溉等一些因素影響，隨著距黃河河道距離由近至遠，淺層水水位受黃河影響由強漸弱，氣象因素及灌溉因素影響越來越明顯。黃河強影響帶寬度一般在2～3 km，從動態觀測資料可以看出，距黃河距離越遠，由黃河水位變化所引起的水位變幅越小，滯后時間越長；而降水及灌溉等因素影響的控制作用逐漸凸顯出來。根據影響地下水動態的因素及其影響程度，將研究區劃分為以下三種地下水動態類型。

3.1.1 水文型

該類型分布在黃河的強影響帶，距黃河較近，約為2～3 km。區內地下水開采較少，淺層水動態主要受黃河和降雨、蒸發因素制約，地下水位升降隨黃河水位變化明顯(圖2)，水位年變幅多在0.5～1.0 m之間。離黃河越近，由黃河水位變化所引起的水位變幅增大。該區年最高水位一般出現在8-10月份，與黃河汛期流量及水位值較大時段基本一致。

圖2 武樓村長觀井與黃河水位動態曲線圖

3.1.2 水文-灌溉型

該類型處在黃河強影響帶外圍，受黃河以及地表引黃灌渠水體下滲的雙重影響，降水因素不是很明顯，消耗則主要為蒸發作用，由馬樓鄉大寺張村(1號井)和裴城寺(18號)水位埋深長觀數據可以看出(見圖3～圖5)，地下水位受黃河高水位的影響有一定的時間滯后，而且每年2-6月份是灌渠引黃灌溉的高峰期，這時地下水位也會明顯偏高，因此概括為水文-灌溉型。主要分布在黃河影響帶外圍但距黃河不是太遠而且灌渠相對密集的地帶，比較有代表性的如王集干渠附近。

圖3 大寺張長觀井與黃河水位動態曲線圖

圖4 大寺張長觀井與與降水量動態曲線圖

圖5 裴城寺長觀井與黃河水位動態曲線圖

3.1.3 氣象-灌溉型

主要分布在后方鄉—梁廟溝一帶，距離黃河大致6 km以外，地下水位主要受氣象和灌溉控制。由后方鄉元官集村(15號)和大王村(2號)長觀井水位埋深觀測數據可以看出(見圖6～圖8)，每年降雨量及灌溉高峰期水位都會較高，由2月份持續至10月份降水減少而且農作物需水量不大，年變幅不大，一般在0.5 m左右，無降水無灌溉時段受蒸發和徑流影響而緩慢下降。

圖6 元官集長觀井與黃河水位動態曲線圖

圖7 元官集長觀井與與降水量動態曲線圖

圖8 大王村長觀井與黃河水位動態曲線圖

3.2 中深層地下水的動態特征

中深層地下水的動態變化與當地氣象因素幾乎無關，多年的緩慢變化與補給區的靜水壓力、氣候及開采強度有關，其動態類型為徑流-開采型。中深層水處于緩慢下降的過程，據鄰區資料，年下降率為1 m/a。

3.3 地下水的化學特征

地下水的化學成分是在長期的地質歷史發展過程中，經過溶濾、濃縮、吸附交替等綜合作用形成的，它主要受自然地理條件(氣象、水文、地形地貌)、地質(構造、含水層及包氣帶巖性)、水文地質(地下水的補給、徑流和排泄)、原生地球化學環境等條件和人為等多種因素的影響，其主導作用是自然地理條件和水文地質條件。

3.3.1 地下水物理化學特征

1)淺層地下水物理化學特征

根據本次地下水取樣分析結果以及搜集部分水質資料，水源地淺層地下水大多屬無色透明、口感適中。礦化度多小于1.0 g/L的淡水，少部分樣品礦化度大于1.0 g/L，個別樣品超過2.0 g/L，礦化度大于1.0 g/L的樣品主要分布在西北部的后方、侯廟和清水河一帶，以及東北部曲嶺村、東官路一帶。pH值為7.0～8.15，屬弱堿性水。總硬度為137.71～2 218.82 mg/L，大部分屬低～中硬度水，個別地區屬高硬度水。

2)中深層地下水物理化學特征

本區中深層地下水無色，無味，無嗅，透明。礦化度一般為1.09～2.09 g/L，平均1.45 g/L，全區中深層水基本為咸水。pH值為7.94～8.39，呈弱堿性，總硬度為48～222 mg/L，平均155 mg/L，為低硬度水。

3.3.2 黃河水質特征

水源地范圍內地表水體均來源于黃河，據采取黃河水樣分析結果顯示，礦化度為0.631 g/L，總硬度345.13 mg/L，pH值7.80。

3.4 地下水化學特征

3.4.1 淺層地下水化學特征

根據水源地區內淺層地下水水質分析結果，按照舒卡列夫分類法，將全區淺層地下水劃分為HCO3、HCO3·Cl、SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)和Cl等四種水化學類型(見圖9)。

圖9 淺層地下水化學類型圖

1)HCO3型

該類型集中分布于研究區沿黃河一帶，在陳樓附近向北部張莊、白拉全延伸，包氣帶巖性以砂質粉土、細砂為主，地下水主要接受黃河側滲和大氣降水補給，該區地下水所檢項目中除Fe、Mn超標外其他項目基本都符合標準，在黃河彎道附近F超標。

2)HCO3·Cl型

該類型主要在清水河鄉北部至后方鄉一帶以及孫口鎮一帶呈環形條帶狀分布。水質受包氣帶巖性礦物成分和人類活動影響因素較大，地下水埋藏較淺且徑流緩慢，淺層地下水防污性能較差，包氣帶巖性以粉土為主，氯化物開始增多，除Fe、Mn外硫酸鹽、氯化物以及礦化度都普遍超標，水質較差。

3)SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)型

該類型分布于研究區西北角侯廟鄉以及孫口鎮北部，包氣帶巖性以粉土、粉質粘土為主，地下水水質受黃河水質影響不大，硫酸鹽增多，超標項目較多，水質較差。

4)Cl型

該類型地下水主要呈點狀分布于清水河鄉，包氣帶巖性以粉土、粉質粘土為主，該區除Fe、Mn外，硫酸鹽、氯化物以及礦化度都超標，水質較差。

3.4.2 中深層地下水化學特征

根據水源地區內中深層地下水水質分析結果，按照舒卡列夫分類法進行分類，中深層地下水化學類型較為簡單，劃分為SO4·HCO3·Cl型水。跟淺層水質相比，中深層地下水Fe、Mn含量均不超標，但Na+、礦化度以及SO42-含量普遍超標，且F含量在孫口以西地區大面積超標。

4 結語

(1)本研究基于對臺前縣馬樓水源地的水文地質調查及物探勘察，查明了研究區內的地層結構、含水層空間分布、地下水水位動態變化特征及物理化學水質變化情況。

(2)臺前縣馬樓水源地含水巖組為第四系沖積沉積的松散巖類孔隙水。研究區淺層地下水動態主要受水文、氣象及人工灌溉等一些因素影響，地下水動態類型主要為水文型、水文-灌溉型和氣象-灌溉型。從動態觀測資料可以看出，距黃河距離越遠，由黃河水位變化所引起的水位變幅越小，滯后時間越長；中深層地下水動態類型為徑流-開采型，地下水位處于緩慢下降的過程，年下降率大約為1 m/a。

(3)根據對水源地區內地下水水質分析評價結果看，研究區內淺層地下水主要為HCO3、HCO3·Cl、SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)和Cl等四種水化學類型；而中深層地下水化學類型比較單一，為SO4·HCO3·Cl型地下水。