安徽渦河地區(qū)淺層地下水化學(xué)特征分析

馬 濤，張朝君

(安徽省地質(zhì)調(diào)查研究院，安徽 合肥 230001)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽利辛縣、蒙城縣、渦陽縣三縣的交界部位(圖1)，屬于淮北平原，地勢平坦，海拔21.8～88.0 m，呈西北高、東南低；區(qū)內(nèi)河床堤岸、河漫灘、河間平地、河間洼地以及殘丘相間分布，具有“大平小不平”的地形特征，地表巖性大多由棕紅色、灰黃色粉質(zhì)粘土、黃色粉質(zhì)粘土和粉土組成，僅東部有齊山、狼山、黃伯山和尖山4處粉砂巖與頁巖殘丘分布，最高海拔達88 m(渦陽狼山)。研究區(qū)內(nèi)除零星的剝蝕低丘以外，總體為典型的黃淮堆積型地貌，由河谷平原(I)、河間地塊(II)和殘丘(III)組成，根據(jù)微地貌情況又可細分為河床堤岸(I1)、河漫灘(I2)、河間平地(II1)、河間洼地(II2)、殘丘(III)5個微地貌組成(圖1)。

根據(jù)地下水的賦存條件，含水層巖性、水理性質(zhì)及水力特征，可將研究區(qū)內(nèi)的地下水按照從自淺至深可分為：淺層孔隙水含水巖組、中層孔隙水含水巖組及深層孔隙水含水巖組三個含水層。

1.1 淺層孔隙水含水巖組

淺層孔隙水含水巖組由晚更新世-全新世蚌埠組(Qp3-Qhb)和中—晚更新世茆塘組(Qp2-3m)的粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂組成，地下水一般為潛水和微承壓水。根據(jù)其含水層的特點又可細分為潛水含水層和第一承壓含水層。

1.2 中層孔隙水含水巖組

中層孔隙水含水巖組由中更新世(Qp2l)臨泉組、早更新世(Qp1t)太和組的粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、粉細砂組成，具多層結(jié)構(gòu)，地下水為承壓水。根據(jù)其含水層的特點又可細分為第二承壓含水層和第三承壓含層。

1.3 深層孔隙水含水巖組

深層孔隙水含水巖組由新近紀上新世(N2g)固鎮(zhèn)組和中新世(N1x)下草灣組的棕紅色夾灰白色、灰綠色粘土、棕黃色、棕紅色粉砂、細砂、中細砂組成， 具多層結(jié)構(gòu)，地下水為承壓水。

圖1 研究區(qū)地貌圖

2 地下水水化學(xué)特征

通過對研究區(qū)淺層地下水的水化學(xué)指標進行統(tǒng)計，如表1所示。

表1 研究區(qū)淺層孔隙水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計特征 mg/L

主量元素中的陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)以K+變異系數(shù)最小(29.64%)，說明淺層地下水中K+相對穩(wěn)定，其余陽離子相互較為接近(57.26%～80.22%)；主量元素中的陰離子(Cl-、HCO3-、SO42-)以HCO3-變異系數(shù)最小(32.54%)說明淺層地下水中HCO3-相對穩(wěn)定，其余兩個陰離子變異系數(shù)均較為接近(110.32%、143.47%)。淺層地下水水化學(xué)類型在陰陽離子組成上，較為接近(均小于100%)，即所指示的沉積環(huán)境是基本一致的，早期地下水中來源于天然環(huán)境的成分，本底值在區(qū)域分布上差異不大[1]。

三氮指標中，亞硝酸鹽、氨氮和硝酸鹽的變異系數(shù)均較大。其中亞硝酸鹽的變異系數(shù)達298.62%，氨氮為232.29%，硝酸鹽為241.30%。顯示出三氮指標在空間分布上不均勻，單個水點的三氮含量，受水點所在小范圍的環(huán)境影響極大。三氮指標的大變異系數(shù)，除本身形態(tài)較為不穩(wěn)定外，還指示了淺層地下水受化肥、污水、糞便等農(nóng)業(yè)污染和生活污染的影響顯著[2]。

鐵、錳指標屬于研究區(qū)地下水含量較高的背景指標，其在區(qū)內(nèi)的地下水中普遍存在。其中鐵的變異系數(shù)為193.18%，錳的變異系數(shù)為124.41%，其變異系數(shù)一般，主要與區(qū)內(nèi)地下水所屬的水文地質(zhì)單元有關(guān)。淺層含水層巖性以茆塘組棕黃色粘土、粉質(zhì)粘土為主，普遍含鐵錳結(jié)核和鐵錳浸染膜，受地下水淋濾作用影響，淺層地下水中鐵、錳含量普遍較高[3]。

重金屬元素中，六價鉻(Cr6+)、鎘(Cd)、銅(Cu)、汞(Hg)的變異系數(shù)普遍偏高，除銅(Cu)為272.56%外，其余均達600%～1 100%，顯示局部地段該類指標受人類活動影響污染產(chǎn)生異常的可能性很大[4]。

無機毒理指標中，砷(As)、碘化物(I-)變異系數(shù)一般，砷(As)的變異系數(shù)為151.70%；碘化物(I-)的的變異系數(shù)為123.33%，顯示研究區(qū)該類指標受人類活動影響污染產(chǎn)生異常的可能性不大。

3 地下水TDS與硬度特征

TDS和總硬度是評價地下水質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標。根據(jù)研究區(qū)地下水分析結(jié)果，淺層地下水TDS的范圍在0.133～3.063 g/L，以淡水為主，局部地區(qū)分布少量微咸水，咸水在區(qū)內(nèi)無分布。其中淡水廣泛分布于整個工作區(qū)，呈面狀分布；微咸水主要分布于渦陽西側(cè)、十五里井、雙廟鎮(zhèn)—楚店—胡堿一帶、高爐—王集一帶、曹市周邊地區(qū)、龔花園—王大樓一帶以及王市周邊，呈零散不連續(xù)分布。如圖2所示為研究區(qū)淺層地下咸水與淡水分布區(qū)。根據(jù)微咸水分布情況推測該處為局域地下水排泄點，受蒸發(fā)濃縮作用影響[5]。

圖2 研究區(qū)淺層地下水咸淡水分布圖

如圖3所示為研究區(qū)淺層地下水總硬度分布圖，區(qū)內(nèi)淺層地下水總硬度總體自補給區(qū)-徑流區(qū)-排泄區(qū)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。軟水主要分布于地勢較高的地下水補給地帶；微硬水主要分布于地下水的徑流區(qū)；硬水和極硬水分布于地勢低洼的地下水的排泄區(qū)，主要集中于朱集-孫集-張老莊-中疃一帶以及牛王輔-母集-關(guān)帝集一帶。因淺層地下水排泄區(qū)地勢低洼，淺層地下水水位埋藏極淺，受蒸發(fā)淋濾作用影響，離子富集，含量較高，很好地指示了地下水的補徑排方向與特征[6]。

圖3 研究區(qū)淺層地下水總硬度分布圖

4 地下水水化學(xué)類型

影響水化學(xué)形成的因素很多,主要有地形地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及人類活動等因素[7]。在研究區(qū)所特有的條件下，形成了第四紀孔隙水比較復(fù)雜、組合類型較多的特點，且具有一定的分帶性。按照舒卡列夫分類法，區(qū)內(nèi)淺層地下水共有15種水化學(xué)類型，但主要類型有11種，如表2所示。

表2 研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)類型統(tǒng)計表

根據(jù)表2來看，區(qū)內(nèi)淺層地下水以HCO3-Na型最多，占總數(shù)的28.57%；其次為HCO3-Na·Mg型水，占總數(shù)的18.49%；再次為HCO3-Na·Ca·Mg型水，占總數(shù)的14.29%；而后依次為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na，占總數(shù)的比例分別為7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。其余12種水化學(xué)類型每個類型出現(xiàn)的個數(shù)一般僅1～2組，共22組，合占總數(shù)的11.34%。

如圖4所示，研究區(qū)淺層地下水陰離子以HCO3-為主，含量一般為200～800 mg/L；陽離子主要為Na+，含量為50～500 mg/L；其次為Ca2+，含量為20～290 mg/L，Mg2+含量為8～194 mg/L，部分采樣點Cl-的含量在300～500 mg/L之間。從地下水中主要陰、陽離子變化來看，主要是含量相對變化，而無明顯規(guī)律性；從地下水化學(xué)類型來看，橫向無明顯分帶性。

圖4 研究區(qū)淺層地下水Piper三線圖

如圖5所示，HCO3-Na型水廣泛分布于工作區(qū)，主要分布于公吉寺-楚店-周集-西陽-高爐一帶，分布面積達到30%左右，HCO3-Ca型水主要分布于王大樓周邊、趙樓-紀王場一帶、西潘樓-陳營一帶、曹市周邊、牛王輔周邊；HCO3-Na·Mg型水主要分布于十五里井-雙廟-丹鳳一帶、江集周邊、后馮樓周邊以及母集周邊；HCO3-Ca·Mg型水主要分布于馬集周邊、張老莊南側(cè)、望疃鎮(zhèn)周邊、中心集周邊等地；HCO3-Na·Ca·Mg型水主要分布于張村周邊、王市的西北側(cè)、黃莊周邊等；HCO3·Cl-Ca·Mg型水主要分布于曹市-單集林場一帶、陳營的南側(cè)等；HCO3·Cl-Ca型水主要分布于李大莊-趙樓一點以及望町集的西南側(cè)；HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型水主要分布于單集林場周邊、十五里井西北側(cè)等；HCO3·Cl-Na·Mg型水主要分布于牛王輔的南側(cè)、路集的周邊等；HCO3·SO4-Na型水主要是由于人類活動造成的，分布于公吉寺、馬集城鎮(zhèn)周邊地區(qū)。

圖5 研究區(qū)淺層地下水水化學(xué)類型圖

5 結(jié)語

(1)研究區(qū)的淺層地下水化學(xué)類型在陰陽離子組成上較為接近，所指示的沉積環(huán)境是基本一致的，早期地下水中來源于天然環(huán)境的成分。此外三氮指標的高變異系數(shù)，指示了淺層地下水受化肥、污水、糞便等農(nóng)業(yè)污染和生活污染的影響顯著。由于受到地下水淋濾作用影響，導(dǎo)致淺層地下水中鐵、錳含量普遍較高。淺層地下水中的重金屬含量普遍較高，表明了受人類活動影響污染產(chǎn)生異常的可能性很大。

(2)TDS和總硬度自補給區(qū)-徑流區(qū)-排泄區(qū)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。軟水主要分布于地勢較高的地下水補給地帶；微硬水主要分布于地下水的徑流區(qū)；硬水和極硬水分布于地勢低洼的地下水的排泄區(qū)。因淺層地下水排泄區(qū)地勢低洼，淺層地下水水位埋藏極淺，受蒸發(fā)淋濾作用影響，離子富集，含量較高，很好地指示了地下水的補徑排方向與特征。

(3)研究區(qū)淺層地下水主要以以HCO3-Na型最多，占總數(shù)的28.57%；其次為HCO3-Na·Mg型水，占總數(shù)的18.49%；再次為HCO3-Na·Ca·Mg型水，占總數(shù)的14.29%；而后依次為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na，占總數(shù)的比例分別為7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。