藻渡河中上游地下水化學時空分布特征分析

郭傳道 曹銳 李德海

摘要：隨著經濟的發展，人類社會的進步，對地下水的研究顯得尤為重要。開展地下水水化學特征研究是地下水資源評價的重要內容，同時對地區地下水資源的合理開發利用和科學管理提供有效建議。本文通過對藻渡河中上游的20組水樣測試數據綜合分析，基本掌握了該區域豐、枯季地下水礦化度及水化學類型的分布特征，并對其分布特征及變化規律進行了詳細的分析。研究區地下水礦化度主要取決于地下水補給源的礦化度及地下水在巖層中的運移速度和方式、地層巖性及組合方式。

關鍵詞：地下水；礦化度；時空分布

1.前言

隨著社會經濟發展，各地用水需求量越來越大。部分地區由于地下水的過度開采，工業及生活廢水的隨意排放引發一系列的生態環境問題[1-2]，導致地下水環境惡化，反而制約了經濟和社會的發展[3]。藻渡河是重慶市南川區及貴州桐梓縣內的主要河流，也是當地的主要用水來源。科研單位及高校也在該流域進行過大量的研究，但多側重于土壤、植被、環境等方面，關于地下水的研究較少，研究范圍很窄，不能全面把控區域地下水水化學狀況。近年來隨著大型工程建設及工農業發展，已經明顯影響了研究區的生態環境，導致局部地下水的污染，因此開展藻渡河流域中上游地下水化學特征研究刻不容緩，同時可揭示地下水的循環和演化特征[4]，對該地區地下水資源的合理開發利用和科學管理具有重要的指導意義。

2.研究區概況

藻渡河流域總面積445.12km2，中上游區域主要涵蓋的行政區有重慶市南川區金山鎮、頭渡鎮、德隆鄉、貴州桐梓縣獅溪鎮。縣道南側公路橫貫境內，鄉道有金獅路連接渝南黔北，屬小河片區中心鎮，自古以來，場鎮商貿興旺，流通活躍。研究區屬亞熱帶濕潤季風氣候，南北差異大，立體氣候明顯。據南川區、萬盛區多年氣溫、降水資料統計，研究區年均降水量1084.9mm，歷年最大年降水量1506.7mm（1998年），大氣降水季節分配極不均勻，最枯為1月，雨季為5、6、7、8四個月。

3.研究方法

根據研究區內地層巖性、巖石組合關系及含水性和透水性的差異，可將區內含水巖組劃分為碳酸鹽巖含水巖組和碎屑巖類含水巖組兩類。由于區域地形地貌的特點，居民多生活在碎屑巖地區，風化帶網狀基巖裂隙水為當地的主要用水來源，所以該類地下水為本次的主要研究對象。

本次工作在研究區共布置了20個采樣點，主要分布在藻渡河上游金佛山南坡及柏枝山北坡區域（金山鎮—頭渡鎮東部），中游柏枝山西坡藻渡河沿岸區域（金山鎮南部至貴州省桐梓縣獅溪鎮界牌村一帶）形成地下水域網絡，對整個研究區進行控制。地下水采樣時間為2016年8月（豐水期）和2016年12月（枯水期）每個時期各取20組樣，共40件。所取樣品70%為碎屑巖地區自然出露且常年不干，動態穩定的天然泉點。

采樣分豐水期、枯水期分別進行，現場的測試包括水溫、氣溫、流量變化等簡單數據。室內的分析項目根據最新地下水評價標準進行測試。評價標準為《地下水質量標準》（GB/T14848—2015）。參評因子按“標準”中規定取pH值、NH4+、NO3-、NO2-、Fe、SO42-、Cl-、F、Pb、Cd、Cr6+、As、Hg、Mn、CN-、C6H5OH、總硬度、礦化度、高錳酸鹽指數（耗氧量）、總大腸菌群、細菌總數等26項指標，評價方法采用水質質量評價的各項因子對應“標準”中規定的五個類型水賦值范圍，以“從優不從劣”原則劃分類別進行地下水資源的單項評價。并采用陰陽離子平衡的方法對水化學分析數據的可靠性進行檢查，確定水化學分析的結果是準確可靠的，可作為下一步分析的支撐和保障。

4.地下水化學類型分布特征

地下水水質中的主要化學成分為Ca2+、Mg2+等陽離子以及HCO3-、SO42-陰離子。為了解整個研究區地下水化學類型的分布規律，按舒卡列夫法對區內巖溶水進行分類。區內地下水水化學類型主要為HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca型。

4.1豐水期化學水類型分布特征

豐水期地下水水化學類型主要為HCO3-Ca型，占統計樣的60%，主要分布在金佛山南坡坡頂、碎屑巖與碳酸鹽巖接觸帶以上的區域及柏枝山北坡大部分區域。靠近藻渡河沿岸的院星村、金獅村以及金佛山玉泉村南部區域，地下水化學類型以混合型為主。HCO3-Ca·Mg·、SO4·HCO3-Ca·Mg、SO4·HCO3-Mg·Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg型水，占統計樣的40%。山頂部的巖溶區由于巖體本身礦物成分的影響，地下水類型均為HCO3型。豐水期區域內碎屑巖地區主要接受大氣降水及上部巖溶水的補給，且補給量較大，在接觸帶形成多處大泉，多以巖溶水于基巖裂隙混合水為主，如金佛山南坡頂部及下部的接觸帶。在靠近河谷地帶時，地下水與地表水的交替頻繁，人類生活廢水的排放，造成這一區域地下水多以混合型水為主。總之，豐水期研究區域的水化學類型受到大氣降水及上部巖溶水補給的影響較大。

4.2枯水期化學水類型分布特征

枯水期地下水水水化學類型主要為HCO3-Ca型，占統計樣的65%；HCO3·SO4-Ca型，占統計樣的26.92%；HCO3·SO4-Ca·Mg型、SO4·HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Na型共占8.08%。HCO3·SO4-Ca型有明顯增加，多分布在方斗山東側及金佛山西坡區域，由于枯水期大氣降水減少，地下水與地表水交替減弱，在不受大氣降水及上部巖溶水的影響下，地下水經過長時間的徑流、深部循環，部分混合型水轉化為HCO3·SO4型地下水。

4.3地下水化學類型分布特征分析

從豐水期、枯水期的分布對比情況來看，化學水類型大體相同，僅在金山鎮居民地周邊水化學類型發生了變化。豐水期地下水主要接受大氣降水及巖溶水補給，玉泉村及其上部地下水化學類型多為HCO3為主。在金山鎮柏芝溪沿岸由于上游工程排水、生活垃圾及廢水的排放、農業化肥的使用，導致水化學類型發生改變，區域上水化學均為混合鹽型水。枯水期受補給源的影響較小，金佛山中下部碎屑巖地區多以混合型水為主，部分在經過長時間的徑流及與含水巖組中可溶鹽的化學反應后，轉化為HCO3·SO4型。靠近溝谷一帶人類生活較為密集的地區（與豐水期相同的區域），地下水類型發生改變出現HCO3·SO4—Ca·Na型。在豐、枯水期化學水的變化情況來看，在人類活動較為頻繁的區域，地下水受到生活及工業垃圾的影響，會導致地下水類型發生變化。

5.地下水礦化度分布特征

地下水礦化度是地下水溶解在水里的無機鹽和有機物的總稱，是研究地下水化學特征的重要指標。綜合分析表明研究區內豐水期、枯水期地下水礦化度變化較大，具有一定的規律性。

5.1豐水期礦化度分布特征

豐水期地下水礦化度在金佛山玉泉村周邊礦化度普遍200mg/L～220mg/L，山頂區域的碳酸鹽巖地區礦化度為140mg/L～160mg/L，礦化度隨區域海拔的降低而降低。金山鎮院星村—頭渡鎮河谷沿岸、金獅村至貴州桐梓縣獅溪鎮界牌村河谷一帶礦化度大于300mg/L，最大值為1314mg/L。金山鎮南側柏枝山柏枝村一帶，礦化度由山頂至河谷梯度降低，在碳酸鹽與碎屑巖接觸帶附近為最高值200mg/L。

從豐水期礦化度分布特征來看，金山鎮北側金佛山南坡礦化度要大于南側柏枝山北坡。在河流局部地帶礦化度數值過高，存在異常現象。礦化度總體趨勢隨海拔高度的降低呈梯度下降。

5.2枯水期礦化度分布特征

枯水研究區內大部分區域礦化度普遍升高，在金佛山玉泉村周邊礦化度在200mg/L～240mg/L，山頂區域的碳酸鹽巖地區礦化度為160mg/L～180mg/L，礦化度隨區域海拔的降低而逐漸升高。金山鎮南側柏枝山柏枝村一帶，礦化度由山頂至河谷逐漸降低，在靠近山頂區域礦化度在180mg/L～220mg/L。區域最高值出現在局部的河谷地帶，與豐水期相同。

5.3礦化度時空分布特征

從豐水期與枯水期礦化度分布特征對比來看，在豐水期區域降水量遠大于枯水期的降水量。地下水的補給主要為大氣降水，但大氣降水礦化度較低，在豐水期大氣降水不斷地補給地下水，地下水與地表水相互交替、稀釋，導致豐水期地下水礦化度在同一區域內小于枯水期。金佛山南坡豐水期礦化度隨區域海拔的降低而降低，而枯水期礦化度隨區域海拔的降低而逐漸升高。在豐水期大氣降水充足，地下水與地表水相互交替及稀釋作用，隨地勢的降低作用越明顯，所以造成地勢越低礦化度越低。枯水期大氣降水明顯減少，地下水儲存在層隙及裂隙中緩慢縱向運移，經過長時間的徑流，地下水溶解了含水巖組中的可溶鹽離子，導致地勢越低，徑流時間越長，地下水溶解含水巖組中的可溶鹽離子越多，礦化度數值逐漸升高。在豐水期與枯水期藻渡河沿岸至頭渡鎮兩河口沿岸，由于金佛山水庫的水利建設過程中大量的隧道排水，施工設施尾水及其金佛山礦坑污水的排放導致這一區域的礦化度>300mg/L。金獅村獅溪河沿岸界牌村等地區礦化度也>300mg/L，由于箐壩大山東坡廢棄礦坑尾水順溪溝流入獅溪河的過程中補給地下水，造成河谷兩岸礦化度異常。

6.結論

（1）大氣降水礦化度較低，補給地下水后，地下水與地表水相互交替、稀釋，導致豐水期地下水礦化度在同一區域內小于枯水期。在金佛山南坡豐水期礦化度隨區域海拔的降低而降低，而枯水期礦化度隨區域海拔的降低而逐漸升高。因此補給源的礦化度高低，直接影響地下水的礦化度。

（2）枯水期大氣降水明顯減少，地下水儲存在層隙及裂隙中緩慢縱向運移，與豐水期的地表徑流、坡面流完全不同，在經過長時間的徑流后，地下水溶解了含水巖組中的可溶鹽離子，導致地勢越低，徑流時間越長，地下水溶解含水巖組中的可溶鹽離子越多，礦化度數值逐漸升高。地下水的運移方式和速率，影響了巖組中可溶鹽離子在地下水中的溶解率，導致礦化度的變化。

（3）人類大型建設工程在施工工程中大量的隧道排水，施工設施尾水及山礦坑污水的排放導致地下水礦化度值過高。

（4）整個研究區域地下水化學類型以重碳酸鹽型為主，豐、枯水期由于補給源及徑流方式的不同地下水存在交替轉換。

（5）地下水類型的改變可能是人類垃圾排放、農業化肥的使用及大型工程造成的。在藻渡河沿岸，居民聚集地區域地下水類型發生改變。

參考文獻：

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