大連地區地下水化學特征分析及形成機制研究

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

目前我國北方很多地區水資源分布不均衡、水資源短缺、供需矛盾問題愈來愈嚴重[1-3]。為了解決供水問題，多地開采地下水作為飲用水源，根據水利部《全國水資源公報》統計數據，每年我國地下水利用量約占水資源利用總量的17%[4]，因此地下水質的優劣直接影響著居民飲用水安全。地下水中各種化學組分的含量變化以及分布規律影響著地下水水質[5]，但目前針對大連地區地下水化學特征、來源及形成機制的研究較少，給當地政府部門對地下水資源的管理與開發帶來了一定的盲區。因此，本文通過Piper三線圖、吉布斯(Gibbs)模型以及離子比值法等分析手段對大連地區地下水水化學特征以及影響因素進行分析研究，為區域地下水的保護、管理以及開發利用提供科學依據。

1 數據來源與分析方法

大連地區地下水監測數據主要由遼寧省水環境監測中心(大連分中心)提供，該中心根據《遼寧省國家地下水監測(水利部部分)地下水水質監測工作通知》開展了大連地區相關地下水水質采樣與分析工作，數據結果通過陰陽離子合理性檢查，相對誤差在±10%以內，可以用于研究[6]。樣品陽離子主要通過原子吸收分光光度計測定，陰離子主要通過離子色譜儀進行分析測定，碳酸鹽、重碳酸鹽以及總硬度通過傳統酸堿滴定法進行分析測定。利用舒卡列夫分類法和Piper三線圖對大連地區地下水化學分布特征進行分析，運用Person相關性、吉布斯(Gibbs)圖以及離子比值法對水化學形成機制進行分析討論。

2 地下水化學類型分析

2.1 地下水舒卡列夫評價

2.2 地下水Piper三線圖

圖1 大連地區地下水化學組成Piper三線圖

3 地下水化學形成機制分析

3.1 Person相關性分析

地下水化學組成因受到不同水化學過程的影響，使各組分間關系存在一定的差異性，通過Person相關性分析可判斷各組分來源的一致性、差異性及其同源性[8]，大連地區地下水化學相關性分析結果見表1。

表1 大連地區地下水化學組成Person相關性分析

3.2 吉布斯(Gibbs)圖成因分析

圖2 大連地區地下水吉布斯(Gibbs)圖

由圖2(a)可知，樣品點幾乎都分布在中部的巖石風化區域，極個別點向蒸發-結晶區域偏移，說明大連地區陽離子水化學組成受巖石風化作用影響很大，由于長時間的風化作用使得 Ca2+通過溶濾作用進入地下水中，導致地下水的ρNa+/(Na++Ca2+)比值較低，而溶解性總固體(TDS)值中等，水樣點落在吉布斯圖的中間區域，間接印證了水化學類型分析時得出的優勢陽離子為碳酸巖風化產物結論。

3.3 離子比值分析

離子比值法可以更深層次地判斷地下水水化學組分的控制與成因，大連地區地下水離子比值見圖3。

圖3 大連地區地下水化學組成離子比值

由圖3(a)可知，絕大多數樣品點位于石鹽溶解線(1 ∶1等值線)下方，表明地下水主要受含鹽地層溶濾作用影響，如海水入侵對地下水中Na+與Cl-的貢獻較大；個別樣品點位于石鹽溶解線上方，說明存在少量巖鹽溶解作用影響。

大連地區近年來一直受海水入侵的影響，正常海水中，土壤顆粒表面的負電荷主要是與Na+達到飽和，地下水化學類型主要為氯鈉型水。而在地下淡水中，土壤顆粒表面的負電荷主要是與Ca2+和Mg2+達到飽和，地下水化學類型主要為重碳酸根型水。當發生海水入侵時，海水與地下淡水混合，巖土顆粒表面吸附的Ca2+和Mg2+被海水中的Na+所取代，即發生了陽離子交換作用[11]。由圖3(d)可以看出，這兩個參數之間表現出明顯的負相關性，回歸方程為y=-1.05x+1.77(R2=0.818) ，其擬合線的斜率為-1.05，表明大連地區地下水發生了陽離子交換作用。

4 結 語

沿海地區地下水易受海水入侵作用的影響，因此要注意控制和調整地下水開采程度，加強宣傳教育，提高公眾地下水保護意識，合理配置地表水和地下水，充分發揮地表水和地下水的相互補償作用，并在此基礎上進一步完善地下水資源管理制度，嚴格按照相關規定和規劃進行打井取水的審批流程。