泗水縣尖山村巖溶水化學特征時空變遷及影響分析

董 巖，劉蘭玉

（1.山東省地礦測繪有限公司，山東 濟南 250002；2.山東省地質測繪院，山東 濟南 250002）

0 引言

泗水縣境內多泉，有“名泉七十二，大泉十八，小泉多如牛毛”之說，泉林泉群包括珍珠泉、響水泉、洗缽泉、黑虎泉、紅石泉、趵突泉等泉，地下水資源豐富。由于人類活動強度增加（如當地的農業活動影響、工業生產等）導致地下水離子濃度變化[1]。因此，研究該地區的地下水化學變化特征對地下水的保護具有積極的意義。

1 地形地貌

泗水縣地勢為南北高、中部低，由東向西傾斜。南部及北部是低山丘陵區，面積為738.57 km2，占全縣總面積的66.06%；中部為泗河河谷平原區，面積為379.43 km2，占全縣總面積的33.94%。境內山脈多呈東西走向，以花崗巖、變質巖、灰巖為主。全縣山丘眾多。調查區位于尼山以北的泗水盆地南緣，屬丘陵地形，調查區東南較高，西北和北部較平坦，海拔高度在160～255 m，地形高差最大95 m。

2 地質和水文地質條件

圖1 可見區內構造復雜，主要以斷裂為主，尤其北西及北西西向斷裂十分發育，它們控制地層的展布，地貌形態及水文地質單元邊界。東西向主要有汶泗斷裂。北東向及近南北向斷裂較少，且活動規模較小，區內斷裂性質多為壓扭和張性[2]。

圖1 區域地質圖

勘查區范圍內主要地下水含水層為寒武系朱砂洞組地層，地層以單斜形式覆蓋于太古界變質巖之上，構成丘陵、低山地形，主要含水層巖性為灰巖、泥質灰巖及矽質灰巖，巖溶發育程度程度中等，一般單井涌水量＜1 000 m3/d。地下水的埋藏與富水性隨地貌、巖性、構造等條件的變化而具有較大的差異。其巖溶、裂隙多沿不同巖性界面及構造帶附近發育。

2.1 地下水的補給、徑流、排泄條件

區內地下水主要補給來源為大氣降水，其次是地表水的滲漏補給。地下水的徑流與排泄條件受區域構造、巖性、地形因素的控制極為突出，由于受斷裂的切割，形成獨立的補給、逕流、排泄系統。區內大部分地區巖石裸露，淺部裂隙巖溶發育，部分地區雖被第四系覆蓋，但第四系厚度較薄（一般小于10 m），透水性也較好，這利于灰巖巖層接受大氣降水補給。區內水庫、河流等地表水體，由于灰巖裂隙巖溶發育，成為地下水的重要補給源。

2.2 地下水的徑流、排泄

泗河以北地區，地下水總體流向由北部山區向南部凹陷邊緣運動。地下水流向總體是由南部山區向北部凹陷邊緣運動。但由于受構造及地形的影響，地下水流向與區域巖層傾向成一銳角斜交，由南向北西或向北運動。于北部凹陷南緣地帶地下水運動受斷裂及弱透水地層阻擋，產生回水，通過溶蝕裂隙上升形成泉水。勘查區內地下水排泄主要以人工開采為主。

2.3 區域地下水水源動態特征

地下水的主要補給來源為大氣降水，所以地下水水位年動態變化與大氣降水密切相關，雨季普遍上升，旱季水位普遍下降；全年豐水期出現一次高水位階段（7—9 月），枯水期出現一次低水階段（5—6 月）。隨著全年降雨量的少－多－少的季節變化，地下水水位稍滯后的低－高－低的變化過程。每年的1—5 月份水位較低，最低水位出現在5 或6 月份，7 月份左右水位急劇回升，隨后可達頂峰，高水位階段可延續至8—10 月份，11、12 月才明顯下降。灰巖地下水水位的這種低－高－低及緩降陡升的動態變化規律與全年降雨量分配上短期集中的特點密切相關，也與地下水不斷排泄消耗的特點有關。

3 樣品采集

泗水縣尖山村天然礦泉水采樣分析測試工作自2015 年8 月1 日至2016 年8 月1 日，2020 年11 月至2021 年8 月兩個階段進行，分別在枯、平、豐三個水文期進行采樣，樣品采集嚴格按國家標準要求進行，采集井中地下水時，先抽水10～20 min，排出井內滯存的水體，容器反復沖洗三遍，然后采集新鮮地下水樣品，送至具有甲級資質的測試單位進行測試，保證了檢測結果的可靠性。

4 綜合分析

2015 年8 月1 日至2016 年8 月1 日，分別在枯、平、豐三個水文期進行地下水樣品采集：pH 值7.44～7.84，總硬度425.08～436.84 mg/L。陽離子以Ca2+、Mg2+、Na+為主，其質量濃度分別為95.7～96.6 mg/L和45.19～47.50 mg/L和9.66～10.97 mg/L。陰離子以HCO3-、SO42-為主，其質量濃度分別為336.72～343.97 mg/L和161.92～172.26 mg/L，其次ρ（Cl-）為7.02～7.62 mg/L，ρ（NO3-）為4.68～6.59 mg/L。偏硅酸質量濃度為27.8～28.39 mg/L，水化學類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。2020 年11 月至2021 年8 月進行地下水樣品采集：pH 值7.37～7.84，總硬度425.08～458.4 mg/L。陽離子以Ca2+、Mg2+、為主，其質量濃度分別為98.65～104.70 mg/L和41.19～49.16 mg/L。陰離子以HCO3-、SO42-為主，其質量濃度分別為308.1～331.7 mg/L和97.77～175.7 mg/L，其次ρ（Cl-）為9.50～24.51 mg/L，ρ（NO3-）為10.42～40.0 mg/L，偏硅酸為21.48～29.13 mg/L。水化學類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。2015—2016 年采集的水質分析數據與2020—2021 年水質分析數據進行對比分析，水化學類型均為HCO3·SO4-Ca·Mg 型，未改變。總體地下水中溶解性總固體、氯離子、硝酸根等指標均有上升趨勢，具體見表1、圖2～圖9。

表1 地下水豐、平、枯水期主要組分及含量變化范圍一覽表

圖2 Durov Diagram 圖

圖3 不同年份Sr、Ca2+離子濃度變化圖

圖4 不同年份PH、HCO3- 離子濃度變化圖

圖5 不同年份SO42-、TDS 離子濃度變化圖

圖6 不同年份Mg2+、Na+離子濃度變化圖

圖7 不同年份K+、Cl- 離子濃度變化圖

圖8 不同年份NO3- 離子濃度變化圖

圖9 Schoeller Diagram 圖

結果表明，地下水中主要的溶解性總固體、氯離子、硝酸根等指標均呈逐年緩慢升高的趨勢。經分析主要原因為經濟發展過程中人類活動強度增大（如當地的農業活動影響、工業生產等），水質有逐步變差的趨勢。

5 結論

研究區內地下水水化學類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg 型，經過不同時期對地下水水質化驗數據對比分析，地下水溶解性總固體、氯離子、硝酸根離子等指標總體有上升趨勢，判斷為人類工程活動、農業生產等因素影響導致面流污染，通過徑流對地下水水化學環境造成了一定的影響，地下水水質總體有逐步變差趨勢，應建立系統的地下水監測措施，研究其動態變化規律，為地下水環境保護提供依據。