蘇錫常地區深層地下水化學特征及成因探討

關鍵詞：深層地下水；水化學特征；成因分析；蘇錫常地區

中圖分類號：P641.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2024）04-0171-08

地下水作為水資源的重要組成部分，具有水質好、水量穩定等優勢，不僅支撐了居民生活和工農業發展，同時在維持生態環境穩定方面也起到了重要作用[1]。在地下水與圍巖的不斷作用過程中，水化學組分受到周邊圍巖巖性、水文地質結構、地下水循環條件、氣候和人類活動等因素的共同制約影響，呈現出不同特征[2-3]。地下水因其具有流動性與外界之間始終進行著水量和化學物質的交換，開展地下水化學特征及成因分析，能夠更好揭示地下水環境變化過程及水文地球化學演化規律[4]，同時識別地下水中污染物來源[5]。綜上所述，開展地下水化學特征分析，并深入探討其成因和控制因素，對于蘇錫常地區地下水資源的可持續利用與保護，以及地下水質量的評價與提升，具有至關重大的現實意義。

以往關于地下水化學特征及影響因素的分析探討，更多采用統計分析法、圖解法和離子比值關系等傳統的研究方法[6]。但是，地下水化學演變往往受控于多種因素，除受地形地貌、氣候水文與地質構造等自然因素影響外，人類活動對地下水化學組分的影響也不容忽略。為更全面的研究自然與人為因素對地下水化學特征的綜合影響，目前，更多采用多元統計方法、同位素技術、水文地球化學模擬這些方法與傳統水化學分析相結合，以定量評估各因素對地下水化學成因及演化的影響程度[7-8]。

蘇錫常地區是長三角經濟區的重要組成部分，地理位置優越，交通便利，產業協同發展，經濟實力強勁，已成為全國經濟發展的的重要引擎。在蘇錫常以往的經濟發展中，地下水發揮了重要作用，由于長期無序大量開采地下水，形成了大面積的降落漏斗，并引發了諸多環境地質問題，例如地面沉降、地裂縫等[9]。近年來關于蘇錫常地區地下水的研究主要集中在淺層地下水質量[10-11] 和地下水開采引發的環境地質問題[12] 等方面，特別是針對區內深層地下水的化學特征討論和分析尚顯不足。因此，本文以水質檢測數據為基礎，采用傳統的水化學特征研究方法以及因子分析統計手段，圍繞研究區深層地下水化學特征展開研究。目的是厘清地下水的化學成因及其控制因素，從而為區域地下水資源的保護與管理，以及都市圈的建設提供科學依據。

1 研究區概況

1.1 自然地理與地形地貌

蘇錫常地區位于江蘇省南部，長江三角洲中部，區內地表水系發育、河川縱橫，范圍119°31′～121°23′ E、30°45′～32°4′ N，總面積約15440 km²。蘇錫常地區整體所屬亞熱帶濕潤季風氣候，降水量豐富。根據多年統計，年均氣溫約15～16 ℃，年均降水量則達到1200mm。地形總體呈現由西向東、由南往北傾斜的趨勢，地貌類型主要為平原，又可進一步劃分為太湖水網平原和長江下游沖積平原，地面高程2～8 m，僅在無錫宜興及環太湖地帶片狀或零星狀分布有基巖丘陵。

1.2 水文地質條件

研究區第四系廣泛分布，沉積物成因類型復雜，受起伏不平的基底控制，沉積厚度由西向東逐漸加厚，厚度100～300m。區內的地下水資源極為豐富，主要以松散沉積物中的孔隙水形式存在。按照砂層的沉積時代、埋藏條件以及水力聯系等特征，能夠概化為四個含水層。潛水和第Ⅰ承壓含水層，頂板埋深10～60m，統稱為淺層地下水，且含水層砂層厚度往沿江方向逐漸加大，主要巖性為粉細砂和亞砂土。第Ⅱ和第Ⅲ承壓含水層為區內主要含水層，埋藏深度多大于60m，可稱為深層地下水，也是本文主要的研究層位。第Ⅱ承壓含水層在整個平原區廣泛分布，是本區主要的開采層位，頂板埋深60～130m，巖性主要為中細砂和中粗砂，富水性強，該層因長期開采，形成了以常州戚墅堰—江陰祝塘一帶為中心的大面積降落漏斗，最大水位埋深曾一度大于50m，自從禁采政策實施以來水位有顯著上升。第Ⅲ承壓含水層主要分布于常州市北部及蘇州東部平原區，頂板埋深110～160m，巖性為細砂、中細砂、中粗砂。深層地下水主要補給途徑有兩種，其一是上部淺層水越流補給，另外為西中部丘陵地區山體的側向補給，排泄途徑主要是人工開采，其徑流受人工開采的顯著影響，徑流方向主要由周邊向降落漏斗中心匯流。

2 研究方法

2.1 樣品采集與測試

為研究蘇錫常地區深層地下水化學特征，于2021年豐水期開展深層地下水樣品采集工作，共采集地下水樣品78 組（圖1），采樣井主要為機井或專門監測井，其中第Ⅱ承壓水井69眼，第Ⅲ承壓水井9眼且主要位于蘇州市。開展樣品采集工作前先對取樣井進行抽水洗井，排出井管內積水，當洗井水清砂凈且3次測量現場參數達到相對穩定的狀態后再開展水樣采集工作。水樣瓶為聚乙烯塑料材質，水樣的規格為1000ml 原水樣，100 ml的酸化水樣，250ml堿化水樣。樣品檢測項目為全分析，離子檢測方法主要參照HJ 776-2015、DZ/T 0064-93等標準。

2.2 數據統計與分析

本文采用Excel 和AqQA軟件進行水質檢測結果的分析并繪制Piper三線圖，歸納總結了地下水化學基本特征；借助ArcGIS 軟件的空間分析功能，討論了主要離子含量的空間分布規律；運用Excel和Origin 軟件繪制Gibbs 圖、端元圖和離子比值關系圖并采用SPSS分析統計軟件進行因子分析，深入探討了深層地下水的水化學成因和影響因素。

3 結果與討論

3.1 地下水化學基本特征

根據獲取的78 組深層地下水樣品的水質檢測結果，分析了主要離子的統計特征（表1）。第Ⅱ、Ⅲ承壓水pH 變化區間分別為7.25～9.60、7.89～9.73，平均值分別為8.26、8.25，整體上呈現出弱堿性的特征；TDS 值范圍分別為230～2512mg/l、358～2882mg/l，平均值分別為570.46mg/l、786.33 mg/l，整體為淡水，少量微咸水分布。微咸水點位主要零星分布在研究區北東部的昆山開發區、太倉瀏河鎮和常熟董浜及沙家浜鎮，主要原因為受晚更新世海侵的影響，蘇州常熟、太倉、昆山等區內的第Ⅰ承壓含水層片狀分布微咸水，再加上深層與淺層含水層間無穩定隔水層，上覆微咸水下滲導致深層地下水咸化[13-14]。