靖邊縣地下水水化學特征與水質評價

卜蕓蕓,李 威

(陜西省一三九煤田地質水文地質有限公司,陜西 渭南 714000)

0 引言

地下水是我國水資源的重要組成部分,其作為一種重要的水源,在農業、工業、城市居民用水等方面發揮著重要的作用。隨著工業化和城鎮化的快速推進,水資源的供需矛盾日益突出,大量的開采地下水,導致地下水位降低、地下水污染程度加重,生態環境問題進一步加劇[1-2]。

靖邊縣地處毛烏素沙漠的邊緣地帶,行政區劃隸屬陜西省榆林市管轄,是陜甘寧油氣田的主儲區。隨著陜北能源化工基地的建設與發展,對地下水資源的需求與日俱增,地下水環境問題也隨之加劇。因此,對當地地下水超采治理、污染程度和水質時空變化監測具有重要的意義。本文基于前人的研究成果,以靖邊縣地下水為研究對象,分析地下水化學特征及水質現狀,為當地地下水資源管理、地下水環境監測和取用水需求提供參考。

1 研究區概況

研究區(靖邊縣)位于榆林市西南部,地處陜北黃土高原與毛烏素沙地的接壤地帶。北接內蒙古自治區烏審旗,南接延安市志丹縣,東接橫山縣,西接定邊縣。地理坐標為東經108°15′～109°25′、北緯36°57′～38°00′,面積5 088 km2。研究區北部為沙漠灘地,地形較平坦,降水稀少,蒸發量大,生態環境脆弱;南部為黃土丘陵溝壑地貌,溝谷切割深,地形崎嶇,降水相對較多,水土流失嚴重,楊米澗地區地形相對平緩。屬于大陸性半干旱季風氣候,多年平均降雨量395.4 mm,60%以上降雨集中在7～9月份。地表河流有蘆河、黑河則、圪洞河等,均屬于無定河支流,屬于黃河水系。隨著經濟和人口的持續增長,尤其是當地油氣田資源開采及陜北能源化工基地的建設,水資源承載壓力越來越大,地下水環境問題頻繁出現,多年監測中地下水水質主要超標項目有溶解性總固體、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物及礦化度,分布在研究區中部及蘆河河谷附近。

2 水文地質條件

研究區位于鄂爾多斯盆地地區,按照地形地貌特征劃分為全新統風積沙及蓋沙黃土梁峁區2個區域。全新統風積沙地表被松散沙層所覆蓋,沉積厚度大,易于接受大氣降水補給,在低洼處多形成富水地段,并有大泉出露。蓋沙黃土梁峁區,土層厚度大,侵蝕強烈,溝壑縱橫,補給條件差且利于排泄,巖層富水性較差,泉水出露少、流量小。此外區域內局部分布有較厚的第四系風積沙和薩拉烏蘇含水層,有大泉出露,在局部形成富水地段;在河谷及其支溝,巖性為沖洪積物,粗顆粒較多,利于地下水的賦存,且地下水埋深小,多以潛流的形式排泄于河床中。依據地下水賦存條件、水力特征及含水介質的不同,區域含水層劃分為第四系松散層裂隙-孔隙潛水和白堊系洛河組砂巖孔隙-裂隙承壓水。

3 地下水水化學類型

研究區內地下水水化學成分與自然地理、地形地貌、地層巖性及水文地質條件等密切相關。各地貌單元含水介質、徑流條件不同,地下水化學特征也不同,水化學類型分布具有一定的規律性。研究對象潛水主要為第四系薩拉烏蘇孔隙水和黃土裂隙-孔隙水,承壓水主要為白堊系洛河組砂巖裂隙-孔隙水。

3.1 潛水化學類型

3.1.1 第四系薩拉烏蘇組孔隙潛水

圖1 第四系潛水地下水水化學圖Fig.1 Hydrochemical diagram of quarternary phreatic groundwater

3.1.2 第四系黃土裂隙-孔隙潛水

第四系黃土裂隙-孔隙潛水主要分布在紅敦界長勝村及海則灘鄉一帶地區及南部山區,含水層巖性主要為中更新統砂黃土夾砂層,水質好,礦化度240 mg/L左右,屬HCO3—Mg·Ca和HCO3—Na·Mg型水。中部黃土梁峁地區一般以重碳酸型水為主,礦化度500～1 000 mg/L,為水質好的淡水。但在鎮靖至高渠一帶蘆河河谷區和寧家窯子一帶的紅柳河河谷區出現HCO3·Cl—Na·Ca型或Cl·SO4—Na·Mg型水,礦化度1 000～2 000 mg/L。另外在黃土斜坡地帶,如棗刺梁,雖然地下水礦化度不高,但F-含量多大于1.0 mg/L,尤其在梁鎮的廟畔一帶,F-含量多在2.0 mg/L以上。南部黃土丘陵溝壑區基本不含水或含水甚微,其泉水一般礦化度小于1 000 mg/L的重碳酸型水。

3.2 承壓水水化學類型

圖2 洛河砂巖地下水水化學類型Fig.2 Hydrochemical types of Luohe sand-rock groundwater

3.3 主要離子含量變化

地下水化學成分是地下水水化學特征的集中反映,為確定地下水化學類型,將地下水6大離子繪制成三線圖,如圖3所示。研究區第四系潛水水化學類型大部分為HCO3型水,堿土金屬離子超過堿金屬離子,弱酸根超過強酸根,碳酸鹽硬度超過50%,水平方向上水質總體差異不大,反映薩拉烏蘇組地下水循環的方式基本一致,徑流途徑較短,循環交替速度較快,如圖3所示。洛河組砂巖承壓水水化學類型大部分為弱酸根超過強酸根、碳酸鹽硬度大于50%的水化學特征,反映白堊系地下水循環的方式基本一致,徑流途徑較短,循環交替較為積極,水平方向上水質差異較小,演化程度較低,垂向有由淺到深呈現出礦化度升高和水化學類型變復雜的演化趨勢,如圖4所示。

圖3 潛水地下水水化學三線圖Fig.3 Hydrochemical 3-line diagram of phreatic groundwater

圖4 承壓水地下水水化學三線圖Fig.4 Hydrochemical 3-line diagram of pressure-bearing groundwater

3.4 地下水質量評價及時空分布

3.4.1 評價方法及原則

(1)

式中,Fi為單項評價分值;F為綜合評價分值;n為評價項數。

3.4.2 地下水質量現狀

根據計算綜合評分分值F,按照地下水水質質量級別判定標準確定地下水質量級別。劃分級別為:優良<0.8,良好0.8～2.5,較好2.5～4.25,較差4.25～7.2,極差>7.2。由綜合評價得分表可知,研究區地下水各水樣級別分別為:優良0組,良好14組,較好2組,較差9組,極差6組。按照水質質量級別劃分,良好占比45.2%,較好占比6.5%,較差占比29%,極差占比19.3%,表明研究區地下水環境質量較好[7-9],在蘆河河谷區域存在地下水污染情況。

3.4.3 地下水質量時空分布規律

依據計算得到的綜合評分分值F,繪制地下水質量評價圖,如圖5所示。分析研判地下水質量時空分布情況、研究區東北部及南部地下水主要以洛河砂巖承壓水為主,地下水水質良好,以Ⅰ、Ⅱ類水為主,綜合評級為水質優良,Ⅱ類水反映水化學組分的天然背景含量,適用于各種用途用水;研究區中部及蘆河河谷地帶地下水與地表水交替較頻繁,水力聯系較密切,總體質量較差,以Ⅳ、Ⅴ類水為主,不宜直接作為供水水源,主要超標項目為溶解性總固體、硝酸鹽和亞硝酸鹽[10-12],其原因主要在于研究區內油氣資源的開采、化工基地的建設及生活污水對地下水水環境影響較大,造成幾項評價項目值偏大,水質較差。

圖5 靖邊縣地下水質量評價Fig.5 Groundwater quality evaluation of Jingbian County

5 結論

(1)研究區地下水水化學類型主要以HCO3、HCO3—Mg·Ca、HCO3—Na·Mg、HCO3·SO4型水為主,弱酸根超過強酸根,碳酸鹽硬度超過50%,徑流途徑較短,循環交替較積極,水質總體差異不大。

(2)區內地下水質量東北部及南部以Ⅰ、Ⅱ類水為主,中部以Ⅳ、Ⅴ類水為主。

(3)研究區內地下水Ⅳ、Ⅴ類水主要位于蘆河河谷附近,水質較差,結合地表水水質調查分析研究,當地油氣田開采、能源化工基地建設及人類活動是影響地下水環境的重要因素,需進一步加強該區域水環境治理工作,確保水環境生態平衡。