本文關(guān)鍵詞：灤河下游河水及沿岸地下水水化學(xué)特征及其形成作用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

灤河下游河水及沿岸地下水水化學(xué)特征及其形成作用 王曉曦 王文科 王周鋒 趙佳莉 謝海瀾 王小丹

摘要:了解地表水和沿岸地下水的水化學(xué)特征及其形成作用，對(duì)地下水水資源保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義。在系統(tǒng)采集灤河河水及沿岸地下水的基礎(chǔ)上，運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、陰陽離子三角圖、Gibbs圖、離子比例系數(shù)等方法對(duì)水樣的離子特征和水化學(xué)類型的形成作用進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明: (1) 從出山口到入海口，淺層地下水化學(xué)類型由HCO3型過渡到HCO3·SO4(SO4·HCO3) 型，再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃l·HCO3型，而陽離子則由Ca(Ca·Mg) 向Na·Ca(Na)型轉(zhuǎn)化。(2) 淺層地下水化學(xué)的形成受地形地貌以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制，在山間盆地和沖洪積扇，溶濾作用是控制地下水水化學(xué)變化的主要作用，向下游隨著含水介質(zhì)顆粒變細(xì)，地下水徑流速度變緩，溶濾作用減弱，蒸發(fā)濃縮作用逐漸增強(qiáng)，從出山口到入�？�，河水和地下水的鈉吸附比(SAＲ) 不斷增大，說明溶濾作用逐漸被陽離子交替吸附作用代替。(3) 河水的水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg(SO4·HCO3-Ca·Mg) 型。水化學(xué)形成以蒸發(fā)濃縮作用為主，同時(shí)受河床中的碳酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物溶濾作用的影響，在沖積海積平原可能存在蒸發(fā)鹽巖的溶解。

關(guān)鍵詞: 灤河; 河水; 地下水; 水化學(xué); 形成作用

中圖分類號(hào): P641. 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1000-3665(2014) 01-0025-09 Hydrochemical characteristics and formation mechanism of river water and groundwater along the downstream Luanhe Ｒiver，northeastern China

WANG Xiao-xi1，2，3，WANG Wen-ke1，2，3，WANG Zhou-feng1，2，3，ZHAO Jia-li1，2，3，XIE Hai-lan4，WANG Xiao-dan4

Abstract: Understanding of the hydrochemical characteristics and formation mechanism of surface water and groundwater in an unconfined aquifer is important for protection and sustainable utilization of groundwater．In this paper，the exploratory research was done in the Luanhe Ｒiver watershed using the water samples including river water and groundwater along the LuanheＲiver．Methods including mathematical statistics，Gibbs figure，Triangle plot and ionic ratios were employed to analyze the hydrochemical characteristics and formation mechanism．The results show that (1) from the mountain front to the estuary，anion transforms from HCO3 type to HCO3·SO4 (SO4·HCO3 ) type from north to south，then gradually converted to Cl·HCO3 type．Cation transforms from Ca(Ca·Mg) type to Na·Ca(Na) type．(2) The formation of shallow groundwater is constrained by topography and geologic structure．In the district of the intermontane basin and alluvial-proluvial fan，the leaching of halite，carbonate minerals and aluminosilica te is the chief geochemistry action of the shallow groundwater．Along with the runoff pass，the influence of leaching becomes weaker and the effect of evaporation concentration becomes stronger．SAＲ of river water and shallow groundwater increases from the mountain front to the estuary; and cation exchange and adsorption gradually replaces

the leaching．(3) The main hydrochemistry type of the river water is HCO3·SO4-Ca·Mg (SO4·HCO3-Ca·Mg) type．Evaporation concentration plays an important role in the formation of the chemical characteristics．In addition，the carbonate minerals and aluminosilicate in the riverbed may be leached by the river water; and the halite may be leached in the marine plain．

Key words: Luanhe Ｒiver; river water; groundwater; hydrochemistry; formation 地下水水化學(xué)研究是水文地質(zhì)學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。開展相關(guān)研究不僅對(duì)揭示地下水化學(xué)特征和水化學(xué)形成作用具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且對(duì)地下水水資源保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)利用具有重要的實(shí)際價(jià)值［1～3］。水體的水化學(xué)分布受控于地層巖性［4］、地質(zhì)地貌［5］、海水入侵［6］、人為作用等因素，能夠反映該地區(qū)水體的歷史演變過程［7］，，因而該特性被廣泛用于識(shí)別水體化學(xué)組成的控制因素［8］。Carol［9］對(duì)Samborombón灣的濱海平原地下水鹽化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明地下水的鹽化作用主要受溶濾、蒸發(fā)作用和人類活動(dòng)影響等因素的控制。王文科［2，8］利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、離子比例系數(shù)以及水化學(xué)模擬等方法對(duì)關(guān)中盆地淺層地下水水化學(xué)演化進(jìn)行研究，結(jié)果表明水化學(xué)類型、離子含量等均呈現(xiàn)一定的水平分帶性。水巖相互作用、蒸發(fā)濃縮，混合作用是該地區(qū)水化學(xué)演化的主要因素。安樂生等［10］采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、piper 三線圖和離子比例系數(shù)等方法對(duì)黃河三角洲淺層地下水水化學(xué)特征及其成因進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明混合、蒸發(fā)濃縮、溶濾、陽離子交替吸附作用及人類活動(dòng)的影響是該區(qū)淺層地下水化學(xué)成分形成的主要作用。目前，國內(nèi)外相關(guān)研究針對(duì)內(nèi)陸地區(qū)較多，而針對(duì)濱海地區(qū)的研究河水和地下水的綜合研究相對(duì)較少［9～14］。

灤河是河北省第一大河流，是京津唐地區(qū)的重要水源地之一。灤河流域也是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展的主要支柱之一。然而該地區(qū)也是中國北方水資源短缺地區(qū)，人均占用水資源量約510 m3/a，僅為全國平均水平的23%，且時(shí)空分布極為不均。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，“三廢”排放量逐漸增加，水污染問題日益突出，水資源短缺已經(jīng)成為制約該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的一個(gè)主要問題［15］。因此，本文通過系統(tǒng)采集灤河流域河水和地下水水樣，采用相關(guān)性分析、Gibbs 圖、離子比例系數(shù)等方法對(duì)該區(qū)的水化學(xué)特征及形成作用進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究水循環(huán)機(jī)制、水資源合理開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)政策措施的制定等提供科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

灤河流域地區(qū)位于河北省東北部，包括唐山市和秦皇島市南部部分轄區(qū)。灤河發(fā)源于巴延吉爾山北麓，穿過燕山山脈，南流入渤海，全長1200km，流域面積9000km2。研究區(qū)位于灤河下游，長度約88km，分布在燕山山前沖洪積傾斜平原之上，地勢(shì)由北向南傾斜，地面標(biāo)高多為10～50m，地面坡降0. 6‰左右，較為平坦。

研究區(qū)屬暖溫帶濕潤－半濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫11℃左右，年降水量600～750mm，降水量主要集中在7～9 月份，占全年的80% 以上，年蒸發(fā)量1775mm。

研究區(qū)地下水主要為第四系孔隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要分布在灤河－洋河沖洪積扇和沖積海積平原地區(qū)，巖溶水主要分布在開平向斜蓄水構(gòu)造中。

在沖洪積扇地區(qū)，包氣帶巖性以砂性土為主，第一、第二含水層組主要巖性為卵礫石、

粗砂、中粗砂、中細(xì)砂。在沖積海積平原，含水層巖性主要為粉細(xì)砂，局部含中砂，為多層結(jié)構(gòu)，單層厚度4～14m。第一含水層組底板埋深40～60m。包氣帶巖性以砂性土為主，淺層淡水厚10～60m。

淺層地下水埋深自北向南逐漸減小，其中山前洪積扇區(qū)地下水由于地形較高，包氣帶厚度較大，因此地下水位埋深在15～30m，局部地區(qū)則出現(xiàn)大于30m的深度。而位于沖積平原下部的沿海區(qū)域地下水位埋深最淺，大部分則小于2m。地下水徑流方向與河流流向大體一致。流向由北向南，自山前向?yàn)I海、由沖洪積扇頂部向扇緣放射狀流動(dòng)。主要接受大氣降水、山前側(cè)向徑流流入(主要包括現(xiàn)代河流出山口地下潛流、出山口古河道地下潛流補(bǔ)給) 和河道滲漏補(bǔ)給。水力坡度約2‰。淺層地下水排泄主要為人工開采和蒸發(fā)。

2 研究內(nèi)容與方法

2. 1 樣品采集

2012 年7 月，在灤河流域垂直于河流精選7 個(gè)剖面進(jìn)行河水和地下水水樣采集，共采集水樣33 組(采樣點(diǎn)位置如圖1)，其中河水7 組，淺層地下水樣品26組。采樣過程中，用預(yù)采樣品對(duì)采樣瓶進(jìn)行3 次以上的沖洗，再進(jìn)行取樣。采樣時(shí)利用GPS 記錄采樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)。本次地下水采樣深度主要集中在1～9m。

2. 2 樣品測(cè)試

樣品水化學(xué)分析在中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西測(cè)試研究所完成。K +、Na +、

2--Ca2+、Mg2+、SO4等離子均采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICAP-6300) 測(cè)定，HCO3、Cl-

采用滴定法，用自動(dòng)電位滴定儀(ZDJ-4A) 測(cè)定。

2. 3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 對(duì)水化學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及Pearson 相關(guān)性分析。繪制主要離子三角圖，了解其水化學(xué)空間分布特征。利用Origin 8. 0 軟件、Surfer 8. 0 軟件繪制Gibbs 圖、離子比例系數(shù)圖。結(jié)合相關(guān)研究區(qū)資料，揭示研究區(qū)水化學(xué)的分布特征和主要形成作用。

3 結(jié)果與討論

3. 1 水化學(xué)類型及參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

隨著地貌單元的變化，灤河沿岸的水化學(xué)類型和離子濃度特征具有一定的分帶性，從出山口到入�？冢瑴\層地下水的水化學(xué)類型變化趨勢(shì)為HCO3型→HCO3·SO4(SO4·HCO3) 型→Cl·HCO3型，陽離子則由Ca(Ca·Mg)向Na·Ca(Na) 型轉(zhuǎn)化。

山間盆地(剖面Ⅰ、Ⅱ) 含水層以礫卵石、粗砂為主，顆粒粗、滲透性好，直接接受山前地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流速度快，更新速率高，水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca 型、

++HCO3—Ca·Mg 型。地下水的各離子濃度相對(duì)較低。離子濃度整體表現(xiàn)為Ca2+＞＞K + Na

-2--++＞Mg2+，HCO3＞＞SO4＞Cl。在陽離子中，Ca2+占主要優(yōu)勢(shì)，為Na+ K的5. 62 倍，為Mg2+

-的6. 50 倍; 濃度最大值為344. 29mg/L，最小值為37. 93mg/L。陰離子中HCO3占優(yōu)勢(shì)，分

2--別為SO4和Cl的2. 37 倍和2. 61 倍。濃度最大值為393. 05 mg/L，最小值為104. 40 mg/L。 沖洪積扇(剖面Ⅲ-Ⅴ) 包氣帶巖性以砂性土為主，局部為礫卵石，顆粒較粗、滲透性較好; 主要接受大氣降水和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流速度較快。水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca·Mg 型和HCO3·SO4—Ca·Mg。地下水各離子濃度逐漸增加，離子濃度整體表現(xiàn)

++-2--++為Ca2+＞＞K+ Na＞Mg2+，HCO3 ＞＞SO4 ＞Cl。陽離子優(yōu)勢(shì)離子Ca2+為K+Na的2. 96

-倍，為Mg2+的3. 38 倍。最大值為226. 05mg/L，最小值為104. 05mg/L。優(yōu)勢(shì)陰離子為HCO3，

2-分別為SO4和Cl-的3. 68 倍和4. 54 倍，濃度最大值為663. 27mg/L，最小值為257. 94mg/L。 沖積海積平原(剖面Ⅵ、Ⅶ) 含水層巖性主要為粉細(xì)砂，顆粒較細(xì)、滲透性較差，地下水徑流速度慢，水化學(xué)類型主要為HCO3—Na·Ca 型、SO4·HCO3—Na·Ca型、

++-2-Cl·HCO3—Na·Ca 型。地下水離子濃度整體表現(xiàn)為K+Na＞＞Ca2+＞Mg2+，HCO3 ＞＞SO4

-++＞Cl。陽離子優(yōu)勢(shì)離子K+Na為Ca2+的3. 22 倍，為Mg2 +的7. 99倍，濃度最大值為470.

-2--26mg/L，最小值為87. 08mg/L。陰離子優(yōu)勢(shì)離子為HCO3，分別為SO4、Cl的2. 48 倍和2.

89 倍，濃度最大值為1056. 3mg/L，最小值為257. 94mg/L。

灤河河水水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4—Ca·Mg(SO4·HCO3—Ca·Mg) 型，入�？谔�

++-2-為Cl—Na 型。除入�？�(剖面Ⅶ)，離子濃度均呈現(xiàn)Ca2+＞Na+ K＞Mg2 +、HCO3 ＞SO4

++＞Cl-的變化趨勢(shì)。陽離子的優(yōu)勢(shì)離子Ca2+為Na+ K的7. 44 倍，為Mg2+的2. 43 倍。濃

-2-度最大值為54. 95mg/L，最小值為47. 11mg/L。陰離子的優(yōu)勢(shì)離子為HCO3，分別為SO4和

Cl-的1. 74 倍和5. 49 倍，濃度最大值為190. 38mg/L，最小值為135. 11mg/L。

3. 2 水化學(xué)參數(shù)間相關(guān)性分析

表3 為研究區(qū)水化學(xué)參數(shù)的Pearson 相關(guān)系數(shù)。

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