延慶盆地地下水水化學特征統計分析

楊玉春

(北京市水文地質工程地質大隊,北京 100195)

0 引言

隨著城市規模的不斷擴大和人口的增長,水資源短缺已經成為制約地區經濟發展的主要因素.近年來,在降雨偏少、水質性缺水的雙重壓力下,北京市的水資源呈現出前所未有的嚴峻局勢.北京有2/3的供水來自于地下水,淺層水質的惡化加上水位逐年持續下降,使得供水需求的矛盾更加突出.因此,自2003年以來,北京市政府先后啟動了多項有關地下水水質調查研究的項目[1-4].本文選取延慶盆地作為研究區,利用數理統計學方法,分層分區統計了區內的地下水水化學特征,以期為地下水資源的合理開發與保護提供支撐.

1 區域概況

延慶盆地是典型的山間盆地.盆地中部以湖相沉積為主,沉積厚度受構造控制,總體來看,東部薄,往西逐漸增厚,沉積中心在延慶鎮以西,厚度大于1000m,北部山前比南部山前厚度大,南部一般厚度100m,北部可達200m以上.山前平原沖洪積扇地區,含水層主要有砂、砂礫石、砂卵石組成.含水層厚度由沖洪積扇上部向下逐漸變厚,含水層顆粒由沖洪積扇頂向下由粗變細.山前地區排列有數個小型的沖洪積扇,山前到沖洪積扇底部,顆粒由粗變細,呈有規律的遞變.盆地中部主要為淤泥質粘性土夾薄層粉細砂層,粉細砂層多呈透鏡體分布.

區域上,地下水由東北流向西南.在沖洪積扇中上部地區,單井出水量可達3000 m3/d.

潛水和承壓水分界線沿后黑龍廟-靳家堡-后呂莊-北采-前呂莊-永寧-高廟屯-康莊鎮分布,山前至此線為潛水分布區,盆地中部為承壓水區,承壓水分布在沖洪積扇前緣至盆地中部地區,該地區埋深30～50m以上含水層由薄層中細砂組成,50～100m以下有2～3層砂礫石層,厚約10m左右,含水層總厚度約20m左右[5].

2 地下水采樣

2007-2009年,北京市政府啟動了歷時3年的北京市平原區地下水污染調查項目,工作精度1:5萬.項目分別在在2007年、2008年分豐、枯水期對平原區1035眼水井進行了采樣工作,共采集地下水樣品3000余組.延慶盆地共布設采樣點65個,3次共采集水樣200余組.測試有機組分49項,無機組分44項(本文僅涉及無機組分評價),為區域地下水質量評價奠定了堅實的基礎,具體取樣數量見圖1.

3 地下水分層質量評價

評價方法采用國標中推薦的綜合評價加附注的評分方法.首先依據各單項組分濃度劃分各組分所屬質量類別,進而對各類別按表1分別確定單項組分評價分值Fi,然后按下式計算綜合評價分值F:

其中F:各單項組分Fi的平均值;Fmax:單項組分評價分值Fi中的最大值;

n:指標的項目數.

表1 Fi值分類表

表2 地下水分級表

選擇總硬度、溶解性總固體、錳、氨氮、鐵、氟、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯離子、硫酸根離子10項作為評價因子,利 用F值評分法進行評價,評價結果見表3.

表3 延慶盆地地下水水質評價結果統計表

4 分層特征統計

4.1 水樣濃度與采樣深度分析

為了進一步分析研究區內的地下水化學特征,按照地層結構和水文地質條件初步將該地下水系統劃分為上、中、下游3個分區.并分別做了其濃度與深度的關系曲線,見圖2至圖5.從圖上可以看出,a地下水系統的上游、中游和下游地區,水樣均有一定的集中度,其中上游的集中度好于中游,中游的好于下游;b從深度上來看,隨著深度的增大,各離子組分濃度均有減少的趨勢,以溶解性總固體(圖3)來看,4個超標點(>1000mg/l)均為深度小于50m的淺層水井.再如硬度(圖4)超標點(>500mg/l)也均為深度小于50m的淺層水井.c從分帶上來看,下游水樣的高值點或者超標點(圖中標識為"□")較多,這在圖2～圖5中均有體現.

4.2 各層水樣的統計特征

圖6為盆地內淺層、中層和深層地下水水化學piper三線圖,從圖中可以看出,幾乎70%以上的水樣落在了piper三線圖中的5區,即表明其碳酸鹽硬度超過了50%.盆地內的地下水化學類型主要為HCO3-Ca-Mg型水,pH值在7.5左右.

表4為研究區內9種組分的統計結果,從表中可以看出,地下水的Ca2+、NH離子的濃度均值呈現出上游地區>中游地區>下游地區.Cl-濃度的變化則呈現出上游>中游地區,而下游地區反而升高的特點.眾所周知,Cl-不為植物及細菌所吸收,不被土粒表面吸附,氯鹽溶解度大,不易沉淀析出,是地下水中最穩定的離子.由于工業、生活污水及分辨中含有大量Cl-,因此,居民點附近礦化度不高的地下水中Cl-,則說明地下水很有可能遭受污染[6].

延慶縣城位于延慶盆地的中下游地區,因此下游地區Cl-升高很有可能與城區及周邊地下水人為污染有關.

表4 永定河山間盆地(延慶)地下水系統地下水化學組成分析表(mg/l)

5 結語

本文根據2008年6月平原區地下水采樣分析數據,將水樣進行了平原區地下水質量評價和地下水水化學類型分類、并對8種離子組分進行了數理統計分析.結果表明,在垂向上,延慶盆地地下水由淺到深,地下水水質逐漸變好;橫向上,上游地下水水質好于中游,中游好于下游;盆地中下游深層地下水已經出現較差和極差點,應當引起足夠的重視.統計分析的結果分析表明,在沖洪積扇的上游地帶,地下水的垂向交換較為強烈,水質趨同性更強,往下游地帶,由于地層由單一層轉變為多層結構,垂向水動力條件變弱,水質分異明顯增強.在延慶縣城及近郊一帶的生活污染是引起下游淺層地下水水質惡化的主要因素,建議有關部門進一步加強城區污水、生活垃圾等污染源的控制,以科學合理的開發和保護地下水資源.

[1].林 健,陳忠榮,趙 薇等.華北平原區地下水污染調查評價報告(北京部分)[R],2009.

[2].北京市地質礦產勘查開發局,北京市平原區多參數立體地質調查報告[R],2008.

[3].辛寶東,郭高軒,陸海燕等.北京市平原區地下水污染調查報告[R],2010.

[4].謝振華,王翊虹,張少才等.首都地區地下水資源和環境調查評價報告[R].北京∶北京市地質調查研究院.2003.

[5].張安京,葉 超,李 宇等.北京地下水[M],2008,北京:大地出版社,1～60.

[6].王大純,張人權,史毅虹等.水文地質學基礎[M],1995,北京:地質出版社,1～159.