鄒城市雙村巖溶水系統水化學演化分析

張豐，李愛軍

(山東省魯南地質工程勘察院,山東 兗州　272100)

鄒城市雙村巖溶水系統水化學演化分析

張豐，李愛軍

(山東省魯南地質工程勘察院,山東 兗州272100)

以山東省鄒城市雙村巖溶水系統為研究對象，利用多年水質監測資料對主要離子含量的變化特征及分布規律進行研究比對，分析地下水開采及生活污染對地下水水化學環境的影響，有助于認識在人類生產活動影響下的水化學場時空演化，為地下水合理開發、水源保護提供參考依據。

巖溶; 水源地; 水化學；鄒城雙村

引文格式：張豐，李愛軍.鄒城市雙村巖溶水系統水化學演化分析[J].山東國土資源，2015，31(5)：54-56.ZHANG Feng，LI Aijun. Analysis on Water Chemistry Evolution of Shuangcun Village Karst Water System in Zoucheng County[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：54-56.

鄒縣雙村巖溶水系統位于山東省鄒城市西南部的雙村至微山縣兩城地區，由寒武系、奧陶系的碳酸鹽巖組成，為單斜構造式巖溶水系統，即雙村巖溶水系統，面積約553km2，其中裸露區面積246.75km2，地勢南北高，中間低。第四系覆蓋層埋深由南向北、由東向西逐漸加厚，最厚近200m*山東省第三水文地質工程地質大隊，鄒縣電廠供水水文地質勘探報告，1977年。雙村巖溶水的開采始于1980年前后，當時僅部分缺水山村開采巖溶水，用于人畜飲水，總開采量不足1萬m3/d。到1985年鄒縣發電廠一號機組建成投產后，區內巖溶水開采量已達到5.36m3/d。其后，隨著當地工農業經濟的快速發展，對巖溶水的開采也逐年增加，目前開采井59眼、開采量已達25萬～27萬m3/d，形成了我國北方少有的特大型巖溶水水源地。

1　水化學多年演化特征

1.1水源地運行初期水化學演化特征

1.2水源地運行中后期水化學演化特征

隨著區內工農業快速發展，區內地表水體水環境逐年變差。根據多年水質監測資料*山東省魯南地質工程勘察院，山東省濟寧市地質環境監測報告,2013年，區內地表水多兼做排污水道，水質較差，TDS為500～900mg/L，水化學類型一般為HCO3·Cl·SO4-Na·Ca或HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型水，水中Cl-,Na+含量較高；第四系孔隙水受補給源和所處地質環境的影響，水化學類型復雜，以白馬河為界，西部一般為HCO3-Na·Ca(Mg)型水，TDS為700～1200mg/L，東部TDS局部變化大，水質類型復雜；巖溶水相對第四系水而言，在平面上分布上的變化相對穩定，水質類型由HCO3·SO4-Ca(Mg)型水向HCO3-Ca(Mg)型水演變，TDS一般在350～650mg/L之間。

多年來由于受開采量不斷增加，地表水補給比重不斷加大的影響，巖溶水水質有逐漸變差、水化學類型變復雜的趨勢[1](圖1)，其特征表現為：

圖1　主要離子濃度多年變化曲線圖

2　水化學演化形成分析

2.1地下水開采的影響

2FeS2+5O2+2H2O→2FeSO2+2H2SO4

這個化學反應，可以造成一個強酸性環境，使巖層中原來不溶解或不易溶解的化合物(如土層中經常存在的鈣、鎂、鐵、錳的化合物)變得易于溶解，從而使地下水的鐵、錳、鎂以及硫酸根離子含量大大增加，地下水的溶解性總固體、硬度亦隨之升高。

2.2生活污染的影響

人類活動的廢棄物(包括液、固、氣3種形式)通過污水灌溉、污水溝渠滲漏、過量使用化肥及大氣污染干濕沉降等進入土壤，在土壤中發生機械過濾、生物分解、離子吸附與交換等化學作用，隨下滲水進入含水層，使地下水中一種或多種化學組分濃度增加：土壤中的有機物在微生物的參與下分解生成氨、H2S等，進而再經過氧化生成硝酸、硫酸等酸類，化學反應式為：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NO+O2→2NO2

4NO2+O2+2H2O→4HNO3

2H2S+3O2→2SO22H2O

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4

此外大氣中的SO2進一步氧化也可生成H2SO4隨降雨進入土壤，這樣就改變了土壤的化學環境條件，H2SO4與環境中的鹽類作用形成硫酸鹽，與方解石、白云石作用生成Ca,Mg硫酸鹽,在不斷的溶蝕作用下，Ca,Mg離子含量便逐漸增加[5]。生活污水中的Na,Cl含量較高，且遷移能力很強，易進入地下水中，使相應離子濃度增加，再與Ca、Mg離子發生陽離子交換作用產生易溶鹽類如CaCl2，MgCl2等，地下水中的Ca,Mg,Cl,SO4離子含量便同步上升。水化學演化機理見圖2。

圖2　地下水離子濃度變化化學機理圖解

3　結論

1985年以前雙村巖溶水系統內巖溶水開采量較小，巖溶水基本處于自然均衡狀態，其水位波動范圍小于1m。自1985年鄒縣電廠使用以來，逐年形成了以雙村、唐村為中心的巖溶水水位降落漏斗。降落漏斗區域水力梯度較大，補給強度大，巖溶水環境防護能力隨之變差，污染物質容易通過漏斗區域快速滲透、遷移進入巖溶地下水中，從而改變地下水環境質量。因此，加強地質環境保護，防止巖溶水遭受污染，對保持巖溶水可持續利用起著至關重要的作用。

[1]陳洪年.雙村巖溶水系統多年開采動態分析及潛力評價[A]//山東省環境地質文集[C].北京：地質出版社，2007.

[2]卜華.鄒城市雙村巖溶水系統地下水環境質量現狀評價[J].山東地質，2000,16(1)，52-58.

[3]吳愛民,陸書南,周紹智.巖溶水開發與水環境演化——山東雙村強滲透性開放巖溶水系統典型研究[M].北京：地震出版社，2003:78-82.

[4] 陸書南,陳洪年.魯南雙村巖溶水系統鈾同位素研究[A]//地質與可持續發展——華東六省一市地學科技論壇文集[C].濟南:山東科學技術出版社，2003:117-120.

[5]王現國,劉丕新,董永志,等.淺層孔隙地下水水質演化機理研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2005:56-66.

Analysis on Water Chemistry Evolution of Shuangcun Village Karst Water System in Zoucheng County

ZHANG Feng，LI Aijun

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100，China)

Regarding Shuangcun village karst water system in Zoucheng county in Shandong province as an example, by using water quality monitoring data in many years, change characteristics and distribution regularity of key ion contents have been compared, and the impacts of groundwater exploitation domestic pollution to chemical environment of groundwater have been analyzed. It is contribute to understand spatial and temporal evolution of water chemical field under the impact of the human activities. It also will provide some references for reasonable exploitation and water source protection of groundwater.

Karst：water source；water chemistry; Shuangcun in Zoucheng city

2014-07-02；

2014-08-04；編輯：陶衛衛

張豐(1983—)，男，湖北公安人，工程師，主要從事水工環地質工作;E-mail:lnyzhangfeng@163.com

P641.134

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