濟南西部地區地下水水化學特征及演變機理淺析

成世才，盧兆群，張強，侯海巔，徐建

(1.中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013；2.平陰縣國土資源局，山東 濟南 250014))

水文地質

濟南西部地區地下水水化學特征及演變機理淺析

成世才1，盧兆群1，張強1，侯海巔2，徐建2

(1.中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013；2.平陰縣國土資源局，山東 濟南 250014))

對濟南市濟西水源地一個水文年地下水水化學特征進行研究發現：補給區→徑流區→排泄區地下水水化學類型演化過程為SO4·HCO3-Ca型→HCO3·SO4-Ca型與HCO3-Ca型→HCO3-Ca型。形成地下水水化學類型這一轉變的原因為從補給區到徑流區巖性變化的結果。地下水水化學演變機理研究認為，巖石風化及溶解作用是形成研究區獨特地下水水化學演化規律的主導自然因素。

地下水；水化學類型；演化機理；巖性變化；濟南市

對濟南市地下水的研究程度由來已久，邢立亭[1]對于濟南泉域巖溶水環境現狀的研究，徐慧珍[2]濟南城近郊區地下水頭動態特征的研究等，高宗軍[3]對于濟南巖溶水微量元素分布特征及其水文地質意義的研究等。過去問題多集中在濟南地區水質、水量及水文地質邊界的確定上，對地下水水化學特征及演化規律研究較少。該文試從地下水水化學類型演變的角度，淺析濟西水源地地下水水化學特征及演化機理。

1 研究區概況

研究區位于濟南市的西部及南部，范圍涵蓋濟西水源地的補給區、徑流區和排泄區。東南部為泰山山脈，西北部為黃河沖積平原，向NE緩傾，總體地勢東南高西北低，地形從SE向NW依次為低山丘陵、山前傾斜平原及黃河沖積平原。區內主要河流有黃河、孝里河、南大沙河、北大沙河及玉符河。出露地層由新到老依次有新生代第四系，古生代寒武系，奧陶系及太古代泰山巖群變質巖系，總體為一單斜構造。

研究區地下水分為：松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水及基巖裂隙水四類，含水層巖性及富水性見表1。

表1 研究區主要含水巖組特征

補給區，主要為基巖裂隙水，分布于研究區南部及東南部變質巖、巖漿巖風化裂隙中；徑流區，主要為碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水，分布于研究區中部的低山丘陵區；排泄區，主要為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，廣泛分布于研究區西部及北部，含水層主要包括寒武紀九龍群炒米店組上部、奧陶紀九龍群三山子組和馬家溝群灰巖。

2 采樣布設與測試

2.1 采樣布設

該次樣品采集，在補給區，周邊無明顯污染源的位置采集；徑流區，在不同巖性的位置分別采集；排泄區，選擇地下水供水水源地采樣。該次只選擇20件具有代表性的樣品。

2.2 樣品測試

檢測均按生活飲用水標準進行，檢測依據為GB/T5750-2006。檢測儀器為電感耦合等離子體光譜儀、原子熒光光譜儀、離子色譜儀、紫外可見分光光度計、滴定管。

3 結果與討論

3.1 地下水化學特征

3.1.1 地下水主要離子特征

表2 地下水樣本主要離子毫克當量百分數統計(Meq%)

3.1.2 地下水水化學類型空間分布特征

研究區采用舒卡列夫地下水水化學類型分類法，主要地下水水化學類型分為SO4·HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg型、HCO3-Ca型。補給、徑流、排泄區地下水水化學類型詳見表3。

表3 地下水水化學特征值(g/L)

可見，研究區東南部以基巖裂隙水為主的補給區，地下水水化學類型主要以SO4·HCO3-Ca型為主；以碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水為主的徑流區，地下水水化學類型以HCO3·SO4-Ca·Mg型為主，次為HCO3-Ca型；而到西部、北部以碳酸鹽巖類裂隙巖溶水為主的排泄區，地下水水化學類型以HCO3-Ca型為主(圖1)。

圖1 補給-徑流-排泄區地下水piper三線圖

3.1.3 地下水化學特征量相關性分析

表4 地下水化學特征量相關系數矩陣

3.2 地下水水化學演化規律及機理分析

3.2.1 地下水水化學演化規律

圖毫克當量百分數變化趨勢

3.2.2 地下水演化機理分析

圖3 Gibbs水化學Boomerang Enevlope模型(a)及研究區地下水水化學Gibbs分布圖(b,c)

引起研究區水質變化另一個不容忽視的原因便是人類活動[16]。周孝明等[17]研究發現，塔里木河下游地表水系解體、地下水位下降、水質惡化、植被衰敗等生態系統退化是社會經濟活動影響的結果，認為產業結構不合理是導致流域下游地區水資源緊張、生態退化的根源。人類工業活動大大改變了大氣中溫室氣體的比例，從而引起氣溫升高、蒸發加快以及區域水循環改變等變化，另外，土地利用變化、農田灌溉、水渠挖鑿等作用于流域下墊面的影響對地下水循環的影響更為明顯。

4 結論

[1] 邢立亭,陸敏,胡蘭英.濟南泉域巖溶水環境現狀與保護對策[J].濟南大學學報(自然科學版)，2006,20(4):345-349.

[2] 徐慧珍,段秀銘,高贊東,王慶兵.濟南城近郊區地下水頭動態特征及原因分析[J].水文地質工程地質，2007,34(2):87-89.

[3] 高宗軍,徐軍祥.濟南巖溶水微量元素分布特征及其水文地質意義[J].地學前緣，2014，(4)：15-19.

[4] 曹建榮，徐興永.黃河三角洲淺層地下水化學特征與演化[J].海洋科學,2014,38(12):78-85.

[5] 姚秀菊,王洪德,張福存,等.黃河三角洲地下淡水(微咸水)的形成與演化[J].地球學報,2002,23(4):375-378.

[6] 張效龍,孫永福,劉敦武.黃河三角洲地區地下水分析[J].海洋地質動態,2005,21(6):26-28.

[7] 徐慧珍,段秀銘,高贊東,王慶兵.濟南泉域排泄區巖溶地下水水化學特征[J].水文地質工程地質，2007,34(3):15-19.

[8] 萬利勤,徐慧珍,殷秀蘭,李文鵬,王慶兵.濟南巖溶地下水化學成分的形成[J].水文地質工程地質，2008,35(3):61-64.

[9] 徐慧珍,李文鵬,殷秀蘭,段秀銘.濟南泉域淺層地下水水化學同位素研究[J].水文地質工程地質，2008,35(3):65-69.

[10] 路洪海,章程.濟南泉域巖溶水質演變及其對人類活動的響應[J].水土保持研究，2007,14(6):242-244.

[11] 王瑞久.三線圖解及其水文地質解釋[J].工程勘探,1983,(6):6-11.

[12] 馬金珠,李相虎,黃天明,等.石羊河流域水化學演化與地下水補給特征[J].資源科學,2005,27(3):117-122.

[13] Von Asmuth J, Mass K. The method of impulse response moments: a new method integrating groundwater and eco-hydrological modeling[J].IAHS Publ, 2001,(269): 51-58.

[14] Bu-Li Cui,Xiao-Yan Li.Characteristics of stable isotope and hydrochemistry of the groundwater around Qinghai Lake, NE Qinghai-Tibet Plateau, China[J]. Environ Earth Sci，2014，(71):1159-1167.

[15] 胡汝驥,樊自立,王亞俊,等.中國西北干旱區的地下水資源及其特征[J].自然資源學報,2002,17(3):322-326.

[16] 陳亞寧.新疆塔里木河流域生態水文問題研究[M].北京:科學出版社,2010:89-91.

[17] 周孝明,陳亞寧,李衛紅,等.近50年來塔里木河流域下游生態系統退化社會經濟因素分析[J].資源科學,2008,30(9):1389-1396.

Research on Hydro-chemical Characteristics and Evolution of Groundwater Sources in West of Jinan City

CHENG Shicai1, LU Zhaoqun1, ZHANG Qiang1, HOU Haidian2, XU Jian2

(1.Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureal, Shandong Jinan 250013, China; 2. Pingyin Bureau of Land and Resources, Shandong Pingyin 250400, China)

Through study on hydro-chemical characteristics of groundwater sources in west of Jinan city, it is found that groundwater chemical type evolution from recharge area → run off area → drain area is SO4·HCO3-Ca→HCO3·SO4-Ca and HCO3-Ca→HCO3-Ca. Reasons for the formation of groundwater chemical type evolution is the changes in lithology. Through study on groundwater water chemistry, it is suggested that rock weathering and dissolution is the dominant natural factor of the unique hydro-chemical evolution mechanism in study area.

Groundwater; hydro-chemical type; evolution mechanism; changes in lithology; Jinan city

2016-05-25；

2016-09-08；編輯：曹麗麗

成世才(1984—)，男，山東煙臺人，工程師，主要從事水工環地質工作；E-mail：chengshicai2008@163.com

P641.6

B

成世才，盧兆群，張強，等.濟南西部地區地下水水化學特征及演變機理淺析[J].山東國土資源，2017,33(1)：55-58.CHENG Shicai， SONG Yongfen, LU Zhaoqun. Research on Hydro-chemical Characteristics and Evolution of Groundwater Sources in West of Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：55-58.