德州市深層地下水水化學動態演化

馮穎，吳清華，劉帥

(山東省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質大隊，山東 德州 253015)

德州市深層淡水資源比較豐富且分布范圍廣，德城區1965年就將深層地下水作為供水水源，1985年隨著工業的迅速發展，需水量急劇增加，各縣區深層地下水的開采量也急劇增加。而由于長時間大量的開采，引發了一系列的地質環境問題[1-5]，如深層地下水降落漏斗和地面沉降等。為了緩解供水壓力，很多地區已經飲用地表水，但仍有部分居民以深層地下水作為飲用水水源，因此研究深層地下水水化學類型和水化學主要組分的動態演化具有十分重要的意義。

1 深層地下水水質監測現狀

德州市對深層地下水水質的監測時間較早，但監測的連續性較差，且取樣數量較少，僅在少數幾個縣區進行了深層地下水取樣。該次德州市深層地下水水化學動態特征分析的數據資料來自于德州市地質環境監測站開展的地下水水化學動態監測。

該次研究選取了五個數據連續性較好且較典型的水質進行水化學動態分析，分別為德城區、臨邑縣城、武城縣城和齊河縣城、禹城縣域。其中德城區水質資料為1998—2017年，每年一期；臨邑縣水質資料1998—2017年，每年一期；武城縣水質資料為2009—2017年，每年一期；齊河縣水質資料為2011—2017年，每年一期；禹城縣水質資料為2012—2017年，每年一期。選擇主要離子(礦化度、硫酸根、氯離子和重碳酸根離子)研究深層地下水動態變化規律。

2 深層地下水水文地質特征

深層地下水含水層厚度和埋藏分布主要受基底構造、中層咸水底界面和古地理環境的控制。由于咸水底界面起伏變化，深層地下水埋藏深度不盡相同，在區內總體上表現為中間淺兩邊深。平原-陵城區-寧津一線以西和樂陵以東深層地下水含水層埋藏深度大于200m，中間地帶深層地下水埋藏深度多小于200m。

古太行水系在德州市西北部形成了大面積的河湖相地層，含水砂層顆粒較細，厚度相對較大，主要呈層狀展布，地下水富水程度相對較強；南部齊河、禹城一帶為泰沂山山前沖積地層，顆粒較粗，但厚度較薄。從南部石灰巖分布區流入區內的地下水中，含有大量的鈣質成分，隨著徑流距離的增長，逐漸富集沉淀，形成大量鈣質膠結砂巖、底礫巖，使得南部深層含水砂層極不發育，地下水富水程度相對較弱。

根據含水層巖性、厚度和單位涌水量將深層地下水大致分為豐富區、較豐富區和貧乏區3個區。

圖1 德州市深層地下水水文地質圖

(1)深層地下水豐富區。除慶云、樂陵北部和齊河一帶外，在區內廣泛分布。砂層累計厚度大于40m，砂層巖性以粉砂、細砂和中砂、中細砂為主，單位涌水量多在50～75m3/d·m之間；在寧津縣、德城區附近和禹城—平原一帶砂層累計厚度大于60m，單位涌水量達100～200m3/d·m，其中，德城區是全區最大的開發利用地段。

(2)深層地下水較豐富區。主要分布在慶云、樂陵兩縣的東北角和齊河仁里—安頭一帶，砂層厚度20～40m，巖性為細砂、中砂夾砂巖，單位涌水量小于50m3/d·m。

(3)深層地下水貧乏區。主要分布在齊河-廣饒大斷裂南側的齊河沿黃一帶，呈NE向的條帶狀展布，含水砂層薄，累計厚度小于20m，巖性為中砂、中細砂，由于其中多含泥質砂或形成半膠結狀的砂巖，富水性較差，單位涌水量小于50m3/d·m。

3 水化學演化過程

3.1 水化學類型演變

表1 德州市深層地下水水化學類型

綜合分析，除個別年份個別監測點的水化學類型發生改變外，大部分監測點的水化學類型能保持多年不變。通過進一步研究，水化學類型發生變化的原因也僅僅是因為某個離子的摩爾百分數在25%左右變化，但水質并未發生實質性的改變。

3.2 主要水化學指標演變

3.2.1 德城區

重要組分多年動態曲線圖顯示：德城區深層地下水代表點重要離子中除礦化度2002年較1998年有一個比較大幅度的升高外，多年離子含量比較平穩，呈小幅度的波浪狀變動(圖2)，其礦化度多年均小于1000mg/L。

圖2 德城區監測點主要化學組分多年動態曲線圖

礦化度含量2000年以前較低，在650mg/L左右，2002年就升至891mg/L，隨后幾年一直維持在800～1000mg/L之間，2017年與1998年相比升高288mg/L；氯離子含量比較穩定，1999—2017年均小于60mg/L，1998年氯離子含量較大為76mg/L；硫酸根離子2014年含量較低，為57mg/L，2012年含量最高為134mg/L，2017年與1998年相比升高12mg/L；重碳酸根離子2017年與1998年相比含量上升98mg/L，其中2016年重碳酸根離子含量最高為506mg/L(表2)。

表2 德城區深層地下水主要化學指標變化(mg/L)

3.2.2 臨邑縣城

根據主要組分多年動態曲線(圖3)可以看出：臨邑縣城代表點地下水化學組分含量除2012年礦化度和硫酸根離子急劇上升外(可能與取樣位置發生變化有關)，均呈比較平穩的趨勢，未發生太大的波動。

圖3 臨邑監測點主要化學組分多年動態曲線圖

臨邑縣代表點礦化度在2012年時含量達到最大值為1780mg/L，其他年份含量比較穩定，2017年與1998年相比含量升高74mg/L；氯離子含量多年維持在250mg/L以內，僅2016年降至最低值194mg/L；硫酸根離子整體呈降低的趨勢，2017年與1998年相比含量降低76mg/L，僅2016年達到最高值571mg/L；重碳酸根離子除2015年和2016年含量超過400mg/L外，其他年份含量均低于400mg/L，但整體呈現上升的趨勢(表3)。

表3 臨邑深層地下水主要化學指標變化(mg/L)

3.2.3 武城縣城

根據主要組分多年動態曲線可知(圖4)，武城縣深層地下水代表點主要化學組分比較穩定，各離子都未出現大的波動。

圖4 武城監測點主要化學組分多年動態曲線圖

2009—2017年之間，武城代表點礦化度比較穩定，多年含量均在1000mg/L左右；氯離子含量均在50mg/L左右，僅2012年為131mg/L，其他年份硫酸根離子含量有新波動，但總體保持穩定；重碳酸根離子含量整體也呈上升趨勢，2017年比2009年含量上升122mg/L，其中2016年達到573mg/L(表4)。

表4 武城深層地下水主要化學指標變化(mg/L)

3.2.4 齊河縣城

根據主要組分多年動態曲線(圖5)可以看出：齊河代表點地下水化學組分含量除2013年礦化度和硫酸根離子急劇上升外(可能與取樣位置發生變化有關)，都呈比較平穩的趨勢，未發生太大的波動。

圖5 齊河監測點主要化學組分多年動態曲線圖

齊河縣深層地下水水質較好，礦化度含量比較低，2011—2017年均低于500mg/L，其中2012年含量最低為348mg/L，2017年比2012年含量升高104mg/L；氯離子含量也較低，且比較穩定，最大含量僅為28mg/L；硫酸根離子含量2016年最低為19mg/L，2017年最高為67mg/L；重碳酸根離子含量多年來均小于300mg/L，2017與2011年相比，含量升高36mg/L(表5)。

表5 齊河深層地下水主要化學指標變化(mg/L)

3.2.5 禹城縣城

根據主要組分多年動態曲線(圖6)可以看出：禹城代表點主要化學組分含量在2013年有一個明顯升高的趨勢，2013年與2014年基本持平，2015年又出現下降趨勢，隨后各離子含量呈比較平穩的趨勢。

圖6 禹城監測點主要化學組分多年動態曲線圖

禹城代表點礦化度含量在2013年和2014年時達到最大值，在1600mg/L左右，礦化度含量整體呈上升趨勢，2017年與2012年相比含量上升305mg/L；氯離子含量除2012年為256mg/L最低外，其他年份均在350mg/L左右；硫酸根離子含量整體比較穩定；重碳酸根離子含量均小于300mg/L，僅2017年達到305mg/L(表6)。

表6 禹城深層地下水主要化學指標變化(mg/L)

4 水化學演化原因分析

根據深層地下水多年水質動態曲線發現，深層地下水化學成分含量年際變化較小。說明深層地下水水化學動態受外界人為因素和自然變化影響較小，主要是地下水在開采過程中，隨著地下水壓力及氧化-還原環境條件的改變而發生變化，其水化學組分含量的變化是由自身的水化學地球環境影響所致[6-16]。

5 結論

(1)德城區和武城縣城水化學類型比較穩定，未發生變化，臨邑和齊河個別年份的水化學類型發生變化，但水質并未發生實質性的改變。

(2)就主要水化學組分含量而言，5個地區多數離子含量呈上升趨勢，但變化幅度相對較小。德城區深層地下水大多數離子含量呈上升趨勢，僅氯離子含量下降；臨邑縣深層地下水礦化度與重碳酸根離子含量上升，氯離子和硫酸根離子含量下降；武城縣深層地下水各離子含量以上升為主；齊河縣除氯離子含量持平，其他離子含量均上升；禹城縣各主要離子含量均上升。