渭河流域地表水淺層地下水水質演化特征及成因

何 煒

(甘肅省天水水文水資源勘測局，甘肅 天水 741000)

渭河流域水資源豐富，每年引黃河水達到15～20億m3，這些水資源除通過農作物吸收和蒸發作用消耗外，剩余地表水會滲入淺層地下形成淺層地下水。渭河流域內的地表水和淺層地下水相互作用，是分析地表水、淺層地下水水質演化特征及成因重要切入點。地表水通過土層慢慢滲透進入淺層地下，進入地下水中，在影響地下水流場的同時，還在影響淺層地下水的水質，其中對地下水中的化學特征影響更深。與此同時，地下水也會通過排泄方式補給地表水，淺層地下水通過這種補給方式對地表水的水質與其化學特征也起到了影響作用。地表水和淺層地下水通過這種補排關系緊密相連，但是這種關系會因為空間和時間變化而變化。分析地表水和淺層地下水資源的水質演化特征及成因，不僅有利于研究淺層地下的來源，并且對淺層地下水的水質改善有著舉足輕重的意義。

1 水質演化特征分析

1.1 地表水水質演化特征分析

渭河流域地表水資源豐富，且覆蓋廣泛，灌溉水、灌溉排水、湖泊水、山間溪流水分支等地表水資源廣泛覆蓋。受到蒸發作用和淺層地下水資源排泄補給變化的影響，地表水中鹽分含量會變得很高，而地表水中的砷和氟是其水質演化主要特征因素，砷和氟富含量也是衡量水質好壞的重要標準[1]。

地表水資源的分布同時影響著淺層地下水化學特征，在灌溉水渠和排水干渠附近淺層地下水中砷含量較低，而遠離灌溉水渠和排水干渠的地下水中砷含量就高于淺層地下水。

本文在分析多種地表水資源和淺層地下水資源的水質演化特征和同位素特征的基礎上，還通過分析人們生產生活對地表水和淺層地下水水質的影響，進一步分析地表水水質演化特征及成因影響因素[2]。

1.2 淺層地下水水質演化特征分析

渭河流域淺層地下水，主要分布在晚更新世和全新世河湖相沉積地層中，其深度一般在30～35m以內。局部地下水流動系統往往控制著淺層地下水流，很多地區淺層地下水受灌溉水渠、大小湖泊水及灌溉回歸水的補給；在地勢相對低的地方就會通過排水干渠、其他細小徑流、蒸發作用方法排泄。

渭河流域受古地理、地質條件、水文地質條件和地表水資源變化的影響，流域內淺層地下水中的化學特征相對復雜[3]。在古河道廣泛分布且地質條件缺少大量粘土的地方，其淺層地下水水質就很好，并且能夠達到很高的養還原電位，其砷含量比較低，但是在渭河流域中古湖泊分布并且含有較厚的淺層地表粘土層的地方，達不到較高的養還原電位。

在垂向上，淺層地表小于10m的地方，淺層地下水中含有較高的氟和鹽，這些含量的增加導致淺層地下水水質變差，但是越往深處，其氟和鹽含量就會減少，水質就會改善。但是砷的含量卻隨著深度增加而逐漸增多，其水質也在發生變化，砷越多水質越差。

2 水質成因分析

2.1 地表水水質成因分析

在渭河流域采集地表水樣，取樣包括在山區泉水、小溪水，灌溉水、灌溉排水以及渭河干渠水。

在采集水體樣本的同時，利用便攜式多功能水質監測儀器(HI9789，HANBN)，對采集水體樣本的水溫、電導率(γ)、PH與Eh等水質數值參數進行現場檢測。采集水樣中S2-、Fe(Ⅱ)、NH4-N濃度、使用哈希DR2800便攜式分光光度計進行現場監測。采集水樣的堿度參考GrawTitraten檢測方法，利用Modeaw 16700 digitbelitradr(HABW)

水樣同位素特征，受氣候和季節條件影響，大氣降水同位素組成變化很幅度大，δD為-76.7‰～-14.5‰，δ18O在-10.54‰～-2.17‰。對比一下泉水或溪水的氫氧同位素組成變化幅度比較小，它們都在局部大氣降水線旁邊。灌溉水渠的氫氧同位素形成δD在-75.5‰到-60.5‰之間，δ18O在-8.67‰～-6.67‰之間，與渭河水很接近，排干水的δD在-68.7‰～-55.9‰，如圖1所示。

圖1 水樣δD和δ18O的同位素關系圖

從圖1可以觀察到，渭河流域地下水氫氧同位素在局部大氣降水線附近，這就說明渭河流域淺層地下水來源于渭河流域地區的大氣降水。除此之外在圖2中顯示灌溉水渠中的水與淺層地下水會匯集到一處，有相近的同位素信息。

圖2 水樣中變化

2.2 淺層地下水水質成因分析

圖3 灌溉水中沿流變化

圖4 不同水樣Mg2+、Ca2+(a)/K+、CI-(b)關系

渭河流域淺層地下水水樣采集主要從壓水井或機井中采集，并且是在出水30分鐘以后，在水溫，電導率，PH值和Eh值平穩后采集。

從圖1中我們可知地下水和地表水具有相似的同位素特征，由此可推測出淺層地下水水質在一定程度上受地表水影響，淺層地下水中的Ca2+、Mg2+、CI-、K+基本和地表水重疊覆蓋[8]。這種相同的分布特點說明淺層地下水接受地表水的補給，不同水樣間關系如圖4所示：

但是這種補給能否將地表中的有機物補給到淺層地下，并且讓淺層地下水中砷釋放，還需進一步分析。目前情況說明灌溉渠和排干渠周邊地區的淺層地下水會受到灌溉渠水和排干渠水的影響，越靠近灌溉渠和排干渠地下水Eh值就會越高，地下水砷的濃度就會降低。這點說明淺層地下水中的砷含量幾乎不受地表水影響，但是影響水質的其它化學成分受地表水影響，渭河流域地表水是影響淺層地下水水質的重要因素[9]。

3 結語