紅層丘陵區(qū)淺層地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)評價

馮文凱，方宏宇，黎一禾，白慧林

(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點試驗室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059)

0 引 言

地下水水化學(xué)和水質(zhì)評價是水文地質(zhì)學(xué)的重要研究內(nèi)容之一，進行相關(guān)研究對揭示地下水水化學(xué)特征具有重要意義，對地下水環(huán)境的改善、保護及可持續(xù)的合理開發(fā)利用也具有重要的實際價值[1-3]。物源的沉積環(huán)境及沉積組合特征決定了地下水水化學(xué)特征，還受一系列自然因素和人為因素的影響[4]。

紅層地下水是以各種形式存在于紅層空隙中的水[5]。四川紅層有不同的特點，川中紅層地下水類型可以分為第四系松散土層類孔隙水和碎屑巖類孔隙-裂隙水，地下水分布受地形控制[6]；川東北地下水類型分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水(包括風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水)和碎屑巖類裂隙孔隙水(紅層承壓水)[7]。王曉東等[8]以四川省紅層找水打井工程為依托，通過分析水質(zhì)監(jiān)測資料，簡述了紅層淺層地下水水化學(xué)現(xiàn)狀并進行評價。陳倩等[9]對瀘州紅層區(qū)淺層地下水控制性水樣進行數(shù)理分析，總結(jié)研究區(qū)水化學(xué)特征，并結(jié)合Piper三線圖及飽和指數(shù)分析，表明了水文地球化學(xué)作用過程。

自2015年遂寧市被評選為全國首批海綿城市試點建設(shè)區(qū)以來，城市和經(jīng)濟建設(shè)高速發(fā)展，遂寧市紅層丘陵區(qū)淺層地下水作為影響生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會經(jīng)濟發(fā)展的主要因素而備受關(guān)注。為此，本文利用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)、Piper三線圖、單項指標法和等值線圖等多種方法，對遂寧市紅層丘陵區(qū)淺層地下水水化學(xué)特征和水質(zhì)進行分析評價，以期揭示區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型及分布特征、水質(zhì)現(xiàn)狀和成因，為發(fā)展和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遂寧市位于四川盆地中部，涪江中游，研究區(qū)北至吉祥鎮(zhèn)，南至復(fù)橋鎮(zhèn)，西至桂花鎮(zhèn)，東至高坪鎮(zhèn)。全區(qū)地勢東北部及南部高，中部及西北部低，由北向南呈波狀起伏，是四川盆地因構(gòu)造剝蝕形成的典型丘陵景觀。區(qū)內(nèi)地貌以紅層丘陵為主，次為沖積平壩區(qū)，斷裂、褶皺等構(gòu)造不發(fā)育，巖層近水平。

研究區(qū)屬四川盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.5 ℃，年均降雨量約1 100 mm。降雨多集中在6月～8月，占年降雨量約50%。研究區(qū)屬涪江水系，涪江源自北龍門山區(qū)，于蓬溪回馬場流入遂寧境內(nèi)，平均坡降為0.064 2%，河面平均寬500 m，流速緩慢，平均為1.5 m/s，散流在第四系平壩中。

區(qū)內(nèi)地下水按其賦存條件分為河谷沖積平原、丘間谷地第四系松散巖類孔隙水及侏羅系碎屑巖類(紅層)裂隙水。其中，第四系松散巖類孔隙水分布于涪江沿岸的河漫灘及兩岸Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ級階地和紅層丘間溝谷內(nèi)；侏羅系碎屑巖類(紅層)裂隙水主要分布于中～深丘區(qū)丘坡近頂部或丘坡坡腳一帶。孔隙水含水層巖性主要為粉土、粉質(zhì)粘土、粉～細砂及砂卵礫石，局部夾碎塊石，頂板埋深3.70～10.40 m。裂隙水含水層巖性主要為薄層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與薄～中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、砂巖不等厚互層。

地下水補徑排特征主要受地形及水文網(wǎng)的控制，總體上呈丘坡接受降雨補給，溝谷進行排泄，地下水的動態(tài)變化隨季節(jié)變化的特點，可分為中～深丘區(qū)域，緩～淺丘區(qū)域，河漫灘、階地等3個典型區(qū)域。其中，中～深丘區(qū)域主要分布在研究區(qū)北部、南部及南東部，降水入滲地下并賦存于近地表風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙中，丘陵斜坡中上部地下水在重力作用下，向附近地勢較低的溝谷運移排泄，在斜坡中下部砂泥巖交接帶常見泉水出露。緩～淺丘區(qū)域主要分布在研究區(qū)中部、西部，該區(qū)地下水運移途徑短，流速緩慢，主要排泄方式為分布于溝谷內(nèi)及丘坡坡腳一帶的人工井點。河漫灘、階地主要分布在涪江兩側(cè)，表現(xiàn)為河漫灘及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ級階地。Ⅰ級階地接受降水補給和涪江水側(cè)向補給，地下水量大，流速快，排泄方式主要為人工抽水排泄；Ⅲ、Ⅳ級階地為降水補給，局部有塘堰、溝渠的入滲補給，但階地呈窄條帶狀展布，不利于地下水的匯集，水量貧乏。

2 研究方案

研究區(qū)采樣點的布設(shè)主要考慮2個原則：一是，沿地下水流向為主與垂直地下水流向為輔相結(jié)合的功能性布點；二是，根據(jù)地下水補徑排特征的控制性布點。此次共采集水樣145組。其中，孔隙水樣43組，基巖裂隙水樣102組。孔隙水樣取自涪江兩岸河漫灘及一級階地，部分取自基巖區(qū)溝谷內(nèi)；裂隙水樣取自區(qū)內(nèi)遂寧組與沙溪廟組地層中的井點及泉點。同時，采用GPS記錄采樣位置。采樣過程中，用預(yù)采樣品對采樣瓶進行3次以上的沖洗，再進行取樣，采樣深度在2～40 m。地下水樣品采集點分布見圖1。

圖1 研究區(qū)地下水樣品采集點分布

對水樣的測試包括全分析與簡分析。其中，43組孔隙水樣中全分析水樣28組，簡分析水樣15組；102組基巖裂隙水樣中，全分析水樣44組，簡分析水樣58組。利用Aquachem V3.7軟件繪制Piper三線圖，以查明研究區(qū)地下水水化學(xué)類型，并通過Mapgis差值得出地下水水化學(xué)類型的分布區(qū)域及面積圖，進一步了解其分布情況。同時，對所取水樣進行常規(guī)化指標、常規(guī)無機毒理學(xué)指標以及非常規(guī)指標3項指標測試，采用單項指標評價結(jié)果最差的類型對水樣進行水質(zhì)評價，利用水樣數(shù)據(jù)投點上圖和插值的方法得到了研究區(qū)的水質(zhì)影響指標等值線圖，以期揭示其水質(zhì)成因。

3 地下水水化學(xué)特征

3.1 水化學(xué)參數(shù)特征統(tǒng)計

表1 地下水水化學(xué)參數(shù)特征統(tǒng)計 mg/L

3.2 水化學(xué)類型及其分布

圖2 地下水水化學(xué)類型

圖3 研究區(qū)地下水類型分布

4 水質(zhì)評價

4.1 指標測試結(jié)果

4.2 水質(zhì)現(xiàn)狀評價

根據(jù)GB/T 14848—2017，結(jié)合指標測試結(jié)果，采用單項指標評價結(jié)果最差的類型，對采集的145組水樣進行地下水質(zhì)量評價。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)僅1組Ⅰ類地下水，占總數(shù)的0.69%；Ⅱ類地下水24組，占總數(shù)的16.55%；Ⅲ類地下水54組，占總數(shù)的37.24%；Ⅳ類地下水39組，占總數(shù)的26.90%；Ⅴ類地下水27組，占總數(shù)的18.62%。各水質(zhì)類型地下水分布情況見圖4。分布于中部以及下部呈條帶狀的基巖裂隙水為Ⅰ、Ⅱ類水，該區(qū)地形坡度較大，部分區(qū)域地下水以泉的形式出露于丘坡中上部，地下水徑流深度淺，徑流時間短，土壤及巖石中的礦物成分進入地下水中的量較少，地下水水質(zhì)好；分布于北部及南部的基巖風(fēng)化裂隙水、溝谷孔隙水為Ⅲ類水，水質(zhì)較好且分布面積廣，是區(qū)內(nèi)居民生活用水的主要來源；分布于西北部、中部及整個西南部的基巖裂隙水和孔隙水屬于Ⅳ類水，是區(qū)內(nèi)分布最廣的水質(zhì)類型；分布為遂寧城區(qū)及附近的第四系沖洪積層孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水屬Ⅴ類水，該區(qū)地下水受生活廢水、工業(yè)污水、施工場地廢水等人為污染影響。

表2 水質(zhì)指標超標率統(tǒng)計

圖4 研究區(qū)地下水質(zhì)量分布

圖5 水質(zhì)影響指標等值線

將區(qū)內(nèi)所取水樣物理、化學(xué)指標分析結(jié)果與世界衛(wèi)生組織發(fā)布的健康飲用水標準指導(dǎo)值作對比，飲用水口感主要與溶解性總固體含量有關(guān)，由好到差分為5個等級，對應(yīng)溶解性總固體含量分別為小于300、300～600、600～900、900～1 200 mg/L以及大于1 200 mg/L，所取樣品中溶解性總固體超過1 200 mg/L的僅有4組，超標率僅為3.45%。根據(jù)世界衛(wèi)生組織標準，飲用水允許的pH范圍為6.5～9.2，而所取水樣pH值為6.05～7.99，均符合要求。因此，研究區(qū)淺層地下水飲用水中溶解性總固體和pH值均符合世界衛(wèi)生組織標準。

4.3 水質(zhì)影響指標及成因分析

(1)Fe。超標區(qū)基巖主要為侏羅系沙溪廟組，該地層鐵鋁質(zhì)礦物含量高，具團塊狀泥巖由鐵鋁質(zhì)固結(jié)的殘積泥礫結(jié)構(gòu)，造成區(qū)內(nèi)淺層地下水Fe含量高。

(2)Mn。區(qū)內(nèi)第四系粘土層中局部見鐵錳及豆狀小結(jié)核，粘土礦物以伊利石為主，次為蒙脫石；下部砂礫卵石層礫石主要為侵入巖類，局部富集鐵錳，礫石表面時見褐色錳膜或根系狀錳樹。由于該地層富含鐵、錳，造成該地層分布區(qū)域鐵、錳超標現(xiàn)象較為普遍。

5 結(jié) 語

本文基于經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)、Piper三線圖、單項指標法、等值線圖等多種方法，對遂寧市紅層丘陵區(qū)淺層地下水進行了研究，得出以下結(jié)論：

(2)基于單項指標法的評價結(jié)果顯示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水各占總樣本的0.69%、16.55%、37.24%、26.90%、18.62%，區(qū)內(nèi)淺層地下水飲用水中溶解性總固體和pH值均符合世界衛(wèi)生組織標準。

(4)采用單項指標法既可從整體上評價地區(qū)的水質(zhì)情況，又可指出主要的污染物，對傳統(tǒng)的水質(zhì)評價方法進行了很好的補充。