阜陽市集中式深層地下水飲用水源地水化學特征及成因分析

孔令健, 王振龍，王 兵

(1. 安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000；2.水利水資源安徽省重點實驗室, 安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

地下水在我國水資源中占有重要地位，其數量和質量倍受重視。地下水資源具有分布廣泛、水量穩定等特點，是農業灌溉、工業和城市生活的重要水源之一。在中國北方地區，地下水作為城市重要飲用水源被廣泛開發利用。研究深層地下水的水化學特征及其形成原因，對地下水資源管理及合理開發利用具有重要意義[1]。水體的水化學特征反映了水體的環境質量、水體元素的分布及其遷移轉化規律等[2]。水體中的主要離子被廣泛地用于識別水化學組成的基本過程，如流域巖石風化、水體蒸發/結晶、大氣沉降及人為影響的相互關系等[3]。阜陽市水資源短缺，且水質性缺水嚴重[4]，由于嚴重的水質性缺水和地表水資源污染嚴重、調蓄不足，阜陽城區、界首、太和、臨泉、潁上、阜南縣城不得不繼續依靠大量開采地下水來維持正常的生產生活和支持經濟社會發展，飲水安全問題尤其受到重視。近幾十年來，阜陽市工業迅速發展，工業生產中大量有害物質釋放到環境中，在地表徑流和淋溶作用下補給地下水，對地下水體造成嚴重影響[5]。隨著2023年“引江濟淮”工程實施通水，阜陽市深層地下水井逐步封停并作為備用水源，深層地下水進入恢復涵養期。鑒于此，本研究對阜陽城區及5個縣區集中式深層飲用水井的水化學特征及形成原因進行分析，以研究超采地下水帶來的影響，以期為今后地下水保護和可持續利用等工作提供依據[6,7]。

1 樣品采集與分析

1.1 研究區概況

阜陽市位于安徽省西北部，淮河以北，下轄界首市、臨泉縣、太和縣、潁上縣、阜南縣5個縣級行政區和潁州區、潁泉區、潁東區3個市轄區，全市總面積10 122.8 km2。地下水類型為單一的松散巖類孔隙水[8]，深層含水層組伏于第二黏性土層組下，主要由新近紀上部地層組成，頂板埋深大于150 m，底板埋深約500 m。水位埋深受開采影響，最大埋深已達72.14 m。由于該地區大規模持續開采深層地下水，造成地下水位呈起伏下降趨勢，一般在豐水期(7、8月份)水位較低，至枯水期(12月到次年2月)水位升高。天然狀態下，地下水側向徑流補給為深層地下水主要補給方式，人工開采及側向徑流為主要排泄方式。開采狀態下，補給來源有淺層水越流補給、黏性土層壓密釋水和區域性側向補給[9]。

阜陽市屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫14.7 ℃，年均降水量900.8 mm，降水年際變化大，年內分配不均，主要集中在6～8月份。由于該地區特殊的地理位置及水資源供求關系，阜陽市20世紀70年代末大量開采地下水，造成深層地下水嚴重超采，帶來地面沉降等一系列環境問題，現已形成多處沉降漏斗，最大沉降可達1.5 m。

1.2 采樣與測試

2018年7月，對阜陽市境內(包括阜陽城區及5個縣級地區)集中式深層地下水飲用水源地水樣進行采集，采樣點14個，其中阜南縣2個、界首市2個、臨泉縣3個、太和縣3個、潁上縣2個、阜陽城區2個，取樣深度為400～500 m，全部位于第三含水層組(采樣點位及含水層位置見圖1)。每個采樣點采集2個樣品，樣品采集后密封保存，并迅速于實驗室進行水化學指標測試。

1.3 數據處理

統計阜陽市集中式深層地下水采樣點各離子質量濃度，采樣點及含水層組示意圖采用CorelDRAW X6進行繪制，離子相關性分析采用SPSS 20.0進行統計分析，Piper三線圖和Gibbs圖分別采用AquaChem 3.7和Origin 8.0進行繪制。

圖1 深層地下水采樣點及含水層組示意圖Fig.1 Schematic graph sampling points of deep groundwater and aquifer groups

2 結果與討論

2.1 水化學特征

深層地下水TDS濃度變化范圍為410.42～606.51 mg/L，屬高礦化度水，其含量大小分布圖如圖2所示。由圖2可知，深層地下水中TDS含量北部較高，潁上、阜南等南部地區含量較低，體現出TDS含量由北向南逐漸較小的變化趨勢。

2.2 水化學類型

圖2 深層地下水TDS含量變化空間分布圖(單位：mg/L)Fig.2 Spatial distribution graph of TDS Content Change in deep groundwater

表1 地下水水化學離子測試結果 mg/L

圖3 深層地下水Piper三線圖Fig.3 Piper three-line graph of deep groundwater

2.3 水化學成因分析

圖4 深層地下水Gibbs分布圖Fig.4 Gibbs distribution graph of deep groundwater

2.4 相關性分析

由于“蒸發作用”和“巖石風化”只能影響水中離子濃度大小，因此進行離子相關性分析，進一步探究深層地下水體中主要水化學離子特征及其來源。

表2 深層地下水水化學離子相關性分析Tab.2 Correlation analysis of chemical ions in deep groundwater

注：**在0.01水平(雙側)上顯著相關；*在0.05水平(雙側)上顯著相關。

3 結 論

(2)吉布斯圖分析結果表明，阜陽市深層地下水主要水化學離子受“巖石風化”和“蒸發作用”雙重影響，其中“蒸發作用”較為明顯；另外，由于阜陽市地下水嚴重超采導致地面沉降，外界因素的影響也導致了水化學組成發生一定程度的改變。

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