秦皇島地區(qū)地表水轉(zhuǎn)地下水過程中水質(zhì)變化分析

張冬冬

（河北省秦皇島水文水資源勘測(cè)局，河北 秦皇島066000）

據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)：在我國(guó)北方地區(qū)，65%的生活用水、50%的工業(yè)用水、33%的農(nóng)業(yè)灌溉用水來自于地下水；全國(guó)657個(gè)城市中，有超過400個(gè)以地下水為飲用水源。其根本原因在于地下水的水質(zhì)較好，凈化成本低。地表水是地下水的重要補(bǔ)給源，分析地表水轉(zhuǎn)化為地下水過程中的水質(zhì)變化對(duì)于人為控制補(bǔ)給量具有重要意義。

1 地區(qū)概況

秦皇島位于河北省東北部位置，屬于海濱城市，同時(shí)也是東北亞重要的對(duì)外貿(mào)易口岸。 由于該市受華北平原區(qū)地下水超采漏斗影響，市區(qū)地下水位逐年降低，干凈水資源日益緊張，這對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，尤其是打造旅游城市名片極為不利。為此，相關(guān)部門決定效仿國(guó)外一些城市，采取開挖水庫(kù)、滲漏溝等措施提高地表水補(bǔ)給地下水量， 但實(shí)施的前提是必須保證地下水水質(zhì)合格，否則得不償失。本文以此為背景對(duì)秦皇島地區(qū)地表水轉(zhuǎn)化為地下水過程水質(zhì)變化展開分析研究。

2 基于水庫(kù)滲漏的同位素示蹤試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

為了確定地表水蹤跡，本文利用同位素D（氘）和18O示蹤所研究水庫(kù)水， 當(dāng)?shù)叵滤畼又邪l(fā)現(xiàn)了這兩種同位素后， 便可確定地下水樣品中有來自于水庫(kù)水補(bǔ)給。 此時(shí)將地下水取樣與最初的水庫(kù)水樣品的水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析， 便可大致得到轉(zhuǎn)化過程中水質(zhì)變化情況。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如圖1。

圖1 水庫(kù)滲漏的同位素示蹤試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

2.2 樣品采集位置設(shè)計(jì)

本文研究對(duì)象為洋河水庫(kù)和石河水庫(kù)，分別位于秦皇島市撫寧縣和山海關(guān)區(qū)境內(nèi)，均對(duì)市區(qū)地下水有著較大的補(bǔ)給作用。 在此對(duì)兩水庫(kù)分別選取9個(gè)地表水采樣點(diǎn)，均勻分散在水庫(kù)周圍；地下水采樣分兩種情況，有條件區(qū)域直接就近在地下水井自來水管處接水，無條件區(qū)域則使用定深取樣器，均勻在水庫(kù)截深溝位置取樣。 本項(xiàng)目部分地下水取樣位置（部分）如表1。

表1 部分地下水取樣位置（部分）

2.3 樣品同位素含量測(cè)試分析

2.3.1 同位素含量測(cè)定

本項(xiàng)目樣品同位素含量測(cè)定工作由燕山大學(xué)化學(xué)試驗(yàn)室完成， 其中對(duì)同位素D的測(cè)試精度為±0.24%，18O測(cè)試精度±0.05%。 為保證，要求每個(gè)樣品取6針，選取最后3針的平均值作為測(cè)試結(jié)果，采用千分偏差值δ（‰）表示，計(jì)算如式（1），測(cè)試結(jié)果（部分）如表2。

式中 R樣為樣品中同位素比值，18O/16O或2H/1H；R標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)樣中同位素比值。

表2 地下水樣品同位素含量測(cè)定結(jié)果（部分）

2.3.2 地下水補(bǔ)給來源分析

在此利用克雷格降雨線法來分析各地下水樣品主要補(bǔ)給來源，刪除主要補(bǔ)給源不是水庫(kù)水的樣品，以剩下的樣品為分析對(duì)象研究水庫(kù)水轉(zhuǎn)化為地下水后的水質(zhì)變化。

以δ18O值為橫坐標(biāo)，δ值為縱坐標(biāo)，輔以地區(qū)降水線作為參考標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算如式（2）。 當(dāng)?shù)叵滤畼悠分械耐凰亟咏邓€時(shí)， 則說明其主要補(bǔ)給源為大氣降水，刪除不考慮；若接近水庫(kù)水特性，則說明主要補(bǔ)給源為水庫(kù)滲漏。

由圖2可知：①不同取樣位置，其地下水樣品中同位素千分偏差值δ存在著較大區(qū)別； ②茹各莊大街村和龐家溝村選取的樣品，其同位素組成距離洋河水庫(kù)水較遠(yuǎn)，但與地區(qū)降水線較為接近，可以判斷受水庫(kù)滲漏影響較小，究其原因是井深較大或距離水庫(kù)較遠(yuǎn)，故而刪除；③大山頭村農(nóng)家樂地下水井樣品同位素組成與洋河水庫(kù)水較為接近，可以判斷其主要補(bǔ)給來自水庫(kù)滲漏，類似這類樣本是接下來水質(zhì)研究的對(duì)象。

圖2 洋河水庫(kù)附近地下水δ18O和δD測(cè)定值（部分）

3 有效水樣的水質(zhì)測(cè)試分析

通過前期篩選工作， 兩個(gè)水庫(kù)共留下了10處地下水采集點(diǎn)有效樣品（洋河水庫(kù)5處，石河水庫(kù)5處），對(duì)其進(jìn)行重新編號(hào)。 下面對(duì)這些有價(jià)值的地下水水樣進(jìn)行水質(zhì)分析， 主要檢測(cè)指標(biāo)包括：TDS，TOC ，DOC和懸浮顆粒粒徑。

3.1 水中TDS前后含量變化及原因分析

3.1.1 水中TDS前后含量變化分析

TDS是指水中溶解性總固體，在此主要檢測(cè)的離子包括K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-，等， 兩個(gè)水庫(kù)樣品的檢測(cè)結(jié)果如圖3和圖4。

由圖3和圖4可知： ①兩水庫(kù)水的TDS值基本一樣，在960mg/L左右；②與水庫(kù)水相比，兩個(gè)水庫(kù)滲漏補(bǔ)給的地下水樣品TDS值均變大，其中洋河水庫(kù)增值范圍110～150mg/L，石河水庫(kù)增值范圍130～330mg/L。均大于我國(guó)GB5749—2006 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》限值1000mg/L， 可見水庫(kù)補(bǔ)給地下水的TDS超標(biāo)，尤其是石河水庫(kù)。

圖3 洋河水庫(kù)各采樣點(diǎn)地下水TDS值

圖4 石河水庫(kù)各采樣點(diǎn)地下水TDS值

3.1.2 TDS含量變化原因分析

為了解兩水庫(kù)水補(bǔ)給地下水前后TDS具體變化情況，在此分別對(duì)樣品進(jìn)行水化學(xué)組分進(jìn)行測(cè)定，具體結(jié)果如下：

（1）洋河水庫(kù)水主要陽離子為Na+，主要陰離子為；地下水樣品主要陽離子為Ca2+，主要陰離子為，其他離子沒有較大變化。分析原因：洋河水庫(kù)庫(kù)底存在相當(dāng)面積砂巖地層， 水庫(kù)水在補(bǔ)給地下水過程中與砂巖發(fā)生了溶濾作用， 使砂巖中部分可溶性組分進(jìn)入水流使TDS值增大，但由于溶濾作用發(fā)生緩慢，所以TDS增大相對(duì)較小。

（2）石河水庫(kù)水主要陽離子為Na+，主要陰離子為；地下水樣品主要陽離子為Mg2+，主要陰離子為，其他離子沒有較大變化。分析原因：石河水庫(kù)庫(kù)底巖性主要為壤土、淤泥質(zhì)黏土等，這類土質(zhì)中大量CO2和可溶性鹽類， 且反應(yīng)速度遠(yuǎn)大于砂巖地層，因此石河水庫(kù)補(bǔ)給的地下水TDS偏高。

3.2 水中TOC含量變化及原因分析

3.2.1 水中TOC前后含量變化分析

TOC是指總有機(jī)物含量， 也是水質(zhì)評(píng)價(jià)最為重要的指標(biāo)之一。 本項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)水庫(kù)樣品的檢測(cè)結(jié)果如圖5和圖6。

由圖5和圖6可知：①兩水庫(kù)水的TOC值基本一致，在10.0～10.5mg/L，遠(yuǎn)大于我國(guó)GB/T5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》限值5mg/L；②與水庫(kù)水相比，地下水樣品的TOC值顯著減小，均小于3.5mg/L，符合飲用水TOC標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 洋河水庫(kù)各采樣點(diǎn)地下水TOC值

圖6 石河水庫(kù)各采樣點(diǎn)地下水TOC值

3.2.2 TOC含量變化原因分析

兩水庫(kù)地下水相對(duì)于水庫(kù)水TOC值均減小，主要原因是水庫(kù)水經(jīng)過砂巖和黏土層時(shí)，水中的一部分有機(jī)物會(huì)被吸附，起到了凈化過濾作用，這一過程也是地下水質(zhì)的重要保證，為促進(jìn)地下水補(bǔ)給提供了重要依據(jù)。

4 結(jié)語

通過對(duì)水體取樣及水質(zhì)分析可知： 洋河水庫(kù)和石河水庫(kù)滲漏補(bǔ)給的地下水TDS值偏大，技術(shù)人員將水煮開后測(cè)定，TDS結(jié)果完全滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)； 地下水的TOC值符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)， 總體而言水庫(kù)水轉(zhuǎn)化為地下水后水質(zhì)得到了極大改善， 基本滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，有條件地區(qū)可經(jīng)過自來水廠簡(jiǎn)單處理。本項(xiàng)目研究結(jié)果對(duì)秦皇島地區(qū)實(shí)行人為促進(jìn)地表水補(bǔ)給地下水方案具有重要參考價(jià)值。