洛陽斷陷盆地淺層孔隙地下水環境演化特征

王現國 狄艷松 李揚

摘 要：洛陽斷陷盆地內河流沖積平原區淺層孔隙地下水的化學成分含量逐漸增大，地下水水質變差。針對平原區淺層孔隙地下水水化學環境變化趨勢，基于大量水化學分析數據，從含水層巖性，地下水補給、徑流、排泄以及人類活動等方面對其進行了分析研究，結果表明：包氣帶巖層對各種污染物（NO-3除外）的凈化能力大于90%，包氣帶介質層對重金屬有很強的凈化能力，而對Cl-凈化能力較弱;研究區河流對淺層地下水環境演化的控制作用主要表現在河水稀釋（總硬度減小）以及水質污染（NH+4含量增大）。

關鍵詞：地下水;水質;水化學特征;環境演化

中圖分類號：TV211.1+2 ? 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.016

Abstract：In order to find out the changing tendency of chemical environment of the shallow pore ground water in the target area， based on the masses of experiments and monitoring data， the paper analyzed and studied controlling factors such as lithology of aquifers， ground water replenishment， runoff， discharge and human activities. The results show that 90 percent of variety of pollutants （except NO-3）can be purified by lithology of the riverbed of Luohe River. The aeration zone is quite good in purifying heavy metals， while it is weaker in purifying Cl-. Rivers within in the studied area control the evolution of shallow ground water mainly by dilution of water and water contamination.

Key words： ground water; water quality; hydrochemical characteristics; environmental evolution

洛陽斷陷盆地河流沖積平原區地勢平坦，地面高程為130～150 m[1]。隨著城鎮工業、農業等人類活動的不斷發展，淺層孔隙地下水的化學成分含量逐漸增大，地下水水質變差[2]，因此根據多年來水化學分析測試資料，研究淺層地下水水化學場演化特征，以期為洛陽斷陷盆地內河流沖積平原區科學保護地下水資源提供依據。

1 地下水水化學特征

研究區內淺層地下水一般無色、透明、無嗅、無味，平均礦化度為0.5 g/L，pH值為7.46，硬度一般為321.4 mg/L（CaCO3），最大可達527.2 mg/L（CaCO3），地下水典型化學成分有Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-等[3]，見表1。根據2003年及2020年地下水水質資料對比分析，2003年地下水類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型為主，分布在伊河與洛河河間地塊等地;其次為HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Na·Mg型水，主要分布在邙山、白馬寺一帶;HCO3·SO4-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg型水主要分布在曹屯、棉織廠、五女冢、春都集團一帶;HCO3·Cl-Ca、HCO3·Cl-Ca·Mg、HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca·N·Mg型水呈零星分布[4]。

淺層孔隙水因人工大量開采導致地下水化學場發生了較大變化，使地下水化學成分和類型復雜化，其空間分布也發生了很大變化[5]。地下水NO-3含量最高達66.15 mg/L，TDS含量大于1 994 mg/L，SO2-4含量高達518.66 mg/L，NH+4含量高達1.92 mg/L。地下水中出現了大量NH+4、NO-3、NO-2、SO2-4等超標點;地下水中各離子含量升高，導致總硬度、TDS升高;在局部地段地下水中已有Cr6+有害物質檢出;地下水開采降落漏斗區地下水化學環境退化速率明顯快于非降落漏斗區。淺層地下水化學成分含量呈不同程度增大趨勢。

2 淺層孔隙水水化學環境演化特征

淺層地下水中常量化學組分、NO-3、TDS、總硬度迅速升高是地下水化學環境退化的主要標志。地下水化學環境主要受水文地質條件（地層巖性以及地下水補給、徑流、排泄條件等）和人類活動等因素影響[5]。

2.1 包氣帶對地下水水化學環境演化的控制和影響

包氣帶巖性結構特征直接影響淺層地下水污染速度和程度。根據研究區包氣帶巖層凈化試驗結果（見圖1～圖3），河床包氣帶巖性以砂礫石為主，普遍夾有多層、薄層狀黏性土和泥質粉細砂層。在河岸邊垂直滲漏段打井取河水下滲后經過包氣帶巖層凈化的地下水與河流水進行水質對比分析，包氣帶巖層凈化能力均在90%以上。在pH值大于7的條件下，包氣帶巖層對重金屬Cu2+有很強的凈化能力，凈化率達到100%，對NH+4、NO-2的凈化率達到95%，對Cl-凈化能力較弱，但是NO-3的含量有所升高，這是水下滲過程中硝化反應的結果。天然介質層黏性土吸附降解能力大于砂性土的降解能力。

2.2 河流補給對地下水水化學環境演化的影響

河流是研究區淺層地下水的主要補給來源之一，河水對傍河水源地的補給量可達80%，水化學環境演化與河流水文特征變化密切相關。淺層地下水的總硬度與河水流量成負相關關系，河流流量對地下水總硬度的影響主要表現在，河流流量大時對岸邊地下水的入滲補給量大，地下水總硬度逐漸降低，豐水年地下水總硬度與枯水年地下水總硬度相比偏低，見圖4。