四川茂縣牟托淺層地下水水文地球化學(xué)特征初步分析

高海博，李芍穎，高 鵬，牛 科，李宗旺

（1.山西華冶勘測(cè)工程技術(shù)有限公司，山西 太原030001；2.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安710054）

1 引言

龍門山斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造及地下水系統(tǒng)復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。“5·12”汶川地震導(dǎo)致該區(qū)域原有地表結(jié)構(gòu)、表層巖土水力性質(zhì)、含水層結(jié)構(gòu)及地表植被覆蓋狀況均發(fā)生顯著變化，這不僅會(huì)改變“降水-產(chǎn)流”規(guī)律和表層巖土降水的入滲機(jī)制，而且可能導(dǎo)致“區(qū)域地表水-地下水”系統(tǒng)平衡場(chǎng)和水循環(huán)規(guī)律發(fā)生較大改變，對(duì)水循環(huán)體系和依賴該體系的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可忽視的影響。因此開展“5·12”汶川地震對(duì)淺層地下水的影響及其與地下水生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的研究，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)重建及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)等具有重要意義。

2 研究區(qū)概況

茂縣南新鎮(zhèn)牟托村是受汶川地震影響較大的一個(gè)區(qū)域，位于汶川縣正北5 km 的岷江河右岸，水資源豐富（牟托溝、水磨溝），集水面積68.05 km2，河道長18.58 km，最枯流量0.312 9 m3/s，多年平均流量0.84 m3/s。村內(nèi)有一大的沖溝，局部寬約15 m，流經(jīng)距離較長，沿途經(jīng)多處泉水補(bǔ)給后最終匯入岷江。

牟托村地下水的補(bǔ)給形式為側(cè)向和垂向兩種補(bǔ)給。側(cè)向補(bǔ)給是由山區(qū)地下水徑流通過河床砂礫石層和周邊基巖裂隙水直接補(bǔ)給地下水，垂向補(bǔ)給主要包括大氣降水、農(nóng)灌水、河渠水等入滲補(bǔ)給，前者為主要補(bǔ)給形式。

牟托村階地地下水的流向受地面坡降的控制，主要由西北向東南運(yùn)動(dòng)，后排泄到岷江。階地內(nèi)堆積物地下水徑流條件好，但該區(qū)位于早期的泥石流扇之上，導(dǎo)水性不是很好，而河流沉積物與洪積物多含泥沙，導(dǎo)水性亦是不佳，因此可以在上層松散土壤與下層堆積物之間產(chǎn)生導(dǎo)水通道，形成排泄。該地區(qū)的多數(shù)泉水便是此類成因。

3 水文地球化學(xué)特征分析

對(duì)“5·12”大地震震后牟托村具有代表性的水源點(diǎn)進(jìn)行取樣，共16 個(gè)樣品，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定了pH 值、溫度，并進(jìn)行特征描述，并將全部水樣送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水化學(xué)分析，得到各水樣中CO2、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、K+及Na+離子的含量，如圖1 所示。該區(qū)地下水的整體特征：總礦化度大都小于1 g/L，屬淡水，pH 值在7.33～8.08 之間，總體上呈弱堿性。

圖1 各水樣中多種離子的含量

3.1 地下水宏量組分析

地下水的化學(xué)組分在很大程度上決定了地下水的物理和化學(xué)特征。這些離子的相對(duì)和絕對(duì)含量隨水文地質(zhì)條件或其他外界環(huán)境的變化而變化，從而使地下水形成各種不同的水質(zhì)特征。由水化學(xué)分析得出以下幾個(gè)結(jié)果：①研究區(qū)地下水的水化學(xué)組分及水化學(xué)類型較為單一，16 個(gè)水樣中，有13 個(gè)為HCO3-SO4-Ca-Mg 型水，占總數(shù)的81.3%，礦化度范圍為166.55～332.86 mg/L，pH 范圍為7.33～8.08。其中，沖溝匯入岷江部位及其上下游區(qū)為HCO3-Ca-Mg 型水，而沖溝、村內(nèi)泉水為HCO3-SO4-Ca-Mg 型水。②在陽離子中，K++Na+和Mg2+的含量相對(duì)較低，K++Na+為4.69～15.86 mg/L，Mg2+為12.02～21.79 mg/L，Ca2+為39.13～69.69 mg/L。圖2為Ca2+隨礦化度變化趨勢(shì)圖，從圖2 中可以看出，Ca2+濃度隨礦化度的增加呈明顯線性升高趨勢(shì)，說明Ca2+是控制礦化度高低的主要元素。③在陰離子中，Cl-含量相對(duì)較低，為0.83～3.24 mg/L；SO42-含量變化較大，為25.12～130.36 mg/L不等；CO2與CO32-不共存，且含量都較小；HCO3-含量普遍較高，為132.67～204.59 mg/L。圖3 為HCO3-隨礦化度變化趨勢(shì)圖，從圖3 中可以看出，HCO3-濃度隨礦化度的增加呈明顯線性升高趨勢(shì)，說明HCO3-也是控制礦化度高低的主要元素。研究區(qū)的地下水含有一定量的SO42-，其來源一是降水，二是水與當(dāng)?shù)氐膸r石通過溶濾作用產(chǎn)生。

圖2 Ca2+隨礦化度變化趨勢(shì)圖（單位：mg/L）

圖3 HCO3-隨礦化度變化趨勢(shì)圖（單位：mg/L）

3.2 水化學(xué)三線圖

從圖4 的研究區(qū)的水化學(xué)三線圖可以看出，水樣均集中在一個(gè)小范圍內(nèi)，水中離子質(zhì)量濃度變化規(guī)律不明顯，各個(gè)水樣在三線圖上的位置相距很近，反映出各個(gè)水樣基本具有相同的水化學(xué)類型。說明該區(qū)地下水在運(yùn)移過程中具有基本相似的成分。

由圖4 可見，該研究區(qū)可分為9 個(gè)區(qū)，不同分區(qū)內(nèi)的水樣其化學(xué)特性亦不相同。所取的16 件水樣中，均位于1 區(qū)、3 區(qū)和5 區(qū)，可見弱酸根含量大于強(qiáng)酸根含量，堿土金屬含量超過堿金屬的含量，堿酸鹽硬度超過50%，可表明水樣以弱酸及堿土金屬為主要特征。

4 結(jié)論與討論

通過以上的論述，可以總結(jié)出以下結(jié)論：①茂縣牟托村地下水的總礦化度較小，屬淡水，地下水的循環(huán)和徑流狀態(tài)良好。pH 值在7.33～8.08 之間，水樣總體呈弱堿性。地下水的化學(xué)組分較單一。水化學(xué)類型主要為HCO3-SO4-Ca-Mg型水。②該區(qū)的主要水化學(xué)作用有溶濾作用、沉淀作用等。通過分析該區(qū)的水化學(xué)成分影響因素，可知介質(zhì)條件和徑流條件對(duì)水化學(xué)成分影響較大，而且與水化學(xué)作用密切相關(guān)。③研究區(qū)地下水的主要來源為大氣降水補(bǔ)給，其次為灌溉入滲補(bǔ)給。

圖4 研究區(qū)水樣的水化學(xué)三線圖