孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

目前我國(guó)北方很多地區(qū)水資源分布不均衡、水資源短缺、供需矛盾問題愈來(lái)愈嚴(yán)重[1-3]。為了解決供水問題，多地開采地下水作為飲用水源，根據(jù)水利部《全國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每年我國(guó)地下水利用量約占水資源利用總量的17%[4]，因此地下水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響著居民飲用水安全。地下水中各種化學(xué)組分的含量變化以及分布規(guī)律影響著地下水水質(zhì)[5]，但目前針對(duì)大連地區(qū)地下水化學(xué)特征、來(lái)源及形成機(jī)制的研究較少，給當(dāng)?shù)卣块T對(duì)地下水資源的管理與開發(fā)帶來(lái)了一定的盲區(qū)。因此，本文通過(guò)Piper三線圖、吉布斯(Gibbs)模型以及離子比值法等分析手段對(duì)大連地區(qū)地下水水化學(xué)特征以及影響因素進(jìn)行分析研究，為區(qū)域地下水的保護(hù)、管理以及開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

大連地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要由遼寧省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心(大連分中心)提供，該中心根據(jù)《遼寧省國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)(水利部部分)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作通知》開展了大連地區(qū)相關(guān)地下水水質(zhì)采樣與分析工作，數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)陰陽(yáng)離子合理性檢查，相對(duì)誤差在±10%以內(nèi)，可以用于研究[6]。樣品陽(yáng)離子主要通過(guò)原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，陰離子主要通過(guò)離子色譜儀進(jìn)行分析測(cè)定，碳酸鹽、重碳酸鹽以及總硬度通過(guò)傳統(tǒng)酸堿滴定法進(jìn)行分析測(cè)定。利用舒卡列夫分類法和Piper三線圖對(duì)大連地區(qū)地下水化學(xué)分布特征進(jìn)行分析，運(yùn)用Person相關(guān)性、吉布斯(Gibbs)圖以及離子比值法對(duì)水化學(xué)形成機(jī)制進(jìn)行分析討論。

2 地下水化學(xué)類型分析

2.1 地下水舒卡列夫評(píng)價(jià)

2.2 地下水Piper三線圖

圖1 大連地區(qū)地下水化學(xué)組成Piper三線圖

3 地下水化學(xué)形成機(jī)制分析

3.1 Person相關(guān)性分析

地下水化學(xué)組成因受到不同水化學(xué)過(guò)程的影響，使各組分間關(guān)系存在一定的差異性，通過(guò)Person相關(guān)性分析可判斷各組分來(lái)源的一致性、差異性及其同源性[8]，大連地區(qū)地下水化學(xué)相關(guān)性分析結(jié)果見表1。

表1 大連地區(qū)地下水化學(xué)組成Person相關(guān)性分析

3.2 吉布斯(Gibbs)圖成因分析

圖2 大連地區(qū)地下水吉布斯(Gibbs)圖

由圖2(a)可知，樣品點(diǎn)幾乎都分布在中部的巖石風(fēng)化區(qū)域，極個(gè)別點(diǎn)向蒸發(fā)-結(jié)晶區(qū)域偏移，說(shuō)明大連地區(qū)陽(yáng)離子水化學(xué)組成受巖石風(fēng)化作用影響很大，由于長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化作用使得 Ca2+通過(guò)溶濾作用進(jìn)入地下水中，導(dǎo)致地下水的ρNa+/(Na++Ca2+)比值較低，而溶解性總固體(TDS)值中等，水樣點(diǎn)落在吉布斯圖的中間區(qū)域，間接印證了水化學(xué)類型分析時(shí)得出的優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子為碳酸巖風(fēng)化產(chǎn)物結(jié)論。

3.3 離子比值分析

離子比值法可以更深層次地判斷地下水水化學(xué)組分的控制與成因，大連地區(qū)地下水離子比值見圖3。

圖3 大連地區(qū)地下水化學(xué)組成離子比值

由圖3(a)可知，絕大多數(shù)樣品點(diǎn)位于石鹽溶解線(1 ∶1等值線)下方，表明地下水主要受含鹽地層溶濾作用影響，如海水入侵對(duì)地下水中Na+與Cl-的貢獻(xiàn)較大；個(gè)別樣品點(diǎn)位于石鹽溶解線上方，說(shuō)明存在少量巖鹽溶解作用影響。

大連地區(qū)近年來(lái)一直受海水入侵的影響，正常海水中，土壤顆粒表面的負(fù)電荷主要是與Na+達(dá)到飽和，地下水化學(xué)類型主要為氯鈉型水。而在地下淡水中，土壤顆粒表面的負(fù)電荷主要是與Ca2+和Mg2+達(dá)到飽和，地下水化學(xué)類型主要為重碳酸根型水。當(dāng)發(fā)生海水入侵時(shí)，海水與地下淡水混合，巖土顆粒表面吸附的Ca2+和Mg2+被海水中的Na+所取代，即發(fā)生了陽(yáng)離子交換作用[11]。由圖3(d)可以看出，這兩個(gè)參數(shù)之間表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性，回歸方程為y=-1.05x+1.77(R2=0.818) ，其擬合線的斜率為-1.05，表明大連地區(qū)地下水發(fā)生了陽(yáng)離子交換作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

沿海地區(qū)地下水易受海水入侵作用的影響，因此要注意控制和調(diào)整地下水開采程度，加強(qiáng)宣傳教育，提高公眾地下水保護(hù)意識(shí)，合理配置地表水和地下水，充分發(fā)揮地表水和地下水的相互補(bǔ)償作用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善地下水資源管理制度，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和規(guī)劃進(jìn)行打井取水的審批流程。