田景榮,王士國(guó),武 恒,樊勇軍
(天津市地質(zhì)工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300191)
天津市屬于典型的水資源匱乏而開采地下水的特大城市。近些年,隨著天津市城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,地下水開采量的逐年增加,超采尤為明顯,而超采區(qū)以西青區(qū)和武清區(qū)等尤為明顯。因此,通過(guò)綜合分析西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)地下水垂向水質(zhì)變化規(guī)律,探尋本地區(qū)咸淡水的分布界線和水質(zhì)較好的含水層位,為進(jìn)一步優(yōu)化開發(fā)利用地下水資源提出指導(dǎo)性建議。
表1 天津市平原區(qū)沉積地層時(shí)代及巖性
研究區(qū)位于天津市平原區(qū)南部,地層主要包括新近紀(jì)上新統(tǒng)和第四紀(jì)地層,自下而上依次為上新統(tǒng)(N2)明化鎮(zhèn)組、下更新統(tǒng)(Qp1)楊柳青組、中更新統(tǒng)(Qp2)佟樓組、上更新統(tǒng)(Qp3)塘沽組、全新統(tǒng)(Qh)天津組。根據(jù)現(xiàn)有研究成果,第Ⅰ含水組底界埋深60~90 m,其埋深大致相當(dāng)于上更新統(tǒng)地層底界;第Ⅱ含水組底界埋深160~220 m,其埋深大致相當(dāng)于中更新統(tǒng)底界;第Ⅲ含水組底界埋深260~340 m,其埋深大致位于楊柳青組;第Ⅳ含水組底界埋深360~430 m,其埋深大致相當(dāng)于明化鎮(zhèn)組的頂部;第Ⅴ含水組底界埋深一般在500~550 m左右,為上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組(王家兵等,2006)。天津市平原區(qū)沉積地層年代及巖性情況見表1。
受不同地質(zhì)歷史時(shí)期沉積環(huán)境、古氣候和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制,研究區(qū)松散含水層在垂向形態(tài)分布、富水性、循環(huán)交替強(qiáng)度和水文地球化學(xué)等水文地質(zhì)特征存在著差異,因此,以第四系時(shí)代分層和沉積物巖性特征為基礎(chǔ),以水文地質(zhì)條件為依據(jù),以地下水開發(fā)利用為目的,根據(jù)將松散含水巖系進(jìn)行了含水組的劃分,自上而下劃分為5個(gè)含水組,其中前3個(gè)屬于第四系,后2個(gè)屬于新近系上段(楊吉龍等,2014),各含水組底板埋深含水層巖性等情況見表2。
本次研究于2021年12月16日采集了地下水樣品,共采集西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以淺的不同含水層的地下水樣品8組,地下水樣品采樣深度及層位見表3。本次測(cè)試委托國(guó)土資源部天津礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心(天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試中心)對(duì)8組地下水樣品進(jìn)行了水質(zhì)簡(jiǎn)分析,測(cè)試方法采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)推薦分析方法。
分析結(jié)果顯示,本研究區(qū)各地下水含水組陽(yáng)離子Na+含量最高,占陽(yáng)離子總量的70%以上,其次依次為Mg2+、Ca2+、K+;從各陽(yáng)離子垂向分布來(lái)看,各離子濃度由上向下總體呈逐漸減小趨勢(shì)。地下水樣品各離子濃度見表4和圖1。
表2 天津市平原區(qū)地下水含水組劃分
各含水組中地下水陰離子種類基本一致,以Cl-、SO42-為主,HCO3-次之;Cl-含量占陰離子總含量的45%以上,其中第Ⅰ含水組含量最大,達(dá)73%;SO42-含量占陰離子總含量的5%以上,其中第Ⅱ含水組含量最大,達(dá)33%。
本次以地下水礦化度≤1.0 g/L劃分為飲用水,以礦化度≤1.7 g/L劃分為灌溉用水,對(duì)本研究區(qū)地下水可開采和可使用情況進(jìn)行分析可知,本研究區(qū)第Ⅱ含水組下段、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水組地下水礦化度較低,分別為0.903 g/L、1.14 g/L、0.597 g/L、0.724 g/L,均可作為飲用水開采使用,也可作為灌溉用水開采使用。
表3 地下水監(jiān)測(cè)井采樣情況
地下水化學(xué)類型不僅可以簡(jiǎn)潔反映地下水主要離子成分相對(duì)含量,還可以在一定程度上解釋水文地質(zhì)條件和水流系統(tǒng)演化情況。本次采用舒卡列夫分類法將地下水中七種主要離子的相對(duì)含量進(jìn)行組合,以離子含量≥25%的離子參與組合。
通過(guò)對(duì)研究區(qū)各含水組水化學(xué)組分的計(jì)算獲得了各含水組水化學(xué)類型:第Ⅰ含水組上部含水層地下水為Cl-Na型水,第Ⅰ含水組下部含水層地下水為Cl-Na·Mg型水;第Ⅱ含水組上部含水層水為Cl·SO4-Na型水,第Ⅱ含水組下部含水層水為Cl-Na型水;第Ⅲ含水組地下水為Cl-Na型水;第Ⅳ含水組地下水為HCO3·Cl-Na型水;第Ⅴ含水組地下水為Cl-Na型水。
圖1 各含水層離子濃度變化趨勢(shì)圖
表4 各地下水樣品離子濃度 mg/L
通過(guò)對(duì)研究區(qū)各含水組地下水中主要離子濃度與深度變化的分析可知:(1)第Ⅰ含水組主要陰離子為Cl-、SO42-和HCO3-離子;(2)第Ⅱ含水組上部含水層受第Ⅰ含水組影響,離子濃度較第Ⅱ含水組下部含水層明顯偏高,礦化度較高;(3)第Ⅱ含水組下部含水層和第Ⅲ含水組地下水均為Cl-Na型水,與第Ⅱ含水組上部含水層地下水類型存在明顯差異,表明第Ⅱ含水組上部含水層受到了第Ⅰ含水組的影響較為明顯。
分析可知,第Ⅱ含水組上部含水層受氣象活動(dòng)、人類活動(dòng)等因素影響,離子濃度明顯較高,礦化度較高;第Ⅱ含水組下部含水層及第Ⅲ含水組、第Ⅳ含水組、第Ⅴ含水組受人類活動(dòng)影響較小,補(bǔ)徑排等水文地質(zhì)條件相對(duì)穩(wěn)定,側(cè)向徑流作用平穩(wěn),與上部垂向水循環(huán)作用較弱。
根據(jù)王蘭化等人研究,天津市地區(qū)地下水由北部山區(qū)全淡水區(qū)向南部逐漸變?yōu)橛邢趟畢^(qū),咸水底界埋深由北部小于40 m向東南大港地區(qū)逐漸變?yōu)?60~200 m,且咸水含水層逐漸增厚,其中本研究區(qū)咸水底界埋深在120 m左右;第Ⅱ含水組承壓水水位埋深由北部寶坻地區(qū)0 m向東南部逐漸變深至埋深70~80 m,其中本研究區(qū)水位埋深30~40 m。
為準(zhǔn)確了解本區(qū)域地下水咸淡水分界的埋深,通過(guò)對(duì)各含水組埋深、含水組巖性和地下水化學(xué)特征進(jìn)行了分析,獲得該地區(qū)在第Ⅰ含水組礦化度高達(dá)17.676 g/L,在第Ⅱ含水組上部含水層112.4~124.4 m處礦化度為6.773 g/L,礦化度總體隨埋深增加呈遞減趨勢(shì),在第Ⅱ含水組下部含水層175.8~207.4 m處礦化度為0.903 g/L,水質(zhì)較好,此外該含水層較厚,是良好的儲(chǔ)水含水層,可作為灌溉用水和工業(yè)用水開采使用。通過(guò)對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)資料的收集,結(jié)合本次監(jiān)測(cè)井的含水組地層、地下水水位等分析,本研究區(qū)第Ⅱ含水組下部含水層水位埋深為35.7 m,咸水底界埋深位于124 m左右,與區(qū)域水文地質(zhì)情況基本一致。
(1)本文通過(guò)對(duì)天津市西青區(qū)王穩(wěn)莊地區(qū)590 m以上地層的研究,結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料,掌握了本研究區(qū)較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)條件、地層分布情況、各含水組含水層分布情況,為本區(qū)域地下水開發(fā)利用提供了依據(jù)。
(2)通過(guò)對(duì)各含水組地下水采樣分析,取得了本區(qū)域不同含水組的地下水化學(xué)特征及其在垂向上變化規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上確定了本研究區(qū)咸淡水界面。