德阳市旌阳区地下水动态与水化学特征分析

张 敏，吴 勇，高东东，尹 恒，王 鸿

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

地下水动态是指在与环境相互作用下，含水层各要素(水温、水位、水化学成分等随时间的变化过程［1］。地下水动态常表现为昼夜的、季节的及多年的周期性变化［2］。它反映了地下水系统的形成和变化规律，是地下水系统外界影响因素的反映，是了解人类活动对地下水系统影响程度、变化趋势和变化幅度的一个重要手段。研究地下水变化规律是系统管理地下水，制定盆地开发计划以及保护生态环境的重要依据［3］。地下水动态变化是在各种影响因素下共同形成的，影响因素自身的变化导致地下水动态往往表现出复杂的非线性过程，需要通过对动态监测来掌握［4］。旌阳区是四川省十强县之一，经济发展迅速，同时也是全国330个严重缺水城市之一，地下水作为区内主要的工业、市政、居民生活用水［5－6］。研究地下水的水位、水质动态特征，为掌握地下水基本情况，有效的控制当地地下水的开采、保障城乡供水安全等具有重要意义。

1 研究区自然地理与水文地质条件

1.1 自然地理概况

旌阳区位于成都平原北部边缘，面积648 km2。研究区大致以绵远河为界，以西为平原区，海拔460～561 m;以东为丘陵低山区，丘陵区山峦起伏，多呈环状或脉状，海拔高度457～764 m。地层分布按所处地貌单元不同而异，平原区主要出露第四纪地层，丘陵区主要出露地层为白垩系。本区属四川盆地亚热带湿润季风气候区，气候温和，降水充沛。

由1993—2012年20年的降水量变化过程图(图1)可以看出，旌阳区降水量年际变化明显，近20 a平均降水量793.8 mm，2007年之前降水量总体较年均降水量低，2007年以后降水量比年均降水量高。2001年降水量最高，达到1 200 mm。同时研究区降水量时间性分布不均，统计20 a间的月平均降水量，年内最大降水量在6、7、8、9月，这四个月可占到年均降水量的73%。

1.2 水文地质条件

平原区地下水类型主要以第四系松散岩类孔隙水和白垩系红层砂泥岩类裂隙水为主，前者主要分布在平原区第四系砂砾卵石层中，后者主要分布在第四系之下白垩系红层基岩浅部孔隙－裂隙之中。丘陵低山区主要有红层碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙水两个大类，以前者为主，分布最广，并可进一步分为风化带孔隙裂隙水和风化带裂隙水两个亚类。平原区地下水补给形式主要有降水、渠水、农灌水的入渗补给和来自西北方向的地下径流，孔隙水由西北－东南方向流动，主要通过地下径流、人工开采、河渠、蒸发和泉眼等排泄。丘陵区砂泥岩类孔隙－裂隙水主要受大气降水、水渠水、灌溉水及水库入渗补给，地下水在山顶、山坡部位入渗补给，由坡顶向坡脚运移，最后以泉和渗流形式向低洼沟谷排泄。

图1 旌阳区近20 a降水量变化过程图

2 地下水动态特征分析

2.1 地下水水位动态特征

地下水位的动态变化取决于地下水的补给和消耗两方面因素［7］。通过对研究区长期的水位动态观测资料分析，结合具体的补给、排泄条件，以及所处的空间位置，特别是地貌，将研究区地下水动态类型划分为3种:河漫滩、I级阶地近河地段的河水型或河水—开采型、城市地下水集中开采区的径流—开采型和II级阶地广大地区的农灌入渗—径流、开采(季节性)型［8］。

由旌阳区多年平均水位与降雨量动态曲线(图2)可以看出:2001—2008年平均水位有上升趋势，2001年降雨量为2001—2008年降雨量最高，故2001年较2002年平均水位高，到2003年继续上升，说明降雨对地下水位有一定的影响，2001年水位低于2003年，是由于监测孔多数在绵远河周围，而绵远河自修建水闸后，增加了河流对地下水的补给量，说明降雨对地下水位的影响小于拦河水闸对地下水位的影响，拦河水闸提高了河水水位，增加了河流对地下水的补给量。

2.2 研究区水质动态变化

通过2001—2009年的水质资料统计分析，并结合1996—2000年资料，对研究区地下水水化学特征进行对比分析［9］。2001—2009年地下水总硬度年均值 361.99～472.32 mg/L，最大值 470.4～660.6 mg/L;1996—2000 年总硬度年均值 424.75 ～455.74 mg/L，最大值 513.00 ～663.1 mg/L。总硬度大的井比较固定，W4447(德阳市旗阳乡石桥村拱桥)和ZK10(德阳市孝感乡联合村四组)的总硬度一直是两区段较大井点。由2001—2009年总溶解性固体(TDS)年均值459.81 ～ 785.06 mg/L，最 大 值 628.9 ～ 1217.4 mg/L，1996—2000年均值 703.12～745.62 mg/L，最大值 935.0～1062.0 mg/L，与 91—95 年的 493.16 ～713.55 mg/L 相比，明显呈上升势态。由图3、图4可以看出，自2001以来，无论枯期丰期，年平均总硬度和 TDS均呈下降趋势，其原因可能是:(1)2001年以来绵远河连续增加了黄河路闸、珠江路闸及柳梢堰闸三道闸门，大大增加了河水对地下水的补给量;(2)近年来德阳市的降水量有逐年增加趋势，降雨补给增加;(3)德阳市为防止地下水超采采取的关闭自备水厂等措施。

图2 旌阳区多年平均水位与降雨量动态曲线图

图3 旌阳区枯期(3月)TDS、总硬度动态曲线图

图4 旌阳区丰期(8月)TDS、总硬度动态曲线图

2001—2009年钾钠离子含量年均值 13.28～51.90 mg/L，最大值 50.4～170.0 mg/L;1996—2000年钾钠离子含量年均值 13.53 ～17.52 mg/L，最大值 33.1 ～51.6 mg/L。2001—2009年氯离子含量 28.96～41.59 mg/L，最大值 61.7～130.2 mg/L;1996—2000 年氯离子含量 27.51 ～33.08 mg/L，最大值 76.23～131.9 mg/L。2001—2009年钙镁离子含量年均值分别为 93.26～136.53 mg/L和 28.70～34.53 mg/L，最大值分别为133.3 ～210.4 mg/L 和36.5 ～46.2 mg/L;1996—2000年钙镁离子含量年均值分别为 118.53～127.92 mg/L 和 30.80 ～32.96 mg/L，最大值分别为 158.3 ～206.4 mg/L和 36.48～43.78 mg/L。与之对应，2001—2009年重碳酸根离子年均值 283.49～446.64 mg/L，最大值为408.8～504.6 mg/L;1996—2000年重碳酸根离子年均值382.28 ～ 400.60 mg/L，最大值为 451.5 ～ 457.9 mg/L;2001—2009年硫酸根离子含量年均值 83.46～158.32 mg/L，最大值 144.0～256.0 mg/L;1996—2000 年硫酸根离子含量年均值 88.43 ～114.18 mg/L，最大值 152.4 ～258.0 mg/L。

由旌阳区2001—2009年地下水中主要离子动态曲线(图5、图6)可以看出:枯期和丰期几大主要离子变化特征相似，呈下降趋势，K++Na+、Ca2+、Mg2+、SO42－、Cl－均保持稳定。

图5 旌阳区枯期(3月)主要离子动态曲线图

图6 旌阳区丰期(8月)主要离子动态曲线图

硝态氮(NO3－－N)是地下水主要的污染物之一，世界卫生组织规定地下水的饮用标准为－N质量浓度≤10 mg/L［10］。区内地下水主要污染物－N动态特征如图7所示:2001—2009年硝酸根离子含量年均值 2.47～17.92 mg/L。取典型监测孔5106023106(德阳市机械工业学校)，分析其特征如图8所示，监测孔2001—2008年硝酸根离子含量为3.88～30.90 mg/L。比较单个典型监测孔与旌阳区各个监测孔年均值，可以看出:丰期和枯期硝酸根离子含量无明显特征，差异不大;2001—2005年硝酸根离子含量变化幅度不大，2005年后剧烈上升，2006年硝酸根离子含量最高，2006—2009年已超过饮用水标准。

3 研究区地下水化学特征

2012年对旌阳区26个水样的调查分析，得出研究区水化学特征为:无色、无味、无嗅，透明，现场测试 pH值6.0～7.0，实验室测试 pH值6.89～7.89;溶解性总固体均小于 1 g/L，总硬度在 207.7 ～560.23 mg/L，属于低矿化度淡水;现场监测水温 14℃ ～18℃。地下水化学类型为 HCO3－Ca、HCO3－ Ca·Mg、HCO3·SO4－ Ca·Mg、HCO3－ Na·Ca、HCO3·SO4－Na·Ca、HCO3－Na六种类型，以 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－ Ca·Mg为主，三种地下水类型占到水样总数的84.61%。HCO3－Ca·Mg型水主要你分布在平原区大部分地区;HCO3－Ca型水分布在丘陵区的大部分地区，HCO3·SO4－Ca·Mg分布在孝感镇 －东湖乡 －八角井镇北部等工业发达一带。

图7 旌阳区地下水年平均含量曲线图

本次地下水水质评价采用的技术标准为国家标准GB/T14848－93《地下水质量标准》，并将其 III类水标准值的上限值确定为地下水水质控制标准。旌阳区地下水化学指标未超标项目有 pH值、TDS、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、NH4+、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cu、Cr6+，超标项目有总硬度、Mn、TFe和氟化物;其中总硬度、Mn、TFe超标水样分别占到水样数的 30.77%，19.23%，30.77%。超标水样最多的是城北街道办7组和天元镇王谊村8组水样，旗阳乡五大队水样的 TFe含量严重超标，超标倍数高达100.73。具体超标情况见表1。

图8 监测孔(5106023106)含量曲线图

4 结语

(3)研究区地下水化学类型以 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－Ca·Mg为主。26个水样中地下水化学超标指标有总硬度、Mn、TFe和氟化物，其中总硬度、Mn、TFe超标水样分别占到水样数的 30.77%，19.23%，30.77%。(1)研究区2001—2008年地下水平均水位有上升趋势。(2)2001以来，枯期和丰期几大主要离子变化特征相似，年平均总硬度和TDS均呈下降趋势，HC呈下降趋势，K++Na+、Ca2+、Mg2+、S

表1 旌阳区地下水化学指标超标项目分析表

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