天津经济开发区北区浅层地下水地球化学特征研究

郝凌霄 朱立 周亚红

Geochemical Characteristics of Shallow Groundwater in the Norhern Area of

Tianjin Economic Development Zone

摘要：本文主要通过溶解性总固体、常量组分以及化学类型、总硬度以及γMg/γCa系数特征的研究对天津经济开发区北区浅层地下水的水文地球化学特征进行研究。研究结果表明其主要的化学类型为Cl-Na·Mg以及Cl·HCO3-Na。

Abstract： This paper mainly studies the hydrogeochemical characteristics of shallow groundwater in the northern area of Tianjin Economic Development Zone through the study of total dissolved solids， major components， chemical types， total hardness and γMg/γCa coefficient characteristics. The results showed that the main chemical types are Cl-Na·Mg and Cl·HCO3-Na.

关键词：天津经济开发区；浅层地下水；水文地球化学；γMg/γCa系数；水化学特征

Key words： Tianjin Economic Development Zone；shallow groundwater；hydrogeochemistry；γMg/γCa coefficient；water chemical characteristics

中图分类号：S273.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0216-02

0 引言

水文地球化学的研究主要是研究地下水中污染组分随着地下水的迁移而迁移，同时与围岩产生吸附、离子交换等生物化学作用。研究某地区的水文地球化学特征是研究该区域地下水资源的基础，是开发利用地下水资源的理论保障[1-2]。

研究区位于天津市汉沽区和塘沽区之间，总面积约83.18km2。研究区北部为汉沽区城区，东南部为渤海湾，蓟运河自北向南从研究区西部穿过，西南部以永定新河为界。研究区西北部为化工区，为多家拟建和正在建设的工厂，面积约5.18km2；中西部为度假村，包括五七村和东风村，面积4.6km2；度假村南面过去为营城水库，现在基本干涸，部分地区已经回填，拟作为建筑用地，面积7.9km2；向西南紧邻营城水库是汉沽污水库，库中存放大量污水，面积3.7km2；蓟运河以西地区为养虾池和养鱼池，总面积14km2；东部除了天津国际游乐港占地4.9km2外，其他地区均为大片盐池，面积42.9km2。研究区濒临渤海，除了降雨和蒸發浓缩影响外，东部浅层地下水化学组分主要受海侵和盐田影响，浅层地下水中含盐量较高，为盐卤水；西部浅层地下水化学组分主要受海侵、蓟运河道和水库侧渗等多种因素的共同影响，含盐量相对较低，为咸水。中部的营城水库和汉沽污水库对浅层地下水化学组分也有明显影响。故研究该区域水文地球化学特征具有一定的实际意义，为该区域水资源的开发利用奠定一定的基础[3]。

1 研究区水文地球化学研究

1.1 溶解性总固体

溶解性总固体（TDS）是指水中溶解组分的总量。本区浅层地下水的TDS总体上较高，变化范围2.34-172g/L，为咸水-卤水。TDS总体上呈现出西低东高的变化规律，最高值出现在东北部的盐场附近，与海水蒸发浓缩有关；最低值出现在五七度假村，推测与生活用水和农田灌溉使用淡水有关。

1.2 常量组分和水化学类型

一般地下水中常量组分有Cl-、SO42-、CO32-、HCO32-、Na+、Ca2+、Mg2+、K+。Cl-和Na+占绝对优势是本区浅层地下水的组分特征，并且Cl-和Na+均与TDS呈现明显正相关（图1），其中Na+占阳离子总量的66-77.5%，Cl-占阴离子总量的56.5-92.5%。

阳离子中Mg2+占第二位，占阳离子总量的15.2-30.2%，其次是Ca2+和K+，Ca2+占阳离子比例变化较大，占阳离子总量的1.5-12.8%，与含盐量多少有关，一般含盐量低的水中Ca2+比例偏高。K+占阳离子比例较小，变化也不大，占阳离子总量的1.0-2.0%之间。

阴离子中SO42-占第二位，占阴离子总量的4.2-24.1%，西部的BQ7和西北部的BQ1两个样品中SO42-比例偏高。HCO3-占阴离子总量的比例一般低于1%，化工区、五七度假村、污水库和营城水库附近浅层地下水含盐量较低，HCO3-占阴离子总量的比例偏高，最高的采样点水样HCO3-占阴离子总量达39.3%。

Cl-Na型水是本区浅层地下水的主要化学类型，只有北部盐场的BQ2和BQ5附近为Cl-Na·Mg型水；五七度NH4+假村附近为Cl·HCO3-Na型水。

1.3 总硬度

硬度反映水中含盐量的特性指标。其值为Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等溶解盐类的含量。天然水的硬度差别很大，雨水的硬度一般很低，靠雨水或融化雪水补给的河流，水硬度都比较低。一般来说，随着含盐量的增加，水硬度也增大。海水的硬度很大，以镁离子为主。国家饮用水卫生标准规定总硬度小于0.45g/L。

本区浅层地下水硬度较高，变化范围大，有从西北向东南逐渐增高的趋势。西北部的化工区、五七度假村、污水库和营城水库附近浅层地下水总硬度低于5g/L，最低（BQ8）硬度为0.5g/L；硬度大于10g/L的高硬度水均分布在盐场附近，本区组成硬度的离子中以镁离子为主。

1.4 γMg/γCa系数特征

γMg/γCa系数是Mg2+和Ca2+毫克当量比值，因为海水中Mg2+总比Ca2+大得多，约为5.5，因此可以用γMg/γCa系数判断海水入侵范围和程度。

本区γMg/γCa系数变化范围为1.56-17.5，有从西向东增大的趋势。西部蓟运河闸以北的河道及污水库附近γMg/γCa系数小于2，表明海侵对浅层地下水影响较小，河道和水库水的側渗对浅层地下水影响较大；东部地区γMg/γCa系数普遍大于10，最高值17.5位于北部盐场，明显高于海水的γMg/γCa系数，表明东部地区除了受海侵影响外，盐场的卤水对浅层地下水侧渗影响也较大。

1.5 中微量组分特征

浅层地下水是与大气降水、地表水有直接补排关系且具有自由水位的潜水和与当地潜水共有一个自由水位的弱承压水。浅层地下水直接通过包气带与大气圈水、地表水发生水力联系，化学组分变化较大。浅层地下水没有隔水顶板，极易受污染。造成地表水污染的各类污染源都可能下渗到浅层地下水中，受污染的地表水成为二次污染源影响浅层地下水的水质。

本区地处海积平原，蓟运河由北向南从本区西部穿过，土地利用方式复杂，盐田、海水养殖、大型污水库、化工区、村庄等给浅层地下水带来不同程度的污染。加之浅层地下水氧化还原条件变化较大，造成本区浅层地下水微量组分成分复杂，规律性不明显。中微量组分的检出情况见表1。

2 结论

①工作区浅层地下水为咸水-盐卤水，溶解性总固体（TDS）、总硬度和Cl-、SO42-、Na+、Mg2+、K+等指标含量高，变化范围也较大。总体上呈现出西低东高的变化规律。

②Cl-Na型水是本区浅层地下水的主要化学类型，只有北部盐场附近为Cl-Na·Mg型水，五七度假村附近为Cl·HCO3-Na型水。

③γMg/γCa系数研究表明，西部地区河道和水库水的侧渗对浅层地下水组分影响较大；东部地区除了受海侵影响外，盐场卤水的侧渗对浅层地下水组分影响也较大。

④本区浅层地下水微量组分成分复杂，规律性不明显。

参考文献：

[1]Reimann C， Banks D. Setting action levels for drinking water： are we protecting our health or our economy （or our backs！）？[J]. Science of the Total Environment， 2004， 332（1-3）：13.

[2]Asghari M A， Fijani E. HYDROGEOLOGICAL AND HYDROCHEMICAL STUDIES OF BASALTIC AND KARSTIC AQUIFERS IN MAKU AREA IN RELATION TO GEOLOGICAL FORMATIONS[J]. 2008.

[3]王大纯.水文地质学基础[M].地质出版社，2002.