“关系点图解法”在水化学分类上的尝试性探讨——以酂城矿区浅层地下水水化学特征为例

张连强

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，郑州 450000)

1 评价区水文地质条件

位于豫东平原的东部、永城市境的西南部，地势平坦，西北略高、东南稍低，地面标高33.00～39.20m，属黄淮冲积平原地貌单元[1]。

区内地表水系发育，主要河流有东沙河、浍河、包河等，自西北向东南径流，属淮河水系。河流皆为季节性河流，主要接受大气降水补给，流量随季节性变化大。

1.1 含水层及其富水性

本区浅层地下水埋藏于30.0m以浅，含水层岩性由具有上细下粗的“二元结构”的粉砂、细砂和中细砂组成，间夹薄层粘性土、粉土，属第四系全新统松散岩类孔隙潜水含水段。含水砂层1～3层，累积平均厚度12.84m，单位涌水量1.90～2.17L/(s·m)，富水性强。

1.2 补给、径流、排泄条件

浅层地下水补给来源以大气降水的垂直入渗为主，次为侧向径流、灌溉回渗补给。径流方向由西北向东南近水平迟缓运动。主要排泄途径为垂直蒸发和人工开采，次为侧向径流及越流补给下部含水层，枯水期时短暂补给河流等地表水体。

1.3 动态变化特征

浅层地下水水循环条件良好，交替强烈，地下水动态呈“渗入-蒸发型”，垂向运动为其主要特征。地下水水位年变幅1～4m，雨季水位回升快，9～10月份水位上升到最高，久旱少雨时水位明显下降，5～6月水位为最低[1]。本次实测水位埋深2.28～6.35m，平均4.08m。

2 样品采集及分析成果

2.1 样品采集

酂城煤矿区为我单位承担的省两权价款项目，总面积440km2，区内农用机井密布，井深在25～30m，含水层岩性为第四系全新统的粉砂、细砂。按1∶2.5万比例尺的水文地质调查要求，于2016年11-12月份开展了野外工作，共采集水样161 个，采样点分布基本均匀。由我单位测试中心承担检测。

2.2 水化学成分分析

表1 水化学分析成果统计

2.3 水分析成果的应用

据样品分析结果，对水中阴、阳离子水化学成分含量、毫克当量百分数>25%的样点数及所占比例进行了统计，见表2、表3。

3 水化学特征分类

3.1 舒卡列夫法

表2 水化学成分含量统计

表3 离子含量>25%的样点占比统计

图1 地下水水化学类型及矿化度等值线Figure 1 Groundwater hydrochemical type and water salinity isogram

从图1可以看出，本区浅层地下水的水化学类型以HCO3—Ca·Mg·Na型、HCO3—Ca·Mg型水为主，次为HCO3—Na·Mg型水，局部为HCO3·SO4—Ca·Mg型及HCO3·SO4—Na型水。

3.2 皮帕尔法

图2 Piper三线图Figure 2 Piper trilinear chart

3.3 “关系点图解法”

3.3.1 步骤及界线点

图3 Na离子与各阴离子的关系Figure 3 Relationship between Na ion and anions

图4 Ca离子与各阴离子的关系Figure 4 Relationship between Ca ion and anions

图5 Mg离子与各阴离子的关系Figure 5 Relationship between Mg ion and anions

3.3.2 图示信息解析

3)从“关系点”的分布区间上看： Na+与各阴离子的“关系点”分布区间大，而>25%毫克当量的密集区间则小；Ca2+与各阴离子的“关系点”分布区间为中，>25%毫克当量的“关系点”密集区间亦为中；Mg2+与各阴离子的“关系点”分布区间小，而>25%毫克当量的“关系点”密集区间则大。Na+、Mg2+与各阴离子的“关系点”密集区间大小相反。

4)图表中还显示：>25%毫克当量的Na+、Ca2+、Mg2+与各阴离子的“关系点”公共区间为25～50meq%，Na+、Ca2+与各阴离子的“关系点”公共区间为25～65meq%，Na+与各阴离子的“关系点”独有区间为65～80meq%。

3.3.3 确定分类(或分区)范围

通过上述对图表上“关系点”的数据对比分析及研究，确定“关系点”在三个关系图中的公共或单独区间数值，并以此作为水化学类型分区的范围。可以看出，本区水化学类型主要为HCO3—Ca·Mg·Na型水(25～50meq%)、次为HCO3—Ca·Na型水(50～65meq%)、HCO3—Na型水(65～80meq%)，局部有HCO3·SO4—Mg·Ca型或HCO3·SO4—Na型水。

4 结论

综上所述，埋藏于30.0m以浅的浅层地下水，水位埋深浅、富水性强，水化学类型以HCO3—Ca·Mg·Na型水为主、次为HCO3—Ca·Na型、HCO3—Na型水。

研究表明，用阴阳离子含量的“关系点图解法”进行水化学分类，与其长期沿用分类法进行对比后的结果，总体是一致、可靠的。3个关系图中不仅能直观地表现出阴(或阳)离子含量的分布区间，同时也能直接读取水化学类型。此方法进行水化学分类，尚属尝试性创新，具有图易做、数易读、区易分等特点，可应用于不同地区，不同水体的水化学分类。目前，该分类方法所隐含的水化学特征还有待于进一步解译、探讨与发现。