江油市规划应急水源地地下水水化学特征分析

韩新强， 谢忠胜， 孙金辉， 熊德清

(1.中国地质科学院探矿工艺研究所,四川 成都 611734； 2.中国地质调查局地质灾害防治技术中心,四川 成都 611734)

地下水是陆地淡水资源的重要组成部分，也是人类饮用和生活用水的主要供给水源。但随着城市发展和人类活动的加剧，地表水最容易受外来物的影响，产生各种程度的污染，因此多地均陆续开展应急水源地的规划和选址工作[1-8]。涪江流域一直是四川省江油市的水源地，近年来也多次发生水体污染事件，对涪江的水质和江油市的居民用水安全有较大的影响，因此为江油市规划和选定应急水源地显得极为紧迫。

通过在拟选定的江油市应急水源地——湔江青莲镇段及其上、下游采取地下水水样进行测试，分析江油市规划应急水源地地下水及其上、下游地下水水化学特征，对该规划应急水源地的评价、建设和管理具有重要意义。

1 研究区概况

根据江油市2012—2030年的城镇规划，青莲镇作为江油市四大城镇之一，在江油市发展中占有重要的位置，江油市的规划应急水源地即选址该地。水源地供水来源主要为湔江流域青莲镇及以上的西屏乡段，流经青莲镇汇入涪江河。且湔江上游无大型化工企业及严重污染水源工厂分布，该水源地距离江油城区约18 km。

1.1 自然地理概况

研究区位置属北亚热带湿润季风气候区，主要特点是气候温和、四季分明、雨量充沛及夏热冬暖等。根据多年的降雨观测资料统计，研究区的年均降雨量约1083.0 mm，在时空上分配不均匀。时间上表现为年际间变化大，年内降雨时间和降雨量集中，年降雨量最大为1824.5 mm，最小为599.4 mm，每年降雨集中在6-9月，其降雨量达到788.2 mm，占全年降雨量的72.8%；空间上表现为年均降雨量从前龙门山区向四川盆地区递减。研究区内降雨具有年降雨丰沛、降雨时间和降雨量集中、短时强降雨量和连续多日强降雨量大等特点。

研究区内地势整体北西高南东低，海拔高程一般在500～2000 m，地形坡度一般为20°～30°，相对高差为50～400 m。根据地貌形态和成因特征，研究区内水源地上游地貌类型属于构造侵蚀溶蚀中山、构造剥蚀低山和构造剥蚀丘陵区；水源地及下游地貌类型属于侵蚀堆积河谷平坝区。

1.2 区域地质背景[9-10]

研究区出露的地层属于扬子地层区，包括龙门山地层分区和四川盆地地层分区，以古生界和中生界地层为主，其次是新生界地层。前龙门山区地层岩性主要为泥盆系和三叠系的碳酸盐岩夹碎屑岩，其次是石炭、二叠系的碳酸盐岩和志留系的碎屑岩，四川盆地地层岩性以中生界侏罗系、白垩系的碎屑岩为主，碳酸盐岩主要分布于水源地上游含增镇以上区域，碎屑岩主要分布水源地及下游的浅丘区；第四系主要为冲洪积层的粉质粘土、粉土及砂砾卵石，主要分布于湔江河谷及两侧河漫滩区域。

研究区大地构造位置处在扬子陆块西缘，水源地上游香泉乡附近有龙门山前缘冲断带斜穿，水源地及下游区域为盆地舒缓褶皱区。

水源地及其下游区域含水岩组为浅部中风化裂隙较发育的砂泥岩互层，含水层厚10～20 m，地下水类型主要为浅层风化带裂隙水。根据水文地质钻孔资料揭示，该区地下水位埋深0.8～9.5 m，单井涌水量一般0.36～4.8 m3/d。水源地上游通口电站至香泉乡区域含水岩组为浅部中风化裂隙较发育的碳酸盐岩，含水层厚15～50 m，地下水类型主要为浅层裂隙岩溶水。根据水文地质钻孔资料揭示，该区地下水位埋深1.3～4.5 m，单井涌水量一般1.2～2.6 m3/d。

2 样品采集与测试分析

2.1 样品的采集

根据水源地所在湔江流域周边场镇的分布，本次水样的采集布设于湔江流域自通口电站以下至青莲场镇段的左右岸附近区域。主要分3个区域采集：(1)水源地上游区域5个，为地下水样；(2)水源地区域9个，为地下水样；(3)水源地下游区域1个，为地下水样；合计采集15个地下水样，水样编号自上游往下游方向依次命名为SY01、SY02、SY03、……、SY15(如图1)。其中SY01、SY02、SY03等3个水样取自碳酸盐岩岩组；SY04、……、SY15等12个水样取自砂泥岩互层岩组。

图1 江油市规划应急水源地及采样位置

2.2 样品的测试与分析

水样的测试主要委托第三方测试单位依据《生活饮用水卫生标准检测方法》(GB/T 5750-2006)[11]和《地下水质检验方法》(DZ/T 0064-1993)[12]完成。

湔江流域地下水整体呈弱碱性，由水样中溶解CO32-和HCO3-的平衡关系可知，CO32-离子含量很少，占二者总量不足5%，因此本文中将CO32-忽略不计[13-14]。总溶解固体(TDS)含量利用各离子含量的总和减去1/2的HCO3-含量计算[1]。

3 地下水分析

3.1 水化学评价

对于该水源地及其上、下游的水化学评价主要依据《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020-1993)[15]等标准规范进行。

由于所取水样分别取自2个不同的含水层，因此将15个水样结果分2组进行水化学评价。

(1)碳酸盐岩岩组水化学评价：通过对感官性状和一般化学指标、毒理指标、微生物指标、放射性指标等测试分析，所取水样质量等级为Ⅲ类地下水，水质属一级水源水。

(2)砂泥岩互层岩组水化学评价：通过对感官性状和一般化学指标、毒理指标、微生物指标、放射性指标等指标的测试分析，所取水样质量等级为Ⅲ类地下水，水质属一级水源水。

3.2 主离子组成分析

研究区地下水样品主离子组成见表1，研究区水体整体呈弱碱性，pH值变化范围7.16～8.28，平均值为8.1。

研究区水体的总硬度变化范围为174.24～370.25 mg/L，根据水的硬度分级[16]，该水体主要为硬水和极硬水。溶解性固体(TDS)变化范围为160.205～408.245 mg/L，平均值为281.446 mg/L。

表1 研究区水体主要离子组成 mg/L

研究区水体阳离子主要以Ca2+、Mg2+、Na++K+为主，其中Ca2+变化范围为35.25～54.13 mg/L，平均值为44.69 mg/L，约占阳离子总量的40%～60%；Mg2+变化范围为13.22～29.66 mg/L，平均值为21.8 mg/L；Na++K+变化范围为5.11～37.53 mg/L，平均值为19.3 mg/L。阴离子主要以HCO3-和SO42-为主，其中HCO3-变化范围为157.63～199.41 mg/L，平均值为178.3 mg/L，SO42-变化范围为24.2～188.9 mg/L，平均值为103 mg/L，二者占阴离子总量的85%以上；Cl-含量较低。

根据Piper图所示(如图2)，研究区水体的化学类型为HCO3--Ca2+。

图2 研究区地下水主要离子组成Piper图

3.3 主离子空间变化分析

通过研究区水样主离子沿程变化特征图(见图3)，可知：

(1)自上游经水源地至下游区域，各段地下水的TDS及阴、阳离子的含量均存在整体增加的现象。

(2)就单个水样而言，阳离子浓度大小顺序依次为：Ca2+>Mg2+>Na++K+，阴离子浓度大小顺序依次为：HCO3->SO42->Cl-；虽然个别水样的阴、阳离子有异常现象，考虑到水样采集点多距离场镇，且直接从井水中采集，有受生活废水污染的因素，但沿程变化特征图表明，阴、阳离子浓度大小顺序基本符合以上特征。

(3)通过分析沿程水化学特征变化，地下水化学类型从上游到下游有一定改变，上游的地下水化学类型为HCO3--Ca2+型，水源地及下游的地下水化学类型为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。

4 结论

(1)通过对水源地及其上、下游所取水样的测试分析，碳酸盐岩岩组地下水和砂泥岩互层岩组地下水的质量等级为Ⅲ类地下水，水质均符合《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020-1993)等相关标准、规范，均属一级水源水。

(2)研究区地下水呈弱碱性，硬度变化范围为174.24～370.25 mg/L，属于硬水和极硬水。TDS变化范围为160.205～408.245 mg/L，平均值为281.446 mg/L。主要离子中阳离子以Ca2+、Mg2+为主，Na++K+次之；阴离子以HCO3-和SO42-为主，Cl-较少。地下水的化学类型为HCO3--Ca2+。

(3)从沿程的水化学变化特征看，自上游至水源地及下游，地下水TDS及主离子均有整体增加的现象。

(4)就单个水样而言，阳离子浓度大小顺序依次为：Ca2+>Mg2+>Na++K+，阴离子浓度大小顺序依次为：HCO3->SO42->Cl-。

(5)上游地下水的化学类型为HCO3--Ca2+型，水源地及下游地下水的化学类型变化为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。