浅层地下水化学成分分析

石伟伟

摘 要：地下水是工农业生产和居民生活用水的主要来源之一，地下水水化学成分及矿化度直接影响其使用价值。不同地区的地下水化学成分和矿化度有较大的差异，分析地下水化学的时空变化规律对地下水的合理开发利用和治理具有重要意义。本文就浅层地下水化学成分进行分析。

关键词：地下水；化学；成分分析

引言

地下水是含有各种矿物质的复杂综合体，其化学成分在空间分布上具有一定的规律性，即地下水化学成分分带性，是指一定区域的地下水化学成分和矿化度沿一定的方向呈带状规律变化的特性。

一、地下水化学成分的数据处理

在使用水的分析结果时，首先应对分析数据的可靠性进行检查，然后进行分析处理，并对水文地球化学问题作出合理的解释。

1.1水分析数据可靠性审查

（1）阴阳离子平衡的检查。天然地下水的化学成分是在漫长的地质历史中形成的，以各种元素的离子、分子、溶解的和未溶解的气体成分、活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的胶体物质等形态存在。通常情况下，阴阳离子是地下水中的主要组成部分，因而在做水质分析时，对水中阴阳离子的平衡检查就非常必要。首先将所有的阴阳离子的单位由原来的mg/l，换算为当量浓度（meq/l），转换公式为：meq/l=（离子的毫克数/升）×离子的化合价/离子的原子量，再通过计算水中阴阳离子的相对误差来判断水分析数据的可靠性。离子平衡的检查公式为：

E=100×（Σmc-Σma）/（Σmc+Σma）

式中，E为相对误差（%），mc及ma为阳离子及阴离子的毫克当量总数（meq/l）。

（2）阴阳离子平衡检查的结果分析。在试验过程中，如果没有出现错误，则水中的阴离子毫克当量总数与阳离子毫克当量总数在数值上是非常接近的（做试验时，难免有极少部分离子黏附在滤纸和器皿壁上）。如Na+和K+为实测值，其相对误差值E应小于±5%；如Na+和K+为计算值，E应为零或接近零值；如果E值超出上述范围值，则该水分析的数据是不可靠的，需查出错误所在，重新再做。

1.2分析结果中一些计算值的检查

（1）总溶解固体。如果总溶解固体是计算值，应检查其数值是否已减去1/2HCO3-。目前的水质分析中，这个步骤常常出错或是被忽视。

（2）Na++K+值。在简分析中，Na++K+值是计算值。其计算方法是：阴离子（毫克当量总数）-（Ca2++Mg2+）（毫克当量总数）=（Na++K+）（毫克当量总数）；（Na++K+）（毫克当量总数）×25=（Na++K+），（mg/L）。值得一提的是，在水分析资料中，常常是乘以23（Na的原子量），这是不够严格的。

（3）硬度。总硬度的计算值按下列计算方法检查：（Ca2++Mg2+）（毫克当量总数）×50=总硬度（CaCO3），（mg/L）。

（4）TDS实测值与TDS计算值之差。根据经验，TDS的实测值与计算值，两者的差值应符合下列要求：当TDS<100mg/L时，相对误差应<±10%；当TDS=100～1000mg/L时，相对误差应<±7%；当TDS>1000mg/L时，相对误差应<±5%。

1.3碳酸平衡关系的检查

根据碳酸平衡理论，当pH<8.34时，分析结果中不应出现CO32-，因为在这样的pH值条件下，测定CO32-的常规方法不能检测出微量的CO32-；同理，当pH>8.34时，水分析结果不应出现H2CO3。

二、比例系數分析法的应用

在水的化学成分中，各种组分之间的含量比例系数常常被用来研究某些水文地球化学问题，因为不同成因或不同条件下形成的地下水，某些比例系数在数值上有比较明显的差异，因此可以利用这类关系判断地下水的成因及地下水化学成分的来源或形成过程等。

这类系数一般是在分析具体区域的水化学资料时提出来的。经验表明，用γMg/γCa来判断海水入侵范围和程度是比较成功的，因为海水中Mg总比Ca多，其γMg/γCa约为5.4，一般地下水不可能达到如此高值，因此求得地下淡水的γMg/γCa背景值后，就很容易用γMg/γCa系数来判断海水入侵范围和程度。这种方法比用Cl/Br系数方便，因为测定地下水中的Br很困难，常常没有Br的数据。

三、事例分析

沿海某厂位于山前平原与海岸阶地交汇地带，南面与海岸最近距离约1.8km2，地势北高南低，地面略向海岸倾斜，上部地层为冲洪积层（含孔隙潜水），下部为花岗岩及其风化壳（含裂隙微承压水）。地下水由北往南向海洋排泄，厂区位于地下水径流排泄区。工厂的工业及生活用水主要取自地下水，因扩大生产需要，委托广西桂林水文工程地质勘察院为其新建3口取水井，厂方初定水源地在厂区南面500m范围内。为评估水源地的地下水是否受到海水污染，该院在施工前从北至南每150m取一组水样（编号分别为1#、2#、3#）进行水质分析，其数据见表1。

水分析数据显示：2#样和3#样的Cl-浓度均>250mg/L，3#样的总矿化度均在（1～2）g/L，初步判定场地地下水局部受到海水入侵的影响；另外，1#、2#、3#样的γMg/γCa比值分别为2.21、3.39、4.80，上游补给区的地下水未受污染，γMg/γCa比值一般在2.0左右，若以此为该场地地下水中γMg/γCa的背景值，则2#、3#样受海水入侵的影响是很明显的。

通过大量水样统计化验分析，并参照国内外有关水质标准，选择几种有代表性的化学离子比值作为指标来监测海水入侵。

钠吸附比（ SAR） 计算公式为：

咸化系数（B）计算公式为：B=γCl-/（γHCO-3+γCO2-3）

经计算，该场地钠吸附比与咸化系数如下：

1#样为A1=2.82，B1=5.28；

2#样为A2=8.48，B2=12.38；

3#样为A3=9.44，B3=14.53。

通过上述可知，1#样为微咸水，口感稍涩，2#样及3#样为咸水，口感明显偏咸。由1#样至3#样，钠吸附比与咸化系数逐渐升高，结合场地地质条件综合判断，该场地地下水已受到海水入侵的污染，究其原因，近几年来，当地的地下水开采量较大，导致地下水水位大幅度降低，从而致使海水回灌。经过上述分析，建议将水源地选在厂区北面，并得到厂方认可。

四、结束语

地下水化学成分分析， 具有广阔的应用前景， 但其理论、方法仍不够完善， 笔者在此抛砖引玉， 望更多的学者、专家等进一步发展创新。

参考文献：

[1]刘文波，高存荣，刘滨，陈有鑑.河套平原浅层地下水水化学成分及其相关性分析[J].中国地质，2010，37（03）：816-823.

[2]叶志清.浅层地下水化学成分特征及成因分析[J].地下水，2010，32（01）：40-43.