丹江口水库老灌河流域地下水水化学特征

代贞伟， 王磊， 伏永朋， 章昱， 张方亮， 董芯岑， 贺小黑

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉 430205； 2.中南地质科技创新中心，武汉 430205； 3.河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，郑州 450000； 4.东华理工大学水资源与环境工程学院，南昌 330013)

0 引言

全球淡水资源越来越紧缺，对地下水资源进行合理保护越来越受到人们的关注。地下水水化学特征研究是地下水资源评价的重要内容，也是水文地质学研究的重点[1-4]。地下水在循环过程中与岩石圈、生物圈及大气圈进行复杂的物质、能量和信息交换，其水化学特征受地层岩性、地形地貌、土壤类型、地表径流和人为活动控制，具有一定的时空差异性[1,5-6]。对重点水资源保护区开展地下水水化学特征及演变过程研究，不仅可以掌握水资源循环规律，揭示地下水与环境的作用机制，还可为区域地下水资源可持续开发、利用及环境保护政策的制定提供科学参考[7-11]。

为解决华北地区水资源短缺问题，自2002年始，我国实施了南水北调工程。丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地，其地下水水质关系着南水北调工程建设的成败[11]。近年来，对丹江口水源地水资源的研究主要集中在基于对整个库区调查的水源地生态环境[12-15]、水库调水前后的水质变化与水化学特征[16-20]及农业面源污染[21-22]等方面，对小流域的水质变化特征及规律研究较少。随着丹江口水库周边地区社会经济的快速发展和城镇化水平的不断提高，入库支流小流域因受自然和人为因素影响较大，将进一步影响丹江口水库水源地生态平衡的保持和社会效益的发挥。

本文以丹江口水库老灌河流域为研究区，通过对该区地下水进行系统采样，分析地下水的水化学特征，揭示老灌河流域地下水水质演变过程，为区域水资源可持续开发、利用及环境保护政策的制定提供参考。

1 研究区概况

1.1 地理概况

丹江口水库位于汉江中上游(图1)，分布在湖北省丹江口市和河南省南阳市淅川县，水域横跨鄂、陕、豫三省，素有“亚洲天池”之美誉，是汉江的天然水位调节器。库区上游流域每年接纳废水约0.61×109m3，并逐年增长； 库区周围神定河、泗河、官山河、涧河、老灌河和浪河等支流存在污染迹象[12]。本文对丹江口水库淅川县老灌河流域开展调查及研究，老灌河支流从槐树洼流入淅川县，经上集—黄庄汇入丹江，河床宽250～800 m，河槽深5～7 m，底坡降1.7‰～3.3‰。

图1 研究区地理位置及概况图Fig.1 Location and general situation of the study area

1.2 地质概况

研究区位于秦岭东段伏牛山南侧，地面高程<800 m，地貌类型主要为侵蚀剥蚀低山、侵蚀剥蚀丘陵及冲洪积带状河谷平原。由老至新，出露的地层主要为震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、白垩系和第四系，仅东北部出露新元古界变质岩。变质岩主要为变玄武质凝灰岩和玄武质角砾晶质凝灰岩夹变玄武岩； 沉积岩主要为灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥质条带灰岩、粉砂岩、砂岩、泥岩和砂砾岩； 第四系为粉质黏土、粉土、砂和砂砾石，主要分布在丹江和老灌河等河谷、河漫滩和阶地[23]。

研究区位于秦岭褶皱系中南秦岭华力西褶皱带，以褶皱为主，总体构造方向为NW—SE向。断裂多数为NW向张性正断层，属丹江断裂带及其次级断层束，另有少量NE向或近SN向断裂。

1.3 水文地质概况

研究区地下水具有补给距离近、径流途径短、补给地表水等特点，大气降水是该区地下水的主要补给源，地下水的水位动态与大气降水入渗、补给密切相关。该区地下水主要划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水4种类型。松散岩类孔隙水主要分布在丹江和老灌河两侧的河漫滩和阶地，含水介质以砂、卵砾石等松散岩土体为主，富水性较强。碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布在丹江两岸白垩系砂砾岩、泥岩和粉砂岩中，富水性较弱。碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布在荆紫关—师岗复向斜两翼的丘陵低山区，赋存于灰岩、白云质灰岩、白云岩和泥质条带灰岩溶蚀孔洞和溶蚀裂隙内，富水性不均匀。基岩裂隙水主要赋存于荆紫关—师岗复向斜两翼的带状泥岩、砂岩裂隙和元古宇变质岩风化裂隙及构造裂隙中，部分基岩裂隙水以泉的形式溢出，富水性中等[23]。

2 研究方法

2.1 样品采集

考虑季节变化影响，分别于2016年10月(丰水期)和2017年3月(枯水期)在淅川县老灌河两岸上游毛堂乡—下游白岭入江口的16个地下水采样点(15个机民井点，1个泉点)采集32个样品(图2)。

图2 研究区采样点分布图Fig.2 Distribution of sampling points in the study area

泉点水样取表面水下50 cm处，机民井点采样前先抽水3～5 min。在样品采集过程中，用预采样品对采样瓶冲洗3次以上后再取样。

2.2 样品测试

2.3 数据处理与统计

用SPASS数理统计软件对各测试点水质指标参数进行统计及分析，运用软件AquaChem V.3.70分析丰水期和枯水期浅层地下水的水化学类型及其分布特征，结合区域地质资料，探讨丹江口水库老灌河流域地下水水化学分布特征和变化规律。

3 结果与讨论

3.1 水化学成分统计

对丹江口老灌河流域丰水期和枯水期浅层地下水的水化学成分进行统计，结果见表1。

3.2 水化学成分之间的相关性

运用SPASS软件分别计算研究区丰水期和枯水期浅层地下水主要水化学成分之间的Pearson相关性系数。结果分别见表2和表3。

表2 丹江口水库老灌河流域丰水期浅层地下水的水化学成分相关性矩阵Tab.2 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringhigh-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01级别相关性显著，*表示在0.05级别相关性显著。

表3 丹江口水库老灌河流域枯水期浅层地下水的水化学成分相关性矩阵Tab.3 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringlow-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01级别相关性显著，*表示在0.05级别相关性显著。

3.3 水化学类型及分布

运用软件AquaChem V.3.70分析丹江口老灌河流域枯水期和丰水期浅层地下水的水化学类型，采用舒卡列夫法进行水化学类型分类(图3)。

(a) 枯水期 (b) 丰水期

图3 丹江口老灌河流域枯水期和丰水期浅层地下水水化学类型分类

Fig.3Hydrochemicaltypesofshallowgroundwaterduringhigh-waterandlow-waterperiodsinLaoguanheRiverBasinofDanjiangkouReservoir

综上可知，丹江口老灌河流域地下水的弱酸根离子远多于强酸根离子，说明研究区地下水在自然环境影响下的蒸发浓缩作用不强烈，水化学过程以风化-溶滤作用为主。

4 结论

(1)丹江口水库老灌河流域地下水水化学类型空间分布受季节变化影响较小，地下水整体呈弱碱性，属低矿化水，地下水水化学类型分布与地层岩性分带基本一致。