靖边县地下水水化学特征与水质评价

卜芸芸,李 威

(陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司,陕西 渭南 714000)

0 引言

地下水是我国水资源的重要组成部分,其作为一种重要的水源,在农业、工业、城市居民用水等方面发挥着重要的作用。随着工业化和城镇化的快速推进,水资源的供需矛盾日益突出,大量的开采地下水,导致地下水位降低、地下水污染程度加重,生态环境问题进一步加剧[1-2]。

靖边县地处毛乌素沙漠的边缘地带,行政区划隶属陕西省榆林市管辖,是陕甘宁油气田的主储区。随着陕北能源化工基地的建设与发展,对地下水资源的需求与日俱增,地下水环境问题也随之加剧。因此,对当地地下水超采治理、污染程度和水质时空变化监测具有重要的意义。本文基于前人的研究成果,以靖边县地下水为研究对象,分析地下水化学特征及水质现状,为当地地下水资源管理、地下水环境监测和取用水需求提供参考。

1 研究区概况

研究区(靖边县)位于榆林市西南部,地处陕北黄土高原与毛乌素沙地的接壤地带。北接内蒙古自治区乌审旗,南接延安市志丹县,东接横山县,西接定边县。地理坐标为东经108°15′～109°25′、北纬36°57′～38°00′,面积5 088 km2。研究区北部为沙漠滩地,地形较平坦,降水稀少,蒸发量大,生态环境脆弱;南部为黄土丘陵沟壑地貌,沟谷切割深,地形崎岖,降水相对较多,水土流失严重,杨米涧地区地形相对平缓。属于大陆性半干旱季风气候,多年平均降雨量395.4 mm,60%以上降雨集中在7～9月份。地表河流有芦河、黑河则、圪洞河等,均属于无定河支流,属于黄河水系。随着经济和人口的持续增长,尤其是当地油气田资源开采及陕北能源化工基地的建设,水资源承载压力越来越大,地下水环境问题频繁出现,多年监测中地下水水质主要超标项目有溶解性总固体、硝酸盐、硫酸盐、氯化物及矿化度,分布在研究区中部及芦河河谷附近。

2 水文地质条件

研究区位于鄂尔多斯盆地地区,按照地形地貌特征划分为全新统风积沙及盖沙黄土梁峁区2个区域。全新统风积沙地表被松散沙层所覆盖,沉积厚度大,易于接受大气降水补给,在低洼处多形成富水地段,并有大泉出露。盖沙黄土梁峁区,土层厚度大,侵蚀强烈,沟壑纵横,补给条件差且利于排泄,岩层富水性较差,泉水出露少、流量小。此外区域内局部分布有较厚的第四系风积沙和萨拉乌苏含水层,有大泉出露,在局部形成富水地段;在河谷及其支沟,岩性为冲洪积物,粗颗粒较多,利于地下水的赋存,且地下水埋深小,多以潜流的形式排泄于河床中。依据地下水赋存条件、水力特征及含水介质的不同,区域含水层划分为第四系松散层裂隙-孔隙潜水和白垩系洛河组砂岩孔隙-裂隙承压水。

3 地下水水化学类型

研究区内地下水水化学成分与自然地理、地形地貌、地层岩性及水文地质条件等密切相关。各地貌单元含水介质、径流条件不同,地下水化学特征也不同,水化学类型分布具有一定的规律性。研究对象潜水主要为第四系萨拉乌苏孔隙水和黄土裂隙-孔隙水,承压水主要为白垩系洛河组砂岩裂隙-孔隙水。

3.1 潜水化学类型

3.1.1 第四系萨拉乌苏组孔隙潜水

图1 第四系潜水地下水水化学图Fig.1 Hydrochemical diagram of quarternary phreatic groundwater

3.1.2 第四系黄土裂隙-孔隙潜水

第四系黄土裂隙-孔隙潜水主要分布在红敦界长胜村及海则滩乡一带地区及南部山区,含水层岩性主要为中更新统砂黄土夹砂层,水质好,矿化度240 mg/L左右,属HCO3—Mg·Ca和HCO3—Na·Mg型水。中部黄土梁峁地区一般以重碳酸型水为主,矿化度500～1 000 mg/L,为水质好的淡水。但在镇靖至高渠一带芦河河谷区和宁家窑子一带的红柳河河谷区出现HCO3·Cl—Na·Ca型或Cl·SO4—Na·Mg型水,矿化度1 000～2 000 mg/L。另外在黄土斜坡地带,如枣刺梁,虽然地下水矿化度不高,但F-含量多大于1.0 mg/L,尤其在梁镇的庙畔一带,F-含量多在2.0 mg/L以上。南部黄土丘陵沟壑区基本不含水或含水甚微,其泉水一般矿化度小于1 000 mg/L的重碳酸型水。

3.2 承压水水化学类型

图2 洛河砂岩地下水水化学类型Fig.2 Hydrochemical types of Luohe sand-rock groundwater

3.3 主要离子含量变化

地下水化学成分是地下水水化学特征的集中反映,为确定地下水化学类型,将地下水6大离子绘制成三线图,如图3所示。研究区第四系潜水水化学类型大部分为HCO3型水,碱土金属离子超过碱金属离子,弱酸根超过强酸根,碳酸盐硬度超过50%,水平方向上水质总体差异不大,反映萨拉乌苏组地下水循环的方式基本一致,径流途径较短,循环交替速度较快,如图3所示。洛河组砂岩承压水水化学类型大部分为弱酸根超过强酸根、碳酸盐硬度大于50%的水化学特征,反映白垩系地下水循环的方式基本一致,径流途径较短,循环交替较为积极,水平方向上水质差异较小,演化程度较低,垂向有由浅到深呈现出矿化度升高和水化学类型变复杂的演化趋势,如图4所示。

图3 潜水地下水水化学三线图Fig.3 Hydrochemical 3-line diagram of phreatic groundwater

图4 承压水地下水水化学三线图Fig.4 Hydrochemical 3-line diagram of pressure-bearing groundwater

3.4 地下水质量评价及时空分布

3.4.1 评价方法及原则

(1)

式中,Fi为单项评价分值;F为综合评价分值;n为评价项数。

3.4.2 地下水质量现状

根据计算综合评分分值F,按照地下水水质质量级别判定标准确定地下水质量级别。划分级别为:优良<0.8,良好0.8～2.5,较好2.5～4.25,较差4.25～7.2,极差>7.2。由综合评价得分表可知,研究区地下水各水样级别分别为:优良0组,良好14组,较好2组,较差9组,极差6组。按照水质质量级别划分,良好占比45.2%,较好占比6.5%,较差占比29%,极差占比19.3%,表明研究区地下水环境质量较好[7-9],在芦河河谷区域存在地下水污染情况。

3.4.3 地下水质量时空分布规律

依据计算得到的综合评分分值F,绘制地下水质量评价图,如图5所示。分析研判地下水质量时空分布情况、研究区东北部及南部地下水主要以洛河砂岩承压水为主,地下水水质良好,以Ⅰ、Ⅱ类水为主,综合评级为水质优良,Ⅱ类水反映水化学组分的天然背景含量,适用于各种用途用水;研究区中部及芦河河谷地带地下水与地表水交替较频繁,水力联系较密切,总体质量较差,以Ⅳ、Ⅴ类水为主,不宜直接作为供水水源,主要超标项目为溶解性总固体、硝酸盐和亚硝酸盐[10-12],其原因主要在于研究区内油气资源的开采、化工基地的建设及生活污水对地下水水环境影响较大,造成几项评价项目值偏大,水质较差。

图5 靖边县地下水质量评价Fig.5 Groundwater quality evaluation of Jingbian County

5 结论

(1)研究区地下水水化学类型主要以HCO3、HCO3—Mg·Ca、HCO3—Na·Mg、HCO3·SO4型水为主,弱酸根超过强酸根,碳酸盐硬度超过50%,径流途径较短,循环交替较积极,水质总体差异不大。

(2)区内地下水质量东北部及南部以Ⅰ、Ⅱ类水为主,中部以Ⅳ、Ⅴ类水为主。

(3)研究区内地下水Ⅳ、Ⅴ类水主要位于芦河河谷附近,水质较差,结合地表水水质调查分析研究,当地油气田开采、能源化工基地建设及人类活动是影响地下水环境的重要因素,需进一步加强该区域水环境治理工作,确保水环境生态平衡。