洛阳断陷盆地浅层孔隙地下水环境演化特征

王现国 狄艳松 李扬

摘 要：洛阳断陷盆地内河流冲积平原区浅层孔隙地下水的化学成分含量逐渐增大，地下水水质变差。针对平原区浅层孔隙地下水水化学环境变化趋势，基于大量水化学分析数据，从含水层岩性，地下水补给、径流、排泄以及人类活动等方面对其进行了分析研究，结果表明：包气带岩层对各种污染物（NO-3除外）的净化能力大于90%，包气带介质层对重金属有很强的净化能力，而对Cl-净化能力较弱;研究区河流对浅层地下水环境演化的控制作用主要表现在河水稀释（总硬度减小）以及水质污染（NH+4含量增大）。

关键词：地下水;水质;水化学特征;环境演化

中图分类号：TV211.1+2   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.016

Abstract：In order to find out the changing tendency of chemical environment of the shallow pore ground water in the target area， based on the masses of experiments and monitoring data， the paper analyzed and studied controlling factors such as lithology of aquifers， ground water replenishment， runoff， discharge and human activities. The results show that 90 percent of variety of pollutants （except NO-3）can be purified by lithology of the riverbed of Luohe River. The aeration zone is quite good in purifying heavy metals， while it is weaker in purifying Cl-. Rivers within in the studied area control the evolution of shallow ground water mainly by dilution of water and water contamination.

Key words： ground water; water quality; hydrochemical characteristics; environmental evolution

洛陽断陷盆地河流冲积平原区地势平坦，地面高程为130～150 m[1]。随着城镇工业、农业等人类活动的不断发展，浅层孔隙地下水的化学成分含量逐渐增大，地下水水质变差[2]，因此根据多年来水化学分析测试资料，研究浅层地下水水化学场演化特征，以期为洛阳断陷盆地内河流冲积平原区科学保护地下水资源提供依据。

1 地下水水化学特征

研究区内浅层地下水一般无色、透明、无嗅、无味，平均矿化度为0.5 g/L，pH值为7.46，硬度一般为321.4 mg/L（CaCO3），最大可达527.2 mg/L（CaCO3），地下水典型化学成分有Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-等[3]，见表1。根据2003年及2020年地下水水质资料对比分析，2003年地下水类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型为主，分布在伊河与洛河河间地块等地;其次为HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Na·Mg型水，主要分布在邙山、白马寺一带;HCO3·SO4-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg型水主要分布在曹屯、棉织厂、五女冢、春都集团一带;HCO3·Cl-Ca、HCO3·Cl-Ca·Mg、HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca·N·Mg型水呈零星分布[4]。

浅层孔隙水因人工大量开采导致地下水化学场发生了较大变化，使地下水化学成分和类型复杂化，其空间分布也发生了很大变化[5]。地下水NO-3含量最高达66.15 mg/L，TDS含量大于1 994 mg/L，SO2-4含量高达518.66 mg/L，NH+4含量高达1.92 mg/L。地下水中出现了大量NH+4、NO-3、NO-2、SO2-4等超标点;地下水中各离子含量升高，导致总硬度、TDS升高;在局部地段地下水中已有Cr6+有害物质检出;地下水开采降落漏斗区地下水化学环境退化速率明显快于非降落漏斗区。浅层地下水化学成分含量呈不同程度增大趋势。

2 浅层孔隙水水化学环境演化特征

浅层地下水中常量化学组分、NO-3、TDS、总硬度迅速升高是地下水化学环境退化的主要标志。地下水化学环境主要受水文地质条件（地层岩性以及地下水补给、径流、排泄条件等）和人类活动等因素影响[5]。

2.1 包气带对地下水水化学环境演化的控制和影响

包气带岩性结构特征直接影响浅层地下水污染速度和程度。根据研究区包气带岩层净化试验结果（见图1～图3），河床包气带岩性以砂砾石为主，普遍夹有多层、薄层状黏性土和泥质粉细砂层。在河岸边垂直渗漏段打井取河水下渗后经过包气带岩层净化的地下水与河流水进行水质对比分析，包气带岩层净化能力均在90%以上。在pH值大于7的条件下，包气带岩层对重金属Cu2+有很强的净化能力，净化率达到100%，对NH+4、NO-2的净化率达到95%，对Cl-净化能力较弱，但是NO-3的含量有所升高，这是水下渗过程中硝化反应的结果。天然介质层黏性土吸附降解能力大于砂性土的降解能力。

2.2 河流补给对地下水水化学环境演化的影响

河流是研究区浅层地下水的主要补给来源之一，河水对傍河水源地的补给量可达80%，水化学环境演化与河流水文特征变化密切相关。浅层地下水的总硬度与河水流量成负相关关系，河流流量对地下水总硬度的影响主要表现在，河流流量大时对岸边地下水的入渗补给量大，地下水总硬度逐渐降低，丰水年地下水总硬度与枯水年地下水总硬度相比偏低，见图4。