四川茂县牟托浅层地下水水文地球化学特征初步分析

高海博，李芍颖，高 鹏，牛 科，李宗旺

（1.山西华冶勘测工程技术有限公司，山西 太原030001；2.西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安710054）

1 引言

龙门山断裂带地质构造及地下水系统复杂，生态系统脆弱。“5·12”汶川地震导致该区域原有地表结构、表层岩土水力性质、含水层结构及地表植被覆盖状况均发生显著变化，这不仅会改变“降水-产流”规律和表层岩土降水的入渗机制，而且可能导致“区域地表水-地下水”系统平衡场和水循环规律发生较大改变，对水循环体系和依赖该体系的生态系统产生不可忽视的影响。因此开展“5·12”汶川地震对浅层地下水的影响及其与地下水生态系统关系的研究，对经济社会重建及生态环境恢复等具有重要意义。

2 研究区概况

茂县南新镇牟托村是受汶川地震影响较大的一个区域，位于汶川县正北5 km 的岷江河右岸，水资源丰富（牟托沟、水磨沟），集水面积68.05 km2，河道长18.58 km，最枯流量0.312 9 m3/s，多年平均流量0.84 m3/s。村内有一大的冲沟，局部宽约15 m，流经距离较长，沿途经多处泉水补给后最终汇入岷江。

牟托村地下水的补给形式为侧向和垂向两种补给。侧向补给是由山区地下水径流通过河床砂砾石层和周边基岩裂隙水直接补给地下水，垂向补给主要包括大气降水、农灌水、河渠水等入渗补给，前者为主要补给形式。

牟托村阶地地下水的流向受地面坡降的控制，主要由西北向东南运动，后排泄到岷江。阶地内堆积物地下水径流条件好，但该区位于早期的泥石流扇之上，导水性不是很好，而河流沉积物与洪积物多含泥沙，导水性亦是不佳，因此可以在上层松散土壤与下层堆积物之间产生导水通道，形成排泄。该地区的多数泉水便是此类成因。

3 水文地球化学特征分析

对“5·12”大地震震后牟托村具有代表性的水源点进行取样，共16 个样品，现场测定了pH 值、温度，并进行特征描述，并将全部水样送往实验室进行水化学分析，得到各水样中CO2、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、K+及Na+离子的含量，如图1 所示。该区地下水的整体特征：总矿化度大都小于1 g/L，属淡水，pH 值在7.33～8.08 之间，总体上呈弱碱性。

图1 各水样中多种离子的含量

3.1 地下水宏量组分析

地下水的化学组分在很大程度上决定了地下水的物理和化学特征。这些离子的相对和绝对含量随水文地质条件或其他外界环境的变化而变化，从而使地下水形成各种不同的水质特征。由水化学分析得出以下几个结果：①研究区地下水的水化学组分及水化学类型较为单一，16 个水样中，有13 个为HCO3-SO4-Ca-Mg 型水，占总数的81.3%，矿化度范围为166.55～332.86 mg/L，pH 范围为7.33～8.08。其中，冲沟汇入岷江部位及其上下游区为HCO3-Ca-Mg 型水，而冲沟、村内泉水为HCO3-SO4-Ca-Mg 型水。②在阳离子中，K++Na+和Mg2+的含量相对较低，K++Na+为4.69～15.86 mg/L，Mg2+为12.02～21.79 mg/L，Ca2+为39.13～69.69 mg/L。图2为Ca2+随矿化度变化趋势图，从图2 中可以看出，Ca2+浓度随矿化度的增加呈明显线性升高趋势，说明Ca2+是控制矿化度高低的主要元素。③在阴离子中，Cl-含量相对较低，为0.83～3.24 mg/L；SO42-含量变化较大，为25.12～130.36 mg/L不等；CO2与CO32-不共存，且含量都较小；HCO3-含量普遍较高，为132.67～204.59 mg/L。图3 为HCO3-随矿化度变化趋势图，从图3 中可以看出，HCO3-浓度随矿化度的增加呈明显线性升高趋势，说明HCO3-也是控制矿化度高低的主要元素。研究区的地下水含有一定量的SO42-，其来源一是降水，二是水与当地的岩石通过溶滤作用产生。

图2 Ca2+随矿化度变化趋势图（单位：mg/L）

图3 HCO3-随矿化度变化趋势图（单位：mg/L）

3.2 水化学三线图

从图4 的研究区的水化学三线图可以看出，水样均集中在一个小范围内，水中离子质量浓度变化规律不明显，各个水样在三线图上的位置相距很近，反映出各个水样基本具有相同的水化学类型。说明该区地下水在运移过程中具有基本相似的成分。

由图4 可见，该研究区可分为9 个区，不同分区内的水样其化学特性亦不相同。所取的16 件水样中，均位于1 区、3 区和5 区，可见弱酸根含量大于强酸根含量，碱土金属含量超过碱金属的含量，碱酸盐硬度超过50%，可表明水样以弱酸及碱土金属为主要特征。

4 结论与讨论

通过以上的论述，可以总结出以下结论：①茂县牟托村地下水的总矿化度较小，属淡水，地下水的循环和径流状态良好。pH 值在7.33～8.08 之间，水样总体呈弱碱性。地下水的化学组分较单一。水化学类型主要为HCO3-SO4-Ca-Mg型水。②该区的主要水化学作用有溶滤作用、沉淀作用等。通过分析该区的水化学成分影响因素，可知介质条件和径流条件对水化学成分影响较大，而且与水化学作用密切相关。③研究区地下水的主要来源为大气降水补给，其次为灌溉入渗补给。

图4 研究区水样的水化学三线图