延庆盆地地下水水化学特征统计分析

杨玉春

(北京市水文地质工程地质大队,北京 100195)

0 引言

随着城市规模的不断扩大和人口的增长,水资源短缺已经成为制约地区经济发展的主要因素.近年来,在降雨偏少、水质性缺水的双重压力下,北京市的水资源呈现出前所未有的严峻局势.北京有2/3的供水来自于地下水,浅层水质的恶化加上水位逐年持续下降,使得供水需求的矛盾更加突出.因此,自2003年以来,北京市政府先后启动了多项有关地下水水质调查研究的项目[1-4].本文选取延庆盆地作为研究区,利用数理统计学方法,分层分区统计了区内的地下水水化学特征,以期为地下水资源的合理开发与保护提供支撑.

1 区域概况

延庆盆地是典型的山间盆地.盆地中部以湖相沉积为主,沉积厚度受构造控制,总体来看,东部薄,往西逐渐增厚,沉积中心在延庆镇以西,厚度大于1000m,北部山前比南部山前厚度大,南部一般厚度100m,北部可达200m以上.山前平原冲洪积扇地区,含水层主要有砂、砂砾石、砂卵石组成.含水层厚度由冲洪积扇上部向下逐渐变厚,含水层颗粒由冲洪积扇顶向下由粗变细.山前地区排列有数个小型的冲洪积扇,山前到冲洪积扇底部,颗粒由粗变细,呈有规律的递变.盆地中部主要为淤泥质粘性土夹薄层粉细砂层,粉细砂层多呈透镜体分布.

区域上,地下水由东北流向西南.在冲洪积扇中上部地区,单井出水量可达3000 m3/d.

潜水和承压水分界线沿后黑龙庙-靳家堡-后吕庄-北采-前吕庄-永宁-高庙屯-康庄镇分布,山前至此线为潜水分布区,盆地中部为承压水区,承压水分布在冲洪积扇前缘至盆地中部地区,该地区埋深30～50m以上含水层由薄层中细砂组成,50～100m以下有2～3层砂砾石层,厚约10m左右,含水层总厚度约20m左右[5].

2 地下水采样

2007-2009年,北京市政府启动了历时3年的北京市平原区地下水污染调查项目,工作精度1:5万.项目分别在在2007年、2008年分丰、枯水期对平原区1035眼水井进行了采样工作,共采集地下水样品3000余组.延庆盆地共布设采样点65个,3次共采集水样200余组.测试有机组分49项,无机组分44项(本文仅涉及无机组分评价),为区域地下水质量评价奠定了坚实的基础,具体取样数量见图1.

3 地下水分层质量评价

评价方法采用国标中推荐的综合评价加附注的评分方法.首先依据各单项组分浓度划分各组分所属质量类别,进而对各类别按表1分别确定单项组分评价分值Fi,然后按下式计算综合评价分值F:

其中F:各单项组分Fi的平均值;Fmax:单项组分评价分值Fi中的最大值;

n:指标的项目数.

表1 Fi值分类表

表2 地下水分级表

选择总硬度、溶解性总固体、锰、氨氮、铁、氟、硝酸盐、亚硝酸盐、氯离子、硫酸根离子10项作为评价因子,利 用F值评分法进行评价,评价结果见表3.

表3 延庆盆地地下水水质评价结果统计表

4 分层特征统计

4.1 水样浓度与采样深度分析

为了进一步分析研究区内的地下水化学特征,按照地层结构和水文地质条件初步将该地下水系统划分为上、中、下游3个分区.并分别做了其浓度与深度的关系曲线,见图2至图5.从图上可以看出,a地下水系统的上游、中游和下游地区,水样均有一定的集中度,其中上游的集中度好于中游,中游的好于下游;b从深度上来看,随着深度的增大,各离子组分浓度均有减少的趋势,以溶解性总固体(图3)来看,4个超标点(>1000mg/l)均为深度小于50m的浅层水井.再如硬度(图4)超标点(>500mg/l)也均为深度小于50m的浅层水井.c从分带上来看,下游水样的高值点或者超标点(图中标识为"□")较多,这在图2～图5中均有体现.

4.2 各层水样的统计特征

图6为盆地内浅层、中层和深层地下水水化学piper三线图,从图中可以看出,几乎70%以上的水样落在了piper三线图中的5区,即表明其碳酸盐硬度超过了50%.盆地内的地下水化学类型主要为HCO3-Ca-Mg型水,pH值在7.5左右.

表4为研究区内9种组分的统计结果,从表中可以看出,地下水的Ca2+、NH离子的浓度均值呈现出上游地区>中游地区>下游地区.Cl-浓度的变化则呈现出上游>中游地区,而下游地区反而升高的特点.众所周知,Cl-不为植物及细菌所吸收,不被土粒表面吸附,氯盐溶解度大,不易沉淀析出,是地下水中最稳定的离子.由于工业、生活污水及分辨中含有大量Cl-,因此,居民点附近矿化度不高的地下水中Cl-,则说明地下水很有可能遭受污染[6].

延庆县城位于延庆盆地的中下游地区,因此下游地区Cl-升高很有可能与城区及周边地下水人为污染有关.

表4 永定河山间盆地(延庆)地下水系统地下水化学组成分析表(mg/l)

5 结语

本文根据2008年6月平原区地下水采样分析数据,将水样进行了平原区地下水质量评价和地下水水化学类型分类、并对8种离子组分进行了数理统计分析.结果表明,在垂向上,延庆盆地地下水由浅到深,地下水水质逐渐变好;横向上,上游地下水水质好于中游,中游好于下游;盆地中下游深层地下水已经出现较差和极差点,应当引起足够的重视.统计分析的结果分析表明,在冲洪积扇的上游地带,地下水的垂向交换较为强烈,水质趋同性更强,往下游地带,由于地层由单一层转变为多层结构,垂向水动力条件变弱,水质分异明显增强.在延庆县城及近郊一带的生活污染是引起下游浅层地下水水质恶化的主要因素,建议有关部门进一步加强城区污水、生活垃圾等污染源的控制,以科学合理的开发和保护地下水资源.

[1].林 健,陈忠荣,赵 薇等.华北平原区地下水污染调查评价报告(北京部分)[R],2009.

[2].北京市地质矿产勘查开发局,北京市平原区多参数立体地质调查报告[R],2008.

[3].辛宝东,郭高轩,陆海燕等.北京市平原区地下水污染调查报告[R],2010.

[4].谢振华,王翊虹,张少才等.首都地区地下水资源和环境调查评价报告[R].北京∶北京市地质调查研究院.2003.

[5].张安京,叶 超,李 宇等.北京地下水[M],2008,北京:大地出版社,1～60.

[6].王大纯,张人权,史毅虹等.水文地质学基础[M],1995,北京:地质出版社,1～159.