库计水源地地下水水化学特征分析

张乐中，许田柱

（1．长安大学地质工程与测绘学院，西安 710064；2．长江水利委员会办公室，武汉 430010）

库计水源地地下水水化学特征分析

张乐中1，许田柱2

（1．长安大学地质工程与测绘学院，西安 710064；2．长江水利委员会办公室，武汉 430010）

以库计水源地地下水为研究对象，在分析研究区水文地质条件的基础上，系统研究了研究区地下水的水化学时空变化特征：从外围分水岭向内以及由内部分水岭向周边，地下水水化学类型总体上沿地下水流向，呈HCO3型→HCO3·Cl型→HCO3·SO4·Cl型→SO4·Cl型逐步过渡变化规律；在垂向上，中、浅层地下水水力联系较为密切，分带规律不明显，深部地下水水质略差；在时间上，由于白垩系含水层厚度巨大，垂向水力联系密切，且水位埋藏普遍较深，季节性变化对地下水水质影响有限，地下水水质相对稳定。

地下水；水化学特征；变化规律；库计水源地

受干旱半干旱气候影响，水资源短缺、生态环境脆弱已成为制约鄂尔多斯能源化工基地建设的一个重要因素。近年来，国内外许多专家及学者对鄂尔多斯白垩系地下水盆地进行了研究，并取得了诸多成果［1－10］。棋盘井镇地表水资源十分贫乏，而地下水资源相对丰富，地下水成为本地区生活和生产的唯一水源。由于近年来经济发展比较迅速，对地下水的开采量也相应增加，该镇水资源短缺问题已经非常明显，成为制约当地经济进一步发展的瓶颈。棋盘井库计水源地是为解决包括棋盘井在内的鄂尔多斯市能源基地水资源短缺问题而划定的10个水源地之一。因此，进行本地区的地下水水化学研究对合理利用与保护水资源具有现实意义。

1 研究区水文地质条件

库计水源地位于内蒙古鄂尔多斯高原西北部，总体上，西北部、北部、东部较高的地势决定了地下（表）水的主体流向为由西北向东南、由北东向西南径流（图1）。由于区内基岩裸露区极少，大部分地区被白垩系风化层、局部被风积沙覆盖，覆盖层结构松散，有利于大气降水入渗补给地下水，因此库计水源地虽处干旱、半干旱地区，降水补给仍是本区地下水的主要补给来源之一。

本区内的白垩系含水层按时代分为罗汉洞组、环河组和洛河组。其中罗汉洞组分布于水源地西北大部，厚度小于300 m，且西厚东薄；环河组在水源地均有分布，埋藏于罗汉洞组之下，出露于水源地东南部，厚度大；洛河组埋藏于环河组之下，厚度较小。

图1 工作区位置图Fig．1 Location of the research area

罗汉洞组和环河组是以砂岩为主的河流相沉积，具有统一性和连续性，可看作为一个统一含水层。该含水层虽然间夹有一些岩性以砂质泥岩、泥质和泥钙质胶结砂岩为主的透境体，但因其厚度不大且延展范围较小，尚不能构成区域性隔水层。例如，KJ2号孔全孔共有隔水层2层，岩性为砂质泥岩，合计厚度4．65 m，占全孔深度的1．5%；KJ4号孔也有岩性为泥岩和泥质砂岩的2层隔水层，合计厚度3．40 m，占全孔深度的1．1%（图2）。

图2 KJ4号钻孔岩性剖面图Fig．2 Lithological profile of borehole KJ4

白垩系碎屑岩裂隙孔隙含水岩组具有分布广泛、厚度巨大且连续稳定的特点。含水层埋藏深度为25．95～86．75 m，厚度145．10～329．24 m，水位埋深18．50～86．76 m，且北部较深，南部较浅。渗透系数0．28～2．07 m／d，平均渗透系数为1．15m／d，平均给水度9．16%，给水能力强。本区虽处干旱地区，由于受到大气降水和侧向含水层的补给，却仍赋存有较丰富的地下水资源。

2 地下水水化学水平分布特征

本次工作取水质全分析样41件、水质简分析样80件、矿泉水分析样4件，饮用水分析样14件。取样点主要为浅井、机井、自流井。对pH，K＋，Na＋，Mg2＋，Ca2＋，，，Cl－等主要成分进行分析。pH值用PHS－3C型酸度计；－和含量用双指示计中和滴定法测定；Cl－含量以铬酸钾为指示剂，用硝酸汞容量法滴定；含量用EDTA（已二胺四乙酸二钠）间接滴定法测定；Ca2＋含量采用钙指示剂，用EDTA滴定；Mg2＋含量以铬蓝黑为指示剂，EDTA滴定；K＋和Na＋含量用410火焰光度计法。

通过对水化学样品测试结果进行整理，绘制了地下水水化学图（图3）。从图3可以看出，库计水源地水化学类型呈现如下水平分布特征：

在水源地的东北侧、西南端等地势较高处（内部分水岭和接近外围分水岭处），阴离子以HCO3为主，西部向东逐步过渡为SO4·Cl，东北侧向西南逐步过渡为HCO3·Cl，HCO3·SO4·Cl，中部则以HCO3·SO4·Cl型为主。在上述地势较高处，阳离子则多以Na·Ca·Mg型为主，向内部则过渡到大面积的Na型水。矿化度则大致按0．30→0．50→0．8 g／L的规律变化，局部地段略大于1 g／L（图3）。

图3 库计水源地地下水化学图Fig．3 Hydrochem ical type of groundwater in Kujiwater source area

这是因为库计水源地西北和东北部接近补给区，内部分水岭又位于地势较高处，由此，地形地貌控制了地下水的径流场，也就较大程度地影响了地下水水化学特征从补给区沿径流区至排泄区的变化规律，在大气降水转化为地下水的过程中，受溶滤作用影响，地层中的易溶盐如NaCl和Na2SO4等盐类首先被溶解，并随地下径流被带走，从而降低了补给区含水层中易溶盐的含量。所以补给区地下水中主要成分是较为难溶的重碳酸根、钙、镁等离子，矿化度较低。随地下水的径流，含水层中易溶盐不断被溶解，矿化度逐渐增高，硫酸根、氯、钠等离子的含量也逐渐增高，从而降低了重碳酸根、钙、镁等离子的百分比含量。

3 地下水水化学垂直分布特征

对KJ1和KJ8号孔分段采集了水化学样，KJ1号孔位于水源地的北部，分段深度为160．0 m，KJ8孔位于水源地的南部，分段深度为148．6 m，从KJ1和KJ8孔测试结果（表1）可以看出，上下段成分互相间略有变化，但幅度较小，上下段没有整体上升或整体下降的规律，说明区内地下水在垂向上并无太大差异，上下段水力联系密切。

表1 KJ1和KJ8号孔上下试段主要水化学成分对比表Table 1 Com parison ofmain hydrochem ical components in the upper and lower parts of borehole KJ1 and KJ8

根据Parker系统对深孔KJ7不同深度采集水样的测试结果（如表2、图4）分析，不同深度地下水成分含量存在差异，但总体上并没有随取样深度加大，成分含量从上至下依次升高或依次降低的规律。造成这种结果的原因可能是由于KJ7号孔位于库计水源地南部，接近于都思兔河排泄区，地层颗粒变细，泥质成分相对增多，形成了局部隔水层，使地下水上下通透性减弱而造成的。以470m为界，上部水化学类型以SO4·Cl·HCO型为主，矿化度多小于1 g／L，下部则为单一的SO4·Cl型，矿化度在1 g／L左右，说明深层地下水循环途径长，径流滞缓，更新能力差，出现矿化度升高、水质劣化的趋势。

图4 KJ7号孔水质Piper图Fig．4 Piper diagram of water quality in borehole KJ7

4 地下水水质的多年变化特征

地下水水质的多年变化特征主要受自然因素和人为因素的影响。对于不同层位的地下水，受外界因素影响其水质变化程度不尽相同。一般情况下，位于浅层的地下水易受外界因素影响，其水质变化较大；而位于深层的地下水受外界影响因素较小，其水质变化也较小，特别是封闭条件好的含水层，其水质受外界因素影响变化更小［11］。

利用区内长期观测点GM41六期水化学资料（如表3、图2）和区内其它长期观测点的三期水化学资料（表4）进行水质历时对比分析，可以看出，各项组分在不同采集期略有变化，但并无从丰水期至枯水期的明显升高或明显降低，说明白垩系含水层厚度巨大，垂向水力联系密切，且水位埋藏普遍较深，季节性变化对地下水水质影响有限，地下水水质相对稳定。

表2 KJ7号孔不同深度水化学成分对比表Table 2 Com parison of hydrochem ical components in different depths of borehole KJ7

表3 GM 41长期观测点水质历时对照表Table 3 Water quality history at long-term observation point GM 41

表4 部分长期观测点水质历时对照表Table 4 Comparison of water quality history at some long-term observation points

5 结 论

库计水源地地下水水化学类型多样，其化学成分含量和水化学类型的空间分布、形成机制以及演化过程均以地形地貌、径流条件为主要影响因素。研究区地下水的变化规律为：

（1）水源地地下水水化学类型呈现水平分带特征，从外围分水岭向内以及由内部分水岭向周边，地下水水化学类型呈逐步过渡形式，总体上沿地下水流向，地下水化学类型的变化规律为HCO3型→HCO3·Cl型→HCO3·SO4·Cl型→SO4·Cl型，阳离子则由Na＋·Ca2＋·Mg2＋向Na型过渡。水源地东部多为Ⅰ和Ⅱ类水，西部分布有Ⅳ类水，东部水质优于西部。

（2）在垂向上，中、浅层地下水水力联系较为密切，分带规律不明显，深部地下水水质略差，基本符合区域地下水循环特征。

（3）白垩系含水层厚度巨大，垂向水力联系密切，且水位埋藏普遍较深，季节性变化对地下水水质影响有限，地下水水质相对稳定。

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［11］庞俊华．乾安县浅层高氟地下水的分布规律及成因的初步探讨［J］．吉林地质，1991，10（1）：71－74．（PANG Jun-hua．A Preliminary Study on the Distributional Regularities and the Origin of Shallow High-Fluorine Groundwater in Qian’an County，Jilin Province［J］．Jilin Geology，1991，10（1）：71－74．（in Chinese） ）

（编辑：陈 敏）

Hydrochem ical Characteristics of Groundwater in KujiW ater Source Area in Ordos Basin

ZHANG Le-zhong，XU Tian-zhu
（1．School of Geology Engineering and Geomatics，Chang’an University，Xi’an 710064，China；2．Changjiang River Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

On the basis of analyzing hydrogeological conditions，the spatio-temporal variation of hydrochemical characteristics of groundwater in Kujiwater source area of Ordos basin is systematically researched．The chemical composition，spatial distribution，and variation of hydrochemical type were affected by geographic，geomorphic and runoff conditions．Results showed that hydrochemical type changed as a whole along the direction of groundwater flow from the peripheralwatershed towards the interior and from the internalwatershed towards the peripheral．The main negative ion gradually changed from HCO3to HCO3·Cl and further HCO3·SO4·Cl，and then SO4·Cl．In vertical direction，close hydraulic connection between themiddle layer and shallow layer groundwater was found，and their partition was not obvious．Due to close hydraulic connection in vertical direction for Cretaceous aquifer of huge thickness and the depth of groundwater，the groundwater quality is less affected by seasonal change．

groundwater；hydrochemical characteristics；variation regularity；Kujiwater source area

P641．3

A

1001－5485（2013）02－0001－05

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．02．001

2012－07－11；

2012－10－17

内蒙古自治区地质勘查项目（［2006］水2－1－02）

张乐中（1975－），男，山西汾阳人，工程师，博士研究生，主要从事水文地质和工程地质方面的研究，（电话）13488356808（电子信箱）zlzbest＠163．com。