邹城市双村岩溶水系统水化学演化分析

张丰，李爱军

(山东省鲁南地质工程勘察院,山东 兖州　272100)

邹城市双村岩溶水系统水化学演化分析

张丰，李爱军

(山东省鲁南地质工程勘察院,山东 兖州272100)

以山东省邹城市双村岩溶水系统为研究对象，利用多年水质监测资料对主要离子含量的变化特征及分布规律进行研究比对，分析地下水开采及生活污染对地下水水化学环境的影响，有助于认识在人类生产活动影响下的水化学场时空演化，为地下水合理开发、水源保护提供参考依据。

岩溶; 水源地; 水化学；邹城双村

引文格式：张丰，李爱军.邹城市双村岩溶水系统水化学演化分析[J].山东国土资源，2015，31(5)：54-56.ZHANG Feng，LI Aijun. Analysis on Water Chemistry Evolution of Shuangcun Village Karst Water System in Zoucheng County[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：54-56.

邹县双村岩溶水系统位于山东省邹城市西南部的双村至微山县两城地区，由寒武系、奥陶系的碳酸盐岩组成，为单斜构造式岩溶水系统，即双村岩溶水系统，面积约553km2，其中裸露区面积246.75km2，地势南北高，中间低。第四系覆盖层埋深由南向北、由东向西逐渐加厚，最厚近200m*山东省第三水文地质工程地质大队，邹县电厂供水水文地质勘探报告，1977年。双村岩溶水的开采始于1980年前后，当时仅部分缺水山村开采岩溶水，用于人畜饮水，总开采量不足1万m3/d。到1985年邹县发电厂一号机组建成投产后，区内岩溶水开采量已达到5.36m3/d。其后，随着当地工农业经济的快速发展，对岩溶水的开采也逐年增加，目前开采井59眼、开采量已达25万～27万m3/d，形成了我国北方少有的特大型岩溶水水源地。

1　水化学多年演化特征

1.1水源地运行初期水化学演化特征

1.2水源地运行中后期水化学演化特征

随着区内工农业快速发展，区内地表水体水环境逐年变差。根据多年水质监测资料*山东省鲁南地质工程勘察院，山东省济宁市地质环境监测报告,2013年，区内地表水多兼做排污水道，水质较差，TDS为500～900mg/L，水化学类型一般为HCO3·Cl·SO4-Na·Ca或HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型水，水中Cl-,Na+含量较高；第四系孔隙水受补给源和所处地质环境的影响，水化学类型复杂，以白马河为界，西部一般为HCO3-Na·Ca(Mg)型水，TDS为700～1200mg/L，东部TDS局部变化大，水质类型复杂；岩溶水相对第四系水而言，在平面上分布上的变化相对稳定，水质类型由HCO3·SO4-Ca(Mg)型水向HCO3-Ca(Mg)型水演变，TDS一般在350～650mg/L之间。

多年来由于受开采量不断增加，地表水补给比重不断加大的影响，岩溶水水质有逐渐变差、水化学类型变复杂的趋势[1](图1)，其特征表现为：

图1　主要离子浓度多年变化曲线图

2　水化学演化形成分析

2.1地下水开采的影响

2FeS2+5O2+2H2O→2FeSO2+2H2SO4

这个化学反应，可以造成一个强酸性环境，使岩层中原来不溶解或不易溶解的化合物(如土层中经常存在的钙、镁、铁、锰的化合物)变得易于溶解，从而使地下水的铁、锰、镁以及硫酸根离子含量大大增加，地下水的溶解性总固体、硬度亦随之升高。

2.2生活污染的影响

人类活动的废弃物(包括液、固、气3种形式)通过污水灌溉、污水沟渠渗漏、过量使用化肥及大气污染干湿沉降等进入土壤，在土壤中发生机械过滤、生物分解、离子吸附与交换等化学作用，随下渗水进入含水层，使地下水中一种或多种化学组分浓度增加：土壤中的有机物在微生物的参与下分解生成氨、H2S等，进而再经过氧化生成硝酸、硫酸等酸类，化学反应式为：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NO+O2→2NO2

4NO2+O2+2H2O→4HNO3

2H2S+3O2→2SO22H2O

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4

此外大气中的SO2进一步氧化也可生成H2SO4随降雨进入土壤，这样就改变了土壤的化学环境条件，H2SO4与环境中的盐类作用形成硫酸盐，与方解石、白云石作用生成Ca,Mg硫酸盐,在不断的溶蚀作用下，Ca,Mg离子含量便逐渐增加[5]。生活污水中的Na,Cl含量较高，且迁移能力很强，易进入地下水中，使相应离子浓度增加，再与Ca、Mg离子发生阳离子交换作用产生易溶盐类如CaCl2，MgCl2等，地下水中的Ca,Mg,Cl,SO4离子含量便同步上升。水化学演化机理见图2。

图2　地下水离子浓度变化化学机理图解

3　结论

1985年以前双村岩溶水系统内岩溶水开采量较小，岩溶水基本处于自然均衡状态，其水位波动范围小于1m。自1985年邹县电厂使用以来，逐年形成了以双村、唐村为中心的岩溶水水位降落漏斗。降落漏斗区域水力梯度较大，补给强度大，岩溶水环境防护能力随之变差，污染物质容易通过漏斗区域快速渗透、迁移进入岩溶地下水中，从而改变地下水环境质量。因此，加强地质环境保护，防止岩溶水遭受污染，对保持岩溶水可持续利用起着至关重要的作用。

[1]陈洪年.双村岩溶水系统多年开采动态分析及潜力评价[A]//山东省环境地质文集[C].北京：地质出版社，2007.

[2]卜华.邹城市双村岩溶水系统地下水环境质量现状评价[J].山东地质，2000,16(1)，52-58.

[3]吴爱民,陆书南,周绍智.岩溶水开发与水环境演化——山东双村强渗透性开放岩溶水系统典型研究[M].北京：地震出版社，2003:78-82.

[4] 陆书南,陈洪年.鲁南双村岩溶水系统铀同位素研究[A]//地质与可持续发展——华东六省一市地学科技论坛文集[C].济南:山东科学技术出版社，2003:117-120.

[5]王现国,刘丕新,董永志,等.浅层孔隙地下水水质演化机理研究[M].郑州：黄河水利出版社，2005:56-66.

Analysis on Water Chemistry Evolution of Shuangcun Village Karst Water System in Zoucheng County

ZHANG Feng，LI Aijun

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100，China)

Regarding Shuangcun village karst water system in Zoucheng county in Shandong province as an example, by using water quality monitoring data in many years, change characteristics and distribution regularity of key ion contents have been compared, and the impacts of groundwater exploitation domestic pollution to chemical environment of groundwater have been analyzed. It is contribute to understand spatial and temporal evolution of water chemical field under the impact of the human activities. It also will provide some references for reasonable exploitation and water source protection of groundwater.

Karst：water source；water chemistry; Shuangcun in Zoucheng city

2014-07-02；

2014-08-04；编辑：陶卫卫

张丰(1983—)，男，湖北公安人，工程师，主要从事水工环地质工作;E-mail:lnyzhangfeng@163.com

P641.134

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