关中经济区潜水水化学特征及质量评价

王友林，张航泊，张培栋

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710068)



关中经济区潜水水化学特征及质量评价

王友林，张航泊，张培栋

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710068)

通过大量的水质测试及分析评价，揭示关中经济区潜水水化学特征，分析评价区内潜水水质状况。研究结果表明：区内潜水水化学类型呈现出明显的区域分布规律，其水环境质量受赋存环境及人类活动长期作用的影响，面域特征明显，水体质量整体较差。

关中经济区；潜水；水化学特征；质量评价

地下水特别是潜水因其埋藏特性及自身利用价值，与人类活动关系密切。随着关中地区社会经济的迅速发展，加之关天经济区的逐步建设，人类活动加剧，区内潜水水环境状况日益严峻，本文通过对浅层地下水水化学特征的分析，评价了关中经济区现状水质情况，为后续地下水的保护与合理利用提供研究基础。

1　关中经济区潜水水化学特征

潜水水化学特征是其赋存环境、以及人类活动长期作用的结果，其分布特征受地质地貌、地下水动力场等因素控制，随地下水的补给、径流、排泄区呈现出明显的空间分布规律。

通过对区内193组潜水水样按照舒卡列夫法进行水化学分类，共分为HCO3、HCO3·SO4、HCO3·Cl、SO4· Cl、Cl等11种水化学类型。

1.1潜水水化学类型分布情况

1)HCO3型

区内潜水主要以HCO3型水为主，主要沿秦岭北麓、北山山前及渭河流域上游地区等潜水的补给区，呈面状分布。具体表现为，渭北主要分布于泾河以西，北山前缘地带；渭河南岸主要分布于临渭华黄土塬以西及秦岭北麓前缘地带。

2)HCO3·SO4型

渭河北岸主要集中于泾河以东金水沟以西山前冲积平原及河漫滩，渭河南岸主要集中于渭河下游渭南地区洪积扇前缘至渭河阶地地带。

3)HCO3·SO4·Cl型

主要以面状分布于渭河南岸零河以东及渭北泾河以东渭河冲积平原，点状分布于韩城西庄镇、龙门镇。

4)HCO3·Cl型

主要以点状零星分布于岐山县温家村、武功县杨家村等地。

5)HCO3·Cl·SO4型

仅以条状分布于渭河下游潼关及大荔赵渡镇一带。

6)SO4·Cl型

分布于清水河以东，临渭区固市镇至田市镇、蒲城县荆姚镇至陈庄镇一带、大荔羌白镇至双泉镇一带及朝邑黄河漫滩地区。

7)SO4·Cl ·HCO3型

以条状分布于三原西阳镇、大程镇与高陵县之间，田市镇、固市镇有零星分布。

8)SO4、SO4·HCO3型

零星分布于富平庄里镇、居河韩城城区段两岸。

9)SO4·HCO3·Cl型

主要以点状零星分布于渭河北岸泾河以东泾阳王桥镇、三原县城南、临渭区固市镇。

10)Cl·HCO3型

仅以点状分布于临潼代王镇渭河阶地。

11)Cl·SO4型

主要以带状分布于渭河以北石川河以东下吉镇、党睦镇、交斜镇，蒲城县城南、朝邑镇黄河漫滩。

1.2潜水水化学分布特征

图1　蒲富黄土台地-卤泊滩凹地-渭河阶地一带潜水常规离子变化分布图

依据图1所示分布情况，区内潜水水化学类型呈现明显的区域分布规律，渭河以北表现为沿泾河东西两侧分布明显差异，渭河以南表现为下游阶地与其他地貌单元的分布差异，且渭河南岸相较北岸水化学类型简单。

1.2.1渭河以北泾河以西地区

该区域内地形坡度较大，潜水含水层岩性为黄土状土、砂质粘土、砂砾卵石，包气带透水性好，利于大气降水和地表水直接补给，以溶滤作用为主；由于地形坡降相对大，地下水径流通畅，水体循环积极，盐份在水中不易积累，因此阴离子无明显水平分带规律，在大范围内形成了单一的HCO3型水，仅在乾礼黄土塬间洼地的部分地段，因水位埋藏浅，蒸发浓缩作用强，矿化作用略有增强，形成HCO3·SO4型水。

阳离子分布具一定规律性。漆水河以西大部分地区以Ca型水为主，其次为Ca·Mg及Ca·Na型水；漆水河以东以Na型水为主，其次为Ca·Mg、Ca·Na及Mg·Ca、Mg·Na型水，显示出漆水河东西两侧潜水矿化作用的差异性。乾-礼黄土塬区及洪积扇前缘含水层多为黄土状土和薄层粉细砂，其渗透性差，径流较滞缓，利于地下水对土层的溶滤作用，地下水中的Ca2+与富含Na+的黄土层颗粒间发生阳离子交替吸附作用，使水中Na+富集。凤翔、岐山地区，含水层以黄土和砂砾卵石层为主，地表水系较发育，补给条件较好，潜水径流通畅，形成Ca、Ca·Na、Na·Ca型水。

1.2.2渭河以北泾河以东地区

总体上区域内水化学类型从山前至渭河具明显的水平分带规律，水化学类型极其复杂。阴离子分布由北而南依次为HCO3(山前洪积扇)→HCO3·SO4(洪积扇前缘、黄土台塬后缘)→SO4·Cl(黄土台塬)→Cl·SO4(卤泊滩一带)→SO4·Cl(卤泊滩一带)→HCO3·SO4(渭河阶地前缘、河漫滩)(见图1)，至洛河下游大荔近渭河一带，水体循环强烈形成HCO3型水。阳离子无明显变化，以Na、Na·Mg型为主。矿化度由北山前向渭河逐渐增大，在固市镇一带大于5.0 g/L，至渭河漫滩有所降低，在1.0～2.0 g/L之间。通过绘制水化学三线图(图2)，结合样点分布位置，可以看出随地质地貌及径流条件的变化，Cl-、SO42-毫克当量提高，占到70%以上，阳离子为以Na+为主的易溶性碱金属，说明该区域潜水水样以碱及强酸为主的水化学特征。

上述分带特点与该区域内地质地貌及水文地质条件密切相关。山前地带坡降相对较大，上部含水岩层颗粒较粗，透水性较好，常有洪流补给，径流较为通畅；且塬区沟谷发育、切割较深，排泄强烈，故多形成以HCO3型为主的低矿化淡水。泾阳、三原一带含水层透水性较好，阳离子为Na·Mg、Na和Mg·Na型，富平、蒲城一带为Mg·Na及Na型，澄城、合阳一带以Na及Na·Ca、Na·Mg型为主。水中富含Na的原因主要是来自山区的富含钙的地下水与富含钠的土层发生阳离子交替吸附作用所致。另一原因是由于钙的溶解度低，随矿化度的增高不断析出沉淀，相对含量较低。至中部黄土台塬区，由于地形高差较小，大型构造洼地相间分布，使地势时起时伏，岩性为黄土状砂粘土组成，洼地为大量粉土质砂粘土、粘砂土层，透水性差，潜水径流缓慢，局部地

段径流停滞，如卤泊滩洼地的中心地段，以强烈蒸发为其主要排泄途径。因此形成了多种化学类型的高矿化水至盐卤水。阶地区位于渭、洛、黄河交汇的三角地带，宽阔平坦，岩性为细粉砂、淤泥质砂粘土，透水性差，加之多年地表水灌溉因渗漏引起潜水位急剧上升，致使水力坡度甚微，潜水埋藏浅，蒸发强烈，径流滞缓甚至停滞，以垂直排泄为主。因而以阶地中后缘的固市为中心，形成了以硫酸盐型为主的微咸水至咸水。在一级阶地前缘和漫滩区，因径流条件较好，潜水矿化作用有所减弱。形成HCO3·SO4型的微咸水。仅在渭河岸边和沙丘分布地带，由于水循环较为积极和径流通畅以及河水侧渗的稀释淡化作用，因而形成低矿化的HCO3淡水。从中部塬区到阶地区，阳离子大多以Na和Na·Mg-Na·Ca型为主，也是由于径流特点、岩性、阳离子交替吸附、蒸发浓缩等综合作用所造成。总之，从山前至渭河潜水总矿化作用表现了由弱到强，再转为由强到弱的规律(见图2)。

此外，由于区内地层本底值的关系及地下水的蒸发浓缩作用，区内由蒲城至临渭区固市一带部分地段出现地下水高氟现象，氟离子含量一般为2～4 mg/L，局部高达5 mg/L，地方性氟中毒病较严重。

1.2.3渭河以南地区

从秦岭山前洪积扇至渭河阶地，区内地层岩性由粗变细，潜水流程相较北岸短、水力坡度大，加之秦岭北麓水系发育，且降水量丰富，水体循环作用强烈，地下水以溶滤作用为主。因此地下水化学类型大范围以HCO3型为主，矿化度基本以小于0.5 g/L的淡水为主。

至下游临、渭、华黄土塬地貌、山前洪积扇地貌单元以北进入渭河阶地，受渭河下游河床抬升影响，在华县与华阴地区形成中部平坦低洼的二华夹槽凹地，地下水径流受阻，地下水位埋深浅，含水层岩性较细，径流较滞缓，垂直蒸发为其主要排泄方式。地下水类型由HCO3型水过渡为HCO3·SO4型水，呈明显的带状分布特征，且从渭南城区向潼关，逐渐过渡为 HCO3·SO4·Cl和HCO3·Cl型水。

整体上阳离子以Ca、Ca·Mg型为主，局部如灞河以东沿渭河冲积阳离子以Na、Na·Mg、Mg ·Na型为主。

图2　卤泊滩一带piper图

2　关中经济区潜水水质评价

2.1评价方法及指标选取

本文依据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)，共选取氨氮、氟离子等19项指标，采用加附注评分法进行水质评价。首先进行各单项组分评价，即按各组分含量划定其所属质量类别(不同类别标准值相同时，从优不从劣)，再按地下水各单项组分评价分值表(表1)分别确定各单项组分评价分值Fi，最后按(式1)和(式2)计算综合评价分值F，进行地下水质量综合评价分级(见表2)。

表1　地下水各单项组分评价分值表

(1)

(2)

式中： p为各单项组分评价分值Fi的平均值；Fmax为各单项组分值Fi中的最大值；n为项数。

表2　地下水质量综合评价级别表

2.2评价结果分析

按照上述评价方法(1、2)，分别对区内潜水水质现状评价，评价结果如下：

根据评价结果，研究区内大部地区潜水水质劣于Ⅲ类水，其中较差、极差水样占评价总数的87%，主要表现为硝酸盐、亚硝酸盐、可溶性固体及总硬超标，个别样点存在重金属超标。

Ⅰ-Ⅲ类水，即能够满足生活饮用水的水质，其综合评分值F小于4.25，分布面积较少。在渭河以南地区主要分布于眉县齐镇-周至哑柏镇、户县草堂镇、蓝田临潼黄土塬，华县柳枝镇～潼关孟塬镇，多为秦岭北麓山前洪积扇、黄土塬地带，受人类活动影响较少，且水体循环条件良好。渭北分布相对较少，仅在彪角镇、杨凌区及韩城龙亭镇部分地区。

Ⅳ类水，仅满足农业用水及部分工业用水，适当处理后可做饮用水。F值在4.25～7.20之间，在区内大面积连续分布。根据评价结果，主要表现为NO3-、F-、总硬等含量超标，其中硝酸根超标率0.1～12.7，据超标样点分布，主要集中分布与耕地集中、远离城区的分析其受生活及农业污染影响较明显。个别地方出现重金属元素Cr6+、Mn超标。

Ⅴ类极差水，F值大于7.20，该类水不宜饮用，不具备供水意义。集中分布在人口密集、工业相对集中的西安城区、泾阳～阎良区，渭南城区经固市镇至大荔县、韩城市沿黄河一带。据评价结果，主要表现为NO3-、NO2-、SO42-、Cl-、F-、TDS、总硬、及重金属Cr6+、Mn超标严重。

3　结语

通过揭示关中经济区内潜水水化学特征及水质评价分析结果，得出以下结论：

(1)受地质地貌、水动力条件、人类活动等因素控制及影响，区内潜水水化学类型具明显的面域分布特征，沿山前及渭河上游地区向盆地中心、渭河下游地区，矿化度逐渐增高，水化学类型逐渐复杂。

(2)沿秦岭山前及北山山前一带，水化学类型简单，受人类活动影响较小，水质较好，局部水质达Ⅰ-Ⅱ类，是关中经济区建设发展的重要水源保障与保护地。

(3)由于区内潜水埋深浅，易受人类活动及地球化学环境影响，除近山前补给区外，整个区域水质均较差，总体呈现出明显的面域分布特征，一方面表现为以人类活动相对集中、潜水开采程度高的城市群范围水质极差，如西安城区及郊区、宝鸡、渭南城区及韩城一带；另一方面表现为受构造影响，水文地质条件差、水化学类型复杂地区，如固市至大荔县、泾阳～阎良区一带，潜水赋存环境差，加之无序的灌溉管理制度，潜水水质差。

[1]钱会，马致远．水文地球化学[M]．北京：地质出版社.2005.

[2]王文科，王雁林，段磊，等．关中盆地地下水环境演化与可再生维持途径[M]．郑州：黄河水利出版社.2006.

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Chemical Characteristics and Quality Assessment of the Phreatic Water in Guanzhong Economic Zone

WANG You-lin，ZHANG Hang-bo，ZHANG Pei-dong

(Shaanxi Provincial Geology Investigation Center Xi’an 710068, Shaanxi)

The article is based on a large number of water quality tests, analysis and evaluation information, it pointed out water chemical characteristic of the phreatic water and analyzed the water quality in Guanzhong Economic Zone. The results show the chemical type of the phreatic water obviously appeared regional distribution regulation, which the quality of water environment is influenced by the exist surrounding situation and a long-term human activities. The regional characteristics are clear and the overall water quality is poor.

Guangzhong economic zone；phreatic water；water chemical characteristics and quality evaluation

2016-03-21

陕西省地质勘查基金(61201203140)

王友林(1970-)，男，陕西渭南人，高级工程师，主要从事水资源及环境地质研究。

P641.12

A

1004-1184(2016)04-0007-03