德州市深层地下水水化学动态演化

冯颖，吴清华，刘帅

(山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队，山东 德州 253015)

德州市深层淡水资源比较丰富且分布范围广，德城区1965年就将深层地下水作为供水水源，1985年随着工业的迅速发展，需水量急剧增加，各县区深层地下水的开采量也急剧增加。而由于长时间大量的开采，引发了一系列的地质环境问题[1-5]，如深层地下水降落漏斗和地面沉降等。为了缓解供水压力，很多地区已经饮用地表水，但仍有部分居民以深层地下水作为饮用水水源，因此研究深层地下水水化学类型和水化学主要组分的动态演化具有十分重要的意义。

1 深层地下水水质监测现状

德州市对深层地下水水质的监测时间较早，但监测的连续性较差，且取样数量较少，仅在少数几个县区进行了深层地下水取样。该次德州市深层地下水水化学动态特征分析的数据资料来自于德州市地质环境监测站开展的地下水水化学动态监测。

该次研究选取了五个数据连续性较好且较典型的水质进行水化学动态分析，分别为德城区、临邑县城、武城县城和齐河县城、禹城县域。其中德城区水质资料为1998—2017年，每年一期；临邑县水质资料1998—2017年，每年一期；武城县水质资料为2009—2017年，每年一期；齐河县水质资料为2011—2017年，每年一期；禹城县水质资料为2012—2017年，每年一期。选择主要离子(矿化度、硫酸根、氯离子和重碳酸根离子)研究深层地下水动态变化规律。

2 深层地下水水文地质特征

深层地下水含水层厚度和埋藏分布主要受基底构造、中层咸水底界面和古地理环境的控制。由于咸水底界面起伏变化，深层地下水埋藏深度不尽相同，在区内总体上表现为中间浅两边深。平原-陵城区-宁津一线以西和乐陵以东深层地下水含水层埋藏深度大于200m，中间地带深层地下水埋藏深度多小于200m。

古太行水系在德州市西北部形成了大面积的河湖相地层，含水砂层颗粒较细，厚度相对较大，主要呈层状展布，地下水富水程度相对较强；南部齐河、禹城一带为泰沂山山前冲积地层，颗粒较粗，但厚度较薄。从南部石灰岩分布区流入区内的地下水中，含有大量的钙质成分，随着径流距离的增长，逐渐富集沉淀，形成大量钙质胶结砂岩、底砾岩，使得南部深层含水砂层极不发育，地下水富水程度相对较弱。

根据含水层岩性、厚度和单位涌水量将深层地下水大致分为丰富区、较丰富区和贫乏区3个区。

图1 德州市深层地下水水文地质图

(1)深层地下水丰富区。除庆云、乐陵北部和齐河一带外，在区内广泛分布。砂层累计厚度大于40m，砂层岩性以粉砂、细砂和中砂、中细砂为主，单位涌水量多在50～75m3/d·m之间；在宁津县、德城区附近和禹城—平原一带砂层累计厚度大于60m，单位涌水量达100～200m3/d·m，其中，德城区是全区最大的开发利用地段。

(2)深层地下水较丰富区。主要分布在庆云、乐陵两县的东北角和齐河仁里—安头一带，砂层厚度20～40m，岩性为细砂、中砂夹砂岩，单位涌水量小于50m3/d·m。

(3)深层地下水贫乏区。主要分布在齐河-广饶大断裂南侧的齐河沿黄一带，呈NE向的条带状展布，含水砂层薄，累计厚度小于20m，岩性为中砂、中细砂，由于其中多含泥质砂或形成半胶结状的砂岩，富水性较差，单位涌水量小于50m3/d·m。

3 水化学演化过程

3.1 水化学类型演变

表1 德州市深层地下水水化学类型

综合分析，除个别年份个别监测点的水化学类型发生改变外，大部分监测点的水化学类型能保持多年不变。通过进一步研究，水化学类型发生变化的原因也仅仅是因为某个离子的摩尔百分数在25%左右变化，但水质并未发生实质性的改变。

3.2 主要水化学指标演变

3.2.1 德城区

重要组分多年动态曲线图显示：德城区深层地下水代表点重要离子中除矿化度2002年较1998年有一个比较大幅度的升高外，多年离子含量比较平稳，呈小幅度的波浪状变动(图2)，其矿化度多年均小于1000mg/L。

图2 德城区监测点主要化学组分多年动态曲线图

矿化度含量2000年以前较低，在650mg/L左右，2002年就升至891mg/L，随后几年一直维持在800～1000mg/L之间，2017年与1998年相比升高288mg/L；氯离子含量比较稳定，1999—2017年均小于60mg/L，1998年氯离子含量较大为76mg/L；硫酸根离子2014年含量较低，为57mg/L，2012年含量最高为134mg/L，2017年与1998年相比升高12mg/L；重碳酸根离子2017年与1998年相比含量上升98mg/L，其中2016年重碳酸根离子含量最高为506mg/L(表2)。

表2 德城区深层地下水主要化学指标变化(mg/L)

3.2.2 临邑县城

根据主要组分多年动态曲线(图3)可以看出：临邑县城代表点地下水化学组分含量除2012年矿化度和硫酸根离子急剧上升外(可能与取样位置发生变化有关)，均呈比较平稳的趋势，未发生太大的波动。

图3 临邑监测点主要化学组分多年动态曲线图

临邑县代表点矿化度在2012年时含量达到最大值为1780mg/L，其他年份含量比较稳定，2017年与1998年相比含量升高74mg/L；氯离子含量多年维持在250mg/L以内，仅2016年降至最低值194mg/L；硫酸根离子整体呈降低的趋势，2017年与1998年相比含量降低76mg/L，仅2016年达到最高值571mg/L；重碳酸根离子除2015年和2016年含量超过400mg/L外，其他年份含量均低于400mg/L，但整体呈现上升的趋势(表3)。

表3 临邑深层地下水主要化学指标变化(mg/L)

3.2.3 武城县城

根据主要组分多年动态曲线可知(图4)，武城县深层地下水代表点主要化学组分比较稳定，各离子都未出现大的波动。

图4 武城监测点主要化学组分多年动态曲线图

2009—2017年之间，武城代表点矿化度比较稳定，多年含量均在1000mg/L左右；氯离子含量均在50mg/L左右，仅2012年为131mg/L，其他年份硫酸根离子含量有新波动，但总体保持稳定；重碳酸根离子含量整体也呈上升趋势，2017年比2009年含量上升122mg/L，其中2016年达到573mg/L(表4)。

表4 武城深层地下水主要化学指标变化(mg/L)

3.2.4 齐河县城

根据主要组分多年动态曲线(图5)可以看出：齐河代表点地下水化学组分含量除2013年矿化度和硫酸根离子急剧上升外(可能与取样位置发生变化有关)，都呈比较平稳的趋势，未发生太大的波动。

图5 齐河监测点主要化学组分多年动态曲线图

齐河县深层地下水水质较好，矿化度含量比较低，2011—2017年均低于500mg/L，其中2012年含量最低为348mg/L，2017年比2012年含量升高104mg/L；氯离子含量也较低，且比较稳定，最大含量仅为28mg/L；硫酸根离子含量2016年最低为19mg/L，2017年最高为67mg/L；重碳酸根离子含量多年来均小于300mg/L，2017与2011年相比，含量升高36mg/L(表5)。

表5 齐河深层地下水主要化学指标变化(mg/L)

3.2.5 禹城县城

根据主要组分多年动态曲线(图6)可以看出：禹城代表点主要化学组分含量在2013年有一个明显升高的趋势，2013年与2014年基本持平，2015年又出现下降趋势，随后各离子含量呈比较平稳的趋势。

图6 禹城监测点主要化学组分多年动态曲线图

禹城代表点矿化度含量在2013年和2014年时达到最大值，在1600mg/L左右，矿化度含量整体呈上升趋势，2017年与2012年相比含量上升305mg/L；氯离子含量除2012年为256mg/L最低外，其他年份均在350mg/L左右；硫酸根离子含量整体比较稳定；重碳酸根离子含量均小于300mg/L，仅2017年达到305mg/L(表6)。

表6 禹城深层地下水主要化学指标变化(mg/L)

4 水化学演化原因分析

根据深层地下水多年水质动态曲线发现，深层地下水化学成分含量年际变化较小。说明深层地下水水化学动态受外界人为因素和自然变化影响较小，主要是地下水在开采过程中，随着地下水压力及氧化-还原环境条件的改变而发生变化，其水化学组分含量的变化是由自身的水化学地球环境影响所致[6-16]。

5 结论

(1)德城区和武城县城水化学类型比较稳定，未发生变化，临邑和齐河个别年份的水化学类型发生变化，但水质并未发生实质性的改变。

(2)就主要水化学组分含量而言，5个地区多数离子含量呈上升趋势，但变化幅度相对较小。德城区深层地下水大多数离子含量呈上升趋势，仅氯离子含量下降；临邑县深层地下水矿化度与重碳酸根离子含量上升，氯离子和硫酸根离子含量下降；武城县深层地下水各离子含量以上升为主；齐河县除氯离子含量持平，其他离子含量均上升；禹城县各主要离子含量均上升。