红层丘陵区浅层地下水水化学特征及水质评价

冯文凯，方宏宇，黎一禾，白慧林

(地质灾害防治与地质环境保护国家重点试验室(成都理工大学)，四川 成都 610059)

0 引 言

地下水水化学和水质评价是水文地质学的重要研究内容之一，进行相关研究对揭示地下水水化学特征具有重要意义，对地下水环境的改善、保护及可持续的合理开发利用也具有重要的实际价值[1-3]。物源的沉积环境及沉积组合特征决定了地下水水化学特征，还受一系列自然因素和人为因素的影响[4]。

红层地下水是以各种形式存在于红层空隙中的水[5]。四川红层有不同的特点，川中红层地下水类型可以分为第四系松散土层类孔隙水和碎屑岩类孔隙-裂隙水，地下水分布受地形控制[6]；川东北地下水类型分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水(包括风化裂隙水和构造裂隙水)和碎屑岩类裂隙孔隙水(红层承压水)[7]。王晓东等[8]以四川省红层找水打井工程为依托，通过分析水质监测资料，简述了红层浅层地下水水化学现状并进行评价。陈倩等[9]对泸州红层区浅层地下水控制性水样进行数理分析，总结研究区水化学特征，并结合Piper三线图及饱和指数分析，表明了水文地球化学作用过程。

自2015年遂宁市被评选为全国首批海绵城市试点建设区以来，城市和经济建设高速发展，遂宁市红层丘陵区浅层地下水作为影响生态环境建设和社会经济发展的主要因素而备受关注。为此，本文利用经典统计学、Piper三线图、单项指标法和等值线图等多种方法，对遂宁市红层丘陵区浅层地下水水化学特征和水质进行分析评价，以期揭示区内水化学类型及分布特征、水质现状和成因，为发展和建设提供科学依据。

1 研究区概况

遂宁市位于四川盆地中部，涪江中游，研究区北至吉祥镇，南至复桥镇，西至桂花镇，东至高坪镇。全区地势东北部及南部高，中部及西北部低，由北向南呈波状起伏，是四川盆地因构造剥蚀形成的典型丘陵景观。区内地貌以红层丘陵为主，次为冲积平坝区，断裂、褶皱等构造不发育，岩层近水平。

研究区属四川盆地亚热带湿润季风气候，年平均气温17.5 ℃，年均降雨量约1 100 mm。降雨多集中在6月～8月，占年降雨量约50%。研究区属涪江水系，涪江源自北龙门山区，于蓬溪回马场流入遂宁境内，平均坡降为0.064 2%，河面平均宽500 m，流速缓慢，平均为1.5 m/s，散流在第四系平坝中。

区内地下水按其赋存条件分为河谷冲积平原、丘间谷地第四系松散岩类孔隙水及侏罗系碎屑岩类(红层)裂隙水。其中，第四系松散岩类孔隙水分布于涪江沿岸的河漫滩及两岸Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ级阶地和红层丘间沟谷内；侏罗系碎屑岩类(红层)裂隙水主要分布于中～深丘区丘坡近顶部或丘坡坡脚一带。孔隙水含水层岩性主要为粉土、粉质粘土、粉～细砂及砂卵砾石，局部夹碎块石，顶板埋深3.70～10.40 m。裂隙水含水层岩性主要为薄层状泥岩、粉砂质泥岩与薄～中厚层状泥质粉砂岩、砂岩不等厚互层。

地下水补径排特征主要受地形及水文网的控制，总体上呈丘坡接受降雨补给，沟谷进行排泄，地下水的动态变化随季节变化的特点，可分为中～深丘区域，缓～浅丘区域，河漫滩、阶地等3个典型区域。其中，中～深丘区域主要分布在研究区北部、南部及南东部，降水入渗地下并赋存于近地表风化裂隙、构造裂隙中，丘陵斜坡中上部地下水在重力作用下，向附近地势较低的沟谷运移排泄，在斜坡中下部砂泥岩交接带常见泉水出露。缓～浅丘区域主要分布在研究区中部、西部，该区地下水运移途径短，流速缓慢，主要排泄方式为分布于沟谷内及丘坡坡脚一带的人工井点。河漫滩、阶地主要分布在涪江两侧，表现为河漫滩及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ级阶地。Ⅰ级阶地接受降水补给和涪江水侧向补给，地下水量大，流速快，排泄方式主要为人工抽水排泄；Ⅲ、Ⅳ级阶地为降水补给，局部有塘堰、沟渠的入渗补给，但阶地呈窄条带状展布，不利于地下水的汇集，水量贫乏。

2 研究方案

研究区采样点的布设主要考虑2个原则：一是，沿地下水流向为主与垂直地下水流向为辅相结合的功能性布点；二是，根据地下水补径排特征的控制性布点。此次共采集水样145组。其中，孔隙水样43组，基岩裂隙水样102组。孔隙水样取自涪江两岸河漫滩及一级阶地，部分取自基岩区沟谷内；裂隙水样取自区内遂宁组与沙溪庙组地层中的井点及泉点。同时，采用GPS记录采样位置。采样过程中，用预采样品对采样瓶进行3次以上的冲洗，再进行取样，采样深度在2～40 m。地下水样品采集点分布见图1。

图1 研究区地下水样品采集点分布

对水样的测试包括全分析与简分析。其中，43组孔隙水样中全分析水样28组，简分析水样15组；102组基岩裂隙水样中，全分析水样44组，简分析水样58组。利用Aquachem V3.7软件绘制Piper三线图，以查明研究区地下水水化学类型，并通过Mapgis差值得出地下水水化学类型的分布区域及面积图，进一步了解其分布情况。同时，对所取水样进行常规化指标、常规无机毒理学指标以及非常规指标3项指标测试，采用单项指标评价结果最差的类型对水样进行水质评价，利用水样数据投点上图和插值的方法得到了研究区的水质影响指标等值线图，以期揭示其水质成因。

3 地下水水化学特征

3.1 水化学参数特征统计

表1 地下水水化学参数特征统计 mg/L

3.2 水化学类型及其分布

图2 地下水水化学类型

图3 研究区地下水类型分布

4 水质评价

4.1 指标测试结果

4.2 水质现状评价

根据GB/T 14848—2017，结合指标测试结果，采用单项指标评价结果最差的类型，对采集的145组水样进行地下水质量评价。结果表明，区内仅1组Ⅰ类地下水，占总数的0.69%；Ⅱ类地下水24组，占总数的16.55%；Ⅲ类地下水54组，占总数的37.24%；Ⅳ类地下水39组，占总数的26.90%；Ⅴ类地下水27组，占总数的18.62%。各水质类型地下水分布情况见图4。分布于中部以及下部呈条带状的基岩裂隙水为Ⅰ、Ⅱ类水，该区地形坡度较大，部分区域地下水以泉的形式出露于丘坡中上部，地下水径流深度浅，径流时间短，土壤及岩石中的矿物成分进入地下水中的量较少，地下水水质好；分布于北部及南部的基岩风化裂隙水、沟谷孔隙水为Ⅲ类水，水质较好且分布面积广，是区内居民生活用水的主要来源；分布于西北部、中部及整个西南部的基岩裂隙水和孔隙水属于Ⅳ类水，是区内分布最广的水质类型；分布为遂宁城区及附近的第四系冲洪积层孔隙水、基岩风化裂隙水属Ⅴ类水，该区地下水受生活废水、工业污水、施工场地废水等人为污染影响。

表2 水质指标超标率统计

图4 研究区地下水质量分布

图5 水质影响指标等值线

将区内所取水样物理、化学指标分析结果与世界卫生组织发布的健康饮用水标准指导值作对比，饮用水口感主要与溶解性总固体含量有关，由好到差分为5个等级，对应溶解性总固体含量分别为小于300、300～600、600～900、900～1 200 mg/L以及大于1 200 mg/L，所取样品中溶解性总固体超过1 200 mg/L的仅有4组，超标率仅为3.45%。根据世界卫生组织标准，饮用水允许的pH范围为6.5～9.2，而所取水样pH值为6.05～7.99，均符合要求。因此，研究区浅层地下水饮用水中溶解性总固体和pH值均符合世界卫生组织标准。

4.3 水质影响指标及成因分析

(1)Fe。超标区基岩主要为侏罗系沙溪庙组，该地层铁铝质矿物含量高，具团块状泥岩由铁铝质固结的残积泥砾结构，造成区内浅层地下水Fe含量高。

(2)Mn。区内第四系粘土层中局部见铁锰及豆状小结核，粘土矿物以伊利石为主，次为蒙脱石；下部砂砾卵石层砾石主要为侵入岩类，局部富集铁锰，砾石表面时见褐色锰膜或根系状锰树。由于该地层富含铁、锰，造成该地层分布区域铁、锰超标现象较为普遍。

5 结 语

本文基于经典统计学、Piper三线图、单项指标法、等值线图等多种方法，对遂宁市红层丘陵区浅层地下水进行了研究，得出以下结论：

(2)基于单项指标法的评价结果显示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水各占总样本的0.69%、16.55%、37.24%、26.90%、18.62%，区内浅层地下水饮用水中溶解性总固体和pH值均符合世界卫生组织标准。

(4)采用单项指标法既可从整体上评价地区的水质情况，又可指出主要的污染物，对传统的水质评价方法进行了很好的补充。