秦皇岛地区地表水转地下水过程中水质变化分析

张冬冬

（河北省秦皇岛水文水资源勘测局，河北 秦皇岛066000）

据权威部门统计：在我国北方地区，65%的生活用水、50%的工业用水、33%的农业灌溉用水来自于地下水；全国657个城市中，有超过400个以地下水为饮用水源。其根本原因在于地下水的水质较好，净化成本低。地表水是地下水的重要补给源，分析地表水转化为地下水过程中的水质变化对于人为控制补给量具有重要意义。

1 地区概况

秦皇岛位于河北省东北部位置，属于海滨城市，同时也是东北亚重要的对外贸易口岸。 由于该市受华北平原区地下水超采漏斗影响，市区地下水位逐年降低，干净水资源日益紧张，这对地区经济发展，尤其是打造旅游城市名片极为不利。为此，相关部门决定效仿国外一些城市，采取开挖水库、渗漏沟等措施提高地表水补给地下水量， 但实施的前提是必须保证地下水水质合格，否则得不偿失。本文以此为背景对秦皇岛地区地表水转化为地下水过程水质变化展开分析研究。

2 基于水库渗漏的同位素示踪试验设计

2.1 试验设计思路

为了确定地表水踪迹，本文利用同位素D（氘）和18O示踪所研究水库水， 当地下水水样中发现了这两种同位素后， 便可确定地下水样品中有来自于水库水补给。 此时将地下水取样与最初的水库水样品的水质进行对比分析， 便可大致得到转化过程中水质变化情况。 试验设计思路如图1。

图1 水库渗漏的同位素示踪试验设计思路

2.2 样品采集位置设计

本文研究对象为洋河水库和石河水库，分别位于秦皇岛市抚宁县和山海关区境内，均对市区地下水有着较大的补给作用。 在此对两水库分别选取9个地表水采样点，均匀分散在水库周围；地下水采样分两种情况，有条件区域直接就近在地下水井自来水管处接水，无条件区域则使用定深取样器，均匀在水库截深沟位置取样。 本项目部分地下水取样位置（部分）如表1。

表1 部分地下水取样位置（部分）

2.3 样品同位素含量测试分析

2.3.1 同位素含量测定

本项目样品同位素含量测定工作由燕山大学化学试验室完成， 其中对同位素D的测试精度为±0.24%，18O测试精度±0.05%。 为保证，要求每个样品取6针，选取最后3针的平均值作为测试结果，采用千分偏差值δ（‰）表示，计算如式（1），测试结果（部分）如表2。

式中 R样为样品中同位素比值，18O/16O或2H/1H；R标为标准样中同位素比值。

表2 地下水样品同位素含量测定结果（部分）

2.3.2 地下水补给来源分析

在此利用克雷格降雨线法来分析各地下水样品主要补给来源，删除主要补给源不是水库水的样品，以剩下的样品为分析对象研究水库水转化为地下水后的水质变化。

以δ18O值为横坐标，δ值为纵坐标，辅以地区降水线作为参考标准，计算如式（2）。 当地下水样品中的同位素接近降水线时， 则说明其主要补给源为大气降水，删除不考虑；若接近水库水特性，则说明主要补给源为水库渗漏。

由图2可知：①不同取样位置，其地下水样品中同位素千分偏差值δ存在着较大区别； ②茹各庄大街村和庞家沟村选取的样品，其同位素组成距离洋河水库水较远，但与地区降水线较为接近，可以判断受水库渗漏影响较小，究其原因是井深较大或距离水库较远，故而删除；③大山头村农家乐地下水井样品同位素组成与洋河水库水较为接近，可以判断其主要补给来自水库渗漏，类似这类样本是接下来水质研究的对象。

图2 洋河水库附近地下水δ18O和δD测定值（部分）

3 有效水样的水质测试分析

通过前期筛选工作， 两个水库共留下了10处地下水采集点有效样品（洋河水库5处，石河水库5处），对其进行重新编号。 下面对这些有价值的地下水水样进行水质分析， 主要检测指标包括：TDS，TOC ，DOC和悬浮颗粒粒径。

3.1 水中TDS前后含量变化及原因分析

3.1.1 水中TDS前后含量变化分析

TDS是指水中溶解性总固体，在此主要检测的离子包括K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-，等， 两个水库样品的检测结果如图3和图4。

由图3和图4可知： ①两水库水的TDS值基本一样，在960mg/L左右；②与水库水相比，两个水库渗漏补给的地下水样品TDS值均变大，其中洋河水库增值范围110～150mg/L，石河水库增值范围130～330mg/L。均大于我国GB5749—2006 《生活饮用水卫生标准》限值1000mg/L， 可见水库补给地下水的TDS超标，尤其是石河水库。

图3 洋河水库各采样点地下水TDS值

图4 石河水库各采样点地下水TDS值

3.1.2 TDS含量变化原因分析

为了解两水库水补给地下水前后TDS具体变化情况，在此分别对样品进行水化学组分进行测定，具体结果如下：

（1）洋河水库水主要阳离子为Na+，主要阴离子为；地下水样品主要阳离子为Ca2+，主要阴离子为，其他离子没有较大变化。分析原因：洋河水库库底存在相当面积砂岩地层， 水库水在补给地下水过程中与砂岩发生了溶滤作用， 使砂岩中部分可溶性组分进入水流使TDS值增大，但由于溶滤作用发生缓慢，所以TDS增大相对较小。

（2）石河水库水主要阳离子为Na+，主要阴离子为；地下水样品主要阳离子为Mg2+，主要阴离子为，其他离子没有较大变化。分析原因：石河水库库底岩性主要为壤土、淤泥质黏土等，这类土质中大量CO2和可溶性盐类， 且反应速度远大于砂岩地层，因此石河水库补给的地下水TDS偏高。

3.2 水中TOC含量变化及原因分析

3.2.1 水中TOC前后含量变化分析

TOC是指总有机物含量， 也是水质评价最为重要的指标之一。 本项目两个水库样品的检测结果如图5和图6。

由图5和图6可知：①两水库水的TOC值基本一致，在10.0～10.5mg/L，远大于我国GB/T5749—2006《生活饮用水卫生标准》限值5mg/L；②与水库水相比，地下水样品的TOC值显著减小，均小于3.5mg/L，符合饮用水TOC标准。

图5 洋河水库各采样点地下水TOC值

图6 石河水库各采样点地下水TOC值

3.2.2 TOC含量变化原因分析

两水库地下水相对于水库水TOC值均减小，主要原因是水库水经过砂岩和黏土层时，水中的一部分有机物会被吸附，起到了净化过滤作用，这一过程也是地下水质的重要保证，为促进地下水补给提供了重要依据。

4 结语

通过对水体取样及水质分析可知： 洋河水库和石河水库渗漏补给的地下水TDS值偏大，技术人员将水煮开后测定，TDS结果完全满足饮用水标准； 地下水的TOC值符合饮用水标准， 总体而言水库水转化为地下水后水质得到了极大改善， 基本满足饮用水标准，有条件地区可经过自来水厂简单处理。本项目研究结果对秦皇岛地区实行人为促进地表水补给地下水方案具有重要参考价值。