張豐，李愛軍

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 兗州　272100)

鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)演化分析

張豐，李愛軍

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 兗州272100)

以山東省鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用多年水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料對(duì)主要離子含量的變化特征及分布規(guī)律進(jìn)行研究比對(duì)，分析地下水開采及生活污染對(duì)地下水水化學(xué)環(huán)境的影響，有助于認(rèn)識(shí)在人類生產(chǎn)活動(dòng)影響下的水化學(xué)場(chǎng)時(shí)空演化，為地下水合理開發(fā)、水源保護(hù)提供參考依據(jù)。

巖溶; 水源地; 水化學(xué)；鄒城雙村

引文格式：張豐，李愛軍.鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)演化分析[J].山東國(guó)土資源，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.

鄒縣雙村巖溶水系統(tǒng)位于山東省鄒城市西南部的雙村至微山縣兩城地區(qū)，由寒武系、奧陶系的碳酸鹽巖組成，為單斜構(gòu)造式巖溶水系統(tǒng)，即雙村巖溶水系統(tǒng)，面積約553km2，其中裸露區(qū)面積246.75km2，地勢(shì)南北高，中間低。第四系覆蓋層埋深由南向北、由東向西逐漸加厚，最厚近200m*山東省第三水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，鄒縣電廠供水水文地質(zhì)勘探報(bào)告，1977年。雙村巖溶水的開采始于1980年前后，當(dāng)時(shí)僅部分缺水山村開采巖溶水，用于人畜飲水，總開采量不足1萬(wàn)m3/d。到1985年鄒縣發(fā)電廠一號(hào)機(jī)組建成投產(chǎn)后，區(qū)內(nèi)巖溶水開采量已達(dá)到5.36m3/d。其后，隨著當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)巖溶水的開采也逐年增加，目前開采井59眼、開采量已達(dá)25萬(wàn)～27萬(wàn)m3/d，形成了我國(guó)北方少有的特大型巖溶水水源地。

1　水化學(xué)多年演化特征

1.1水源地運(yùn)行初期水化學(xué)演化特征

1.2水源地運(yùn)行中后期水化學(xué)演化特征

隨著區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，區(qū)內(nèi)地表水體水環(huán)境逐年變差。根據(jù)多年水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料*山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省濟(jì)寧市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告,2013年，區(qū)內(nèi)地表水多兼做排污水道，水質(zhì)較差，TDS為500～900mg/L，水化學(xué)類型一般為HCO3·Cl·SO4-Na·Ca或HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型水，水中Cl-,Na+含量較高；第四系孔隙水受補(bǔ)給源和所處地質(zhì)環(huán)境的影響，水化學(xué)類型復(fù)雜，以白馬河為界，西部一般為HCO3-Na·Ca(Mg)型水，TDS為700～1200mg/L，東部TDS局部變化大，水質(zhì)類型復(fù)雜；巖溶水相對(duì)第四系水而言，在平面上分布上的變化相對(duì)穩(wěn)定，水質(zhì)類型由HCO3·SO4-Ca(Mg)型水向HCO3-Ca(Mg)型水演變，TDS一般在350～650mg/L之間。

多年來(lái)由于受開采量不斷增加，地表水補(bǔ)給比重不斷加大的影響，巖溶水水質(zhì)有逐漸變差、水化學(xué)類型變復(fù)雜的趨勢(shì)[1](圖1)，其特征表現(xiàn)為：

圖1　主要離子濃度多年變化曲線圖

2　水化學(xué)演化形成分析

2.1地下水開采的影響

2FeS2+5O2+2H2O→2FeSO2+2H2SO4

這個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可以造成一個(gè)強(qiáng)酸性環(huán)境，使巖層中原來(lái)不溶解或不易溶解的化合物(如土層中經(jīng)常存在的鈣、鎂、鐵、錳的化合物)變得易于溶解，從而使地下水的鐵、錳、鎂以及硫酸根離子含量大大增加，地下水的溶解性總固體、硬度亦隨之升高。

2.2生活污染的影響

人類活動(dòng)的廢棄物(包括液、固、氣3種形式)通過污水灌溉、污水溝渠滲漏、過量使用化肥及大氣污染干濕沉降等進(jìn)入土壤，在土壤中發(fā)生機(jī)械過濾、生物分解、離子吸附與交換等化學(xué)作用，隨下滲水進(jìn)入含水層，使地下水中一種或多種化學(xué)組分濃度增加：土壤中的有機(jī)物在微生物的參與下分解生成氨、H2S等，進(jìn)而再經(jīng)過氧化生成硝酸、硫酸等酸類，化學(xué)反應(yīng)式為：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NO+O2→2NO2

4NO2+O2+2H2O→4HNO3

2H2S+3O2→2SO22H2O

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4

此外大氣中的SO2進(jìn)一步氧化也可生成H2SO4隨降雨進(jìn)入土壤，這樣就改變了土壤的化學(xué)環(huán)境條件，H2SO4與環(huán)境中的鹽類作用形成硫酸鹽，與方解石、白云石作用生成Ca,Mg硫酸鹽,在不斷的溶蝕作用下，Ca,Mg離子含量便逐漸增加[5]。生活污水中的Na,Cl含量較高，且遷移能力很強(qiáng)，易進(jìn)入地下水中，使相應(yīng)離子濃度增加，再與Ca、Mg離子發(fā)生陽(yáng)離子交換作用產(chǎn)生易溶鹽類如CaCl2，MgCl2等，地下水中的Ca,Mg,Cl,SO4離子含量便同步上升。水化學(xué)演化機(jī)理見圖2。

圖2　地下水離子濃度變化化學(xué)機(jī)理圖解

3　結(jié)論

1985年以前雙村巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶水開采量較小，巖溶水基本處于自然均衡狀態(tài)，其水位波動(dòng)范圍小于1m。自1985年鄒縣電廠使用以來(lái)，逐年形成了以雙村、唐村為中心的巖溶水水位降落漏斗。降落漏斗區(qū)域水力梯度較大，補(bǔ)給強(qiáng)度大，巖溶水環(huán)境防護(hù)能力隨之變差，污染物質(zhì)容易通過漏斗區(qū)域快速滲透、遷移進(jìn)入巖溶地下水中，從而改變地下水環(huán)境質(zhì)量。因此，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)，防止巖溶水遭受污染，對(duì)保持巖溶水可持續(xù)利用起著至關(guān)重要的作用。

[1]陳洪年.雙村巖溶水系統(tǒng)多年開采動(dòng)態(tài)分析及潛力評(píng)價(jià)[A]//山東省環(huán)境地質(zhì)文集[C].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[2]卜華.鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].山東地質(zhì)，2000,16(1)，52-58.

[3]吳愛民,陸書南,周紹智.巖溶水開發(fā)與水環(huán)境演化——山東雙村強(qiáng)滲透性開放巖溶水系統(tǒng)典型研究[M].北京：地震出版社，2003:78-82.

[4] 陸書南,陳洪年.魯南雙村巖溶水系統(tǒng)鈾同位素研究[A]//地質(zhì)與可持續(xù)發(fā)展——華東六省一市地學(xué)科技論壇文集[C].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003:117-120.

[5]王現(xiàn)國(guó),劉丕新,董永志,等.淺層孔隙地下水水質(zhì)演化機(jī)理研究[M].鄭州：黃河水利出版社，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；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

張豐(1983—)，男，湖北公安人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作;E-mail:lnyzhangfeng@163.com

P641.134

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