淺層地下水化學(xué)成分分析

石偉偉

摘 要：地下水是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的主要來源之一，地下水水化學(xué)成分及礦化度直接影響其使用價(jià)值。不同地區(qū)的地下水化學(xué)成分和礦化度有較大的差異，分析地下水化學(xué)的時(shí)空變化規(guī)律對(duì)地下水的合理開發(fā)利用和治理具有重要意義。本文就淺層地下水化學(xué)成分進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地下水；化學(xué)；成分分析

引言

地下水是含有各種礦物質(zhì)的復(fù)雜綜合體，其化學(xué)成分在空間分布上具有一定的規(guī)律性，即地下水化學(xué)成分分帶性，是指一定區(qū)域的地下水化學(xué)成分和礦化度沿一定的方向呈帶狀規(guī)律變化的特性。

一、地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

在使用水的分析結(jié)果時(shí)，首先應(yīng)對(duì)分析數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行分析處理，并對(duì)水文地球化學(xué)問題作出合理的解釋。

1.1水分析數(shù)據(jù)可靠性審查

（1）陰陽(yáng)離子平衡的檢查。天然地下水的化學(xué)成分是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中形成的，以各種元素的離子、分子、溶解的和未溶解的氣體成分、活的或死的微生物（細(xì)菌）以及不同成分的膠體物質(zhì)等形態(tài)存在。通常情況下，陰陽(yáng)離子是地下水中的主要組成部分，因而在做水質(zhì)分析時(shí)，對(duì)水中陰陽(yáng)離子的平衡檢查就非常必要。首先將所有的陰陽(yáng)離子的單位由原來的mg/l，換算為當(dāng)量濃度（meq/l），轉(zhuǎn)換公式為：meq/l=（離子的毫克數(shù)/升）×離子的化合價(jià)/離子的原子量，再通過計(jì)算水中陰陽(yáng)離子的相對(duì)誤差來判斷水分析數(shù)據(jù)的可靠性。離子平衡的檢查公式為：

E=100×（Σmc-Σma）/（Σmc+Σma）

式中，E為相對(duì)誤差（%），mc及ma為陽(yáng)離子及陰離子的毫克當(dāng)量總數(shù)（meq/l）。

（2）陰陽(yáng)離子平衡檢查的結(jié)果分析。在試驗(yàn)過程中，如果沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，則水中的陰離子毫克當(dāng)量總數(shù)與陽(yáng)離子毫克當(dāng)量總數(shù)在數(shù)值上是非常接近的（做試驗(yàn)時(shí)，難免有極少部分離子黏附在濾紙和器皿壁上）。如Na+和K+為實(shí)測(cè)值，其相對(duì)誤差值E應(yīng)小于±5%；如Na+和K+為計(jì)算值，E應(yīng)為零或接近零值；如果E值超出上述范圍值，則該水分析的數(shù)據(jù)是不可靠的，需查出錯(cuò)誤所在，重新再做。

1.2分析結(jié)果中一些計(jì)算值的檢查

（1）總?cè)芙夤腆w。如果總?cè)芙夤腆w是計(jì)算值，應(yīng)檢查其數(shù)值是否已減去1/2HCO3-。目前的水質(zhì)分析中，這個(gè)步驟常常出錯(cuò)或是被忽視。

（2）Na++K+值。在簡(jiǎn)分析中，Na++K+值是計(jì)算值。其計(jì)算方法是：陰離子（毫克當(dāng)量總數(shù)）-（Ca2++Mg2+）（毫克當(dāng)量總數(shù)）=（Na++K+）（毫克當(dāng)量總數(shù)）；（Na++K+）（毫克當(dāng)量總數(shù)）×25=（Na++K+），（mg/L）。值得一提的是，在水分析資料中，常常是乘以23（Na的原子量），這是不夠嚴(yán)格的。

（3）硬度。總硬度的計(jì)算值按下列計(jì)算方法檢查：（Ca2++Mg2+）（毫克當(dāng)量總數(shù)）×50=總硬度（CaCO3），（mg/L）。

（4）TDS實(shí)測(cè)值與TDS計(jì)算值之差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，TDS的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值，兩者的差值應(yīng)符合下列要求：當(dāng)TDS<100mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)<±10%；當(dāng)TDS=100～1000mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)<±7%；當(dāng)TDS>1000mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)<±5%。

1.3碳酸平衡關(guān)系的檢查

根據(jù)碳酸平衡理論，當(dāng)pH<8.34時(shí)，分析結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)CO32-，因?yàn)樵谶@樣的pH值條件下，測(cè)定CO32-的常規(guī)方法不能檢測(cè)出微量的CO32-；同理，當(dāng)pH>8.34時(shí)，水分析結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)H2CO3。

二、比例系數(shù)分析法的應(yīng)用

在水的化學(xué)成分中，各種組分之間的含量比例系數(shù)常常被用來研究某些水文地球化學(xué)問題，因?yàn)椴煌梢蚧虿煌瑮l件下形成的地下水，某些比例系數(shù)在數(shù)值上有比較明顯的差異，因此可以利用這類關(guān)系判斷地下水的成因及地下水化學(xué)成分的來源或形成過程等。

這類系數(shù)一般是在分析具體區(qū)域的水化學(xué)資料時(shí)提出來的。經(jīng)驗(yàn)表明，用γMg/γCa來判斷海水入侵范圍和程度是比較成功的，因?yàn)楹Ｋ蠱g總比Ca多，其γMg/γCa約為5.4，一般地下水不可能達(dá)到如此高值，因此求得地下淡水的γMg/γCa背景值后，就很容易用γMg/γCa系數(shù)來判斷海水入侵范圍和程度。這種方法比用Cl/Br系數(shù)方便，因?yàn)闇y(cè)定地下水中的Br很困難，常常沒有Br的數(shù)據(jù)。

三、事例分析

沿海某廠位于山前平原與海岸階地交匯地帶，南面與海岸最近距離約1.8km2，地勢(shì)北高南低，地面略向海岸傾斜，上部地層為沖洪積層（含孔隙潛水），下部為花崗巖及其風(fēng)化殼（含裂隙微承壓水）。地下水由北往南向海洋排泄，廠區(qū)位于地下水徑流排泄區(qū)。工廠的工業(yè)及生活用水主要取自地下水，因擴(kuò)大生產(chǎn)需要，委托廣西桂林水文工程地質(zhì)勘察院為其新建3口取水井，廠方初定水源地在廠區(qū)南面500m范圍內(nèi)。為評(píng)估水源地的地下水是否受到海水污染，該院在施工前從北至南每150m取一組水樣（編號(hào)分別為1#、2#、3#）進(jìn)行水質(zhì)分析，其數(shù)據(jù)見表1。

水分析數(shù)據(jù)顯示：2#樣和3#樣的Cl-濃度均>250mg/L，3#樣的總礦化度均在（1～2）g/L，初步判定場(chǎng)地地下水局部受到海水入侵的影響；另外，1#、2#、3#樣的γMg/γCa比值分別為2.21、3.39、4.80，上游補(bǔ)給區(qū)的地下水未受污染，γMg/γCa比值一般在2.0左右，若以此為該場(chǎng)地地下水中γMg/γCa的背景值，則2#、3#樣受海水入侵的影響是很明顯的。

通過大量水樣統(tǒng)計(jì)化驗(yàn)分析，并參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇幾種有代表性的化學(xué)離子比值作為指標(biāo)來監(jiān)測(cè)海水入侵。

鈉吸附比（ SAR） 計(jì)算公式為：

咸化系數(shù)（B）計(jì)算公式為：B=γCl-/（γHCO-3+γCO2-3）

經(jīng)計(jì)算，該場(chǎng)地鈉吸附比與咸化系數(shù)如下：

1#樣為A1=2.82，B1=5.28；

2#樣為A2=8.48，B2=12.38；

3#樣為A3=9.44，B3=14.53。

通過上述可知，1#樣為微咸水，口感稍澀，2#樣及3#樣為咸水，口感明顯偏咸。由1#樣至3#樣，鈉吸附比與咸化系數(shù)逐漸升高，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件綜合判斷，該場(chǎng)地地下水已受到海水入侵的污染，究其原因，近幾年來，當(dāng)?shù)氐牡叵滤_采量較大，導(dǎo)致地下水水位大幅度降低，從而致使海水回灌。經(jīng)過上述分析，建議將水源地選在廠區(qū)北面，并得到廠方認(rèn)可。

四、結(jié)束語(yǔ)

地下水化學(xué)成分分析， 具有廣闊的應(yīng)用前景， 但其理論、方法仍不夠完善， 筆者在此拋磚引玉， 望更多的學(xué)者、專家等進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新。

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