臺(tái)前縣馬樓水源地地下水水位動(dòng)態(tài)變化及化學(xué)特征研究

馬 斐，田 源

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

臺(tái)前縣位于河南省東北角，隸屬于濮陽(yáng)市，縣城目前人口6萬(wàn)余人，占地面積10 km2左右。根據(jù)臺(tái)前縣城總體規(guī)劃，2015年城區(qū)人口將達(dá)到14.5萬(wàn)，中期2020年約為18.5萬(wàn)，遠(yuǎn)期2030年約為22萬(wàn)，規(guī)劃城區(qū)面積73 km2。臺(tái)前縣城附近主要分布為咸水、微咸水，且地下水受金堤河污染嚴(yán)重，已不能滿足人民生活的需要。為適應(yīng)城市發(fā)展對(duì)用水的需求，解決城區(qū)人民飲水問(wèn)題，在臺(tái)前縣周邊地區(qū)開(kāi)展水源地供水水文地質(zhì)詳查工作，選擇合適地區(qū)新建水源地極為必要。本次研究主要對(duì)滿足地下水允許開(kāi)采量2×104m3/d的臺(tái)前縣馬樓水源地的水資源現(xiàn)狀、開(kāi)發(fā)利用狀況進(jìn)行分析，重點(diǎn)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的地下水水位、物理化學(xué)等動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行研究，以期為擬建給水工程的初步設(shè)計(jì)和水資源的可行性論證提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于臺(tái)前縣西南部一帶，涉及臺(tái)前縣孫口鎮(zhèn)、馬樓鄉(xiāng)、后方鄉(xiāng)、侯廟鎮(zhèn)及清水河鄉(xiāng)。具體范圍是：北起鄭吳公路，南至黃河，西起臺(tái)前與范縣交界，東到東影唐一線。地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°42′49″～115°54′55″，北緯35°50′46″～35°59′34″，面積180 km2。其中，重點(diǎn)勘查區(qū)僅限于馬樓鄉(xiāng)、孫口鎮(zhèn)大堤以南的黃河灘地，面積約65 km2。區(qū)內(nèi)京九鐵路、聊菏公路縱貫?zāi)媳保瑴_(tái)鐵路、鄭吳公路橫穿東西，此外，城鄉(xiāng)公路、村村公路四通八達(dá)，交織成網(wǎng)，區(qū)內(nèi)交通便利，具體位置見(jiàn)圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 地下水含水層開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

研究區(qū)內(nèi)主要開(kāi)采淺層及中深層地下水，主要開(kāi)采狀況如下：

2.1 淺層地下水

區(qū)內(nèi)淺層地下水無(wú)集中性開(kāi)采，主要為居民生活用水零星開(kāi)采、農(nóng)田灌溉及少量工業(yè)開(kāi)采。居民生活用井多為塑料管井，取水設(shè)備為壓水機(jī)或自吸泵，一般井深30m左右。區(qū)內(nèi)農(nóng)田井灌范圍主要分布于灌渠無(wú)法到達(dá)的近黃河高漫灘，如馬樓鄉(xiāng)李華—葛集—南辛莊以南地區(qū)及馬樓鄉(xiāng)陳廟—王黑村—孫口鎮(zhèn)丁莊一帶。此外，隨國(guó)家土地整理的實(shí)施，區(qū)內(nèi)后方鄉(xiāng)張莊、馬樓鄉(xiāng)裴城寺、前趙、閻霍一帶渠灌區(qū)開(kāi)鑿大量機(jī)井，主要在旱季或渠水無(wú)法到達(dá)時(shí)使用。據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)有灌溉機(jī)井2 766眼，配套機(jī)井1 983眼，一般井深60～80 m左右，部分井較淺為40 m左右，為水泥管，管徑400 mm。少量工業(yè)開(kāi)采主要分布于臺(tái)前縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，與中深層水結(jié)合開(kāi)采。

2.2 中深層地下水

區(qū)內(nèi)中深層水開(kāi)采利用主要是區(qū)內(nèi)的羽絨、面業(yè)、化工等工業(yè)開(kāi)采，以及農(nóng)村集體供水，開(kāi)發(fā)利用程度較高。工業(yè)開(kāi)采主要分布于打漁陳鄉(xiāng)西部、孫口鎮(zhèn)及后方東部新建臺(tái)前縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，其中，集聚區(qū)內(nèi)羽絨制品企業(yè)開(kāi)鑿有一定量深井，用水量規(guī)模較大。農(nóng)村集體供水井分布于大堤外后方—馬樓以西咸水區(qū)及孫口、侯廟、清水河鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，其中孫口、侯廟、清水河鄉(xiāng)(鎮(zhèn))均為供水站集中開(kāi)采，用于附近數(shù)萬(wàn)居民生活用水。此外，臺(tái)前縣新區(qū)部分住宅小區(qū)開(kāi)鑿有中深井用于生活供水。依據(jù)本次深層地下水開(kāi)采量調(diào)查資料，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)中中深層開(kāi)采井約75眼，深度為225～400 m，開(kāi)采量為6 000 m3/d左右，另外集聚區(qū)在建企業(yè)計(jì)劃開(kāi)采量為1 300 m3/d左右。

3 地下水動(dòng)態(tài)特征分析

3.1 淺層地下水的動(dòng)態(tài)特征

研究區(qū)淺層地下水動(dòng)態(tài)主要受水文、氣象及人工灌溉等一些因素影響，隨著距黃河河道距離由近至遠(yuǎn)，淺層水水位受黃河影響由強(qiáng)漸弱，氣象因素及灌溉因素影響越來(lái)越明顯。黃河強(qiáng)影響帶寬度一般在2～3 km，從動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料可以看出，距黃河距離越遠(yuǎn)，由黃河水位變化所引起的水位變幅越小，滯后時(shí)間越長(zhǎng)；而降水及灌溉等因素影響的控制作用逐漸凸顯出來(lái)。根據(jù)影響地下水動(dòng)態(tài)的因素及其影響程度，將研究區(qū)劃分為以下三種地下水動(dòng)態(tài)類型。

3.1.1 水文型

該類型分布在黃河的強(qiáng)影響帶，距黃河較近，約為2～3 km。區(qū)內(nèi)地下水開(kāi)采較少，淺層水動(dòng)態(tài)主要受黃河和降雨、蒸發(fā)因素制約，地下水位升降隨黃河水位變化明顯(圖2)，水位年變幅多在0.5～1.0 m之間。離黃河越近，由黃河水位變化所引起的水位變幅增大。該區(qū)年最高水位一般出現(xiàn)在8-10月份，與黃河汛期流量及水位值較大時(shí)段基本一致。

圖2 武樓村長(zhǎng)觀井與黃河水位動(dòng)態(tài)曲線圖

3.1.2 水文-灌溉型

該類型處在黃河強(qiáng)影響帶外圍，受黃河以及地表引黃灌渠水體下滲的雙重影響，降水因素不是很明顯，消耗則主要為蒸發(fā)作用，由馬樓鄉(xiāng)大寺張村(1號(hào)井)和裴城寺(18號(hào))水位埋深長(zhǎng)觀數(shù)據(jù)可以看出(見(jiàn)圖3～圖5)，地下水位受黃河高水位的影響有一定的時(shí)間滯后，而且每年2-6月份是灌渠引黃灌溉的高峰期，這時(shí)地下水位也會(huì)明顯偏高，因此概括為水文-灌溉型。主要分布在黃河影響帶外圍但距黃河不是太遠(yuǎn)而且灌渠相對(duì)密集的地帶，比較有代表性的如王集干渠附近。

圖3 大寺張長(zhǎng)觀井與黃河水位動(dòng)態(tài)曲線圖

圖4 大寺張長(zhǎng)觀井與與降水量動(dòng)態(tài)曲線圖

圖5 裴城寺長(zhǎng)觀井與黃河水位動(dòng)態(tài)曲線圖

3.1.3 氣象-灌溉型

主要分布在后方鄉(xiāng)—梁廟溝一帶，距離黃河大致6 km以外，地下水位主要受氣象和灌溉控制。由后方鄉(xiāng)元官集村(15號(hào))和大王村(2號(hào))長(zhǎng)觀井水位埋深觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出(見(jiàn)圖6～圖8)，每年降雨量及灌溉高峰期水位都會(huì)較高，由2月份持續(xù)至10月份降水減少而且農(nóng)作物需水量不大，年變幅不大，一般在0.5 m左右，無(wú)降水無(wú)灌溉時(shí)段受蒸發(fā)和徑流影響而緩慢下降。

圖6 元官集長(zhǎng)觀井與黃河水位動(dòng)態(tài)曲線圖

圖7 元官集長(zhǎng)觀井與與降水量動(dòng)態(tài)曲線圖

圖8 大王村長(zhǎng)觀井與黃河水位動(dòng)態(tài)曲線圖

3.2 中深層地下水的動(dòng)態(tài)特征

中深層地下水的動(dòng)態(tài)變化與當(dāng)?shù)貧庀笠蛩貛缀鯚o(wú)關(guān)，多年的緩慢變化與補(bǔ)給區(qū)的靜水壓力、氣候及開(kāi)采強(qiáng)度有關(guān)，其動(dòng)態(tài)類型為徑流-開(kāi)采型。中深層水處于緩慢下降的過(guò)程，據(jù)鄰區(qū)資料，年下降率為1 m/a。

3.3 地下水的化學(xué)特征

地下水的化學(xué)成分是在長(zhǎng)期的地質(zhì)歷史發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)過(guò)溶濾、濃縮、吸附交替等綜合作用形成的，它主要受自然地理?xiàng)l件(氣象、水文、地形地貌)、地質(zhì)(構(gòu)造、含水層及包氣帶巖性)、水文地質(zhì)(地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄)、原生地球化學(xué)環(huán)境等條件和人為等多種因素的影響，其主導(dǎo)作用是自然地理?xiàng)l件和水文地質(zhì)條件。

3.3.1 地下水物理化學(xué)特征

1)淺層地下水物理化學(xué)特征

根據(jù)本次地下水取樣分析結(jié)果以及搜集部分水質(zhì)資料，水源地淺層地下水大多屬無(wú)色透明、口感適中。礦化度多小于1.0 g/L的淡水，少部分樣品礦化度大于1.0 g/L，個(gè)別樣品超過(guò)2.0 g/L，礦化度大于1.0 g/L的樣品主要分布在西北部的后方、侯廟和清水河一帶，以及東北部曲嶺村、東官路一帶。pH值為7.0～8.15，屬弱堿性水?？傆捕葹?37.71～2 218.82 mg/L，大部分屬低～中硬度水，個(gè)別地區(qū)屬高硬度水。

2)中深層地下水物理化學(xué)特征

本區(qū)中深層地下水無(wú)色，無(wú)味，無(wú)嗅，透明。礦化度一般為1.09～2.09 g/L，平均1.45 g/L，全區(qū)中深層水基本為咸水。pH值為7.94～8.39，呈弱堿性，總硬度為48～222 mg/L，平均155 mg/L，為低硬度水。

3.3.2 黃河水質(zhì)特征

水源地范圍內(nèi)地表水體均來(lái)源于黃河，據(jù)采取黃河水樣分析結(jié)果顯示，礦化度為0.631 g/L，總硬度345.13 mg/L，pH值7.80。

3.4 地下水化學(xué)特征

3.4.1 淺層地下水化學(xué)特征

根據(jù)水源地區(qū)內(nèi)淺層地下水水質(zhì)分析結(jié)果，按照舒卡列夫分類法，將全區(qū)淺層地下水劃分為HCO3、HCO3·Cl、SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)和Cl等四種水化學(xué)類型(見(jiàn)圖9)。

圖9 淺層地下水化學(xué)類型圖

1)HCO3型

該類型集中分布于研究區(qū)沿黃河一帶，在陳樓附近向北部張莊、白拉全延伸，包氣帶巖性以砂質(zhì)粉土、細(xì)砂為主，地下水主要接受黃河側(cè)滲和大氣降水補(bǔ)給，該區(qū)地下水所檢項(xiàng)目中除Fe、Mn超標(biāo)外其他項(xiàng)目基本都符合標(biāo)準(zhǔn)，在黃河彎道附近F超標(biāo)。

2)HCO3·Cl型

該類型主要在清水河鄉(xiāng)北部至后方鄉(xiāng)一帶以及孫口鎮(zhèn)一帶呈環(huán)形條帶狀分布。水質(zhì)受包氣帶巖性礦物成分和人類活動(dòng)影響因素較大，地下水埋藏較淺且徑流緩慢，淺層地下水防污性能較差，包氣帶巖性以粉土為主，氯化物開(kāi)始增多，除Fe、Mn外硫酸鹽、氯化物以及礦化度都普遍超標(biāo)，水質(zhì)較差。

3)SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)型

該類型分布于研究區(qū)西北角侯廟鄉(xiāng)以及孫口鎮(zhèn)北部，包氣帶巖性以粉土、粉質(zhì)粘土為主，地下水水質(zhì)受黃河水質(zhì)影響不大，硫酸鹽增多，超標(biāo)項(xiàng)目較多，水質(zhì)較差。

4)Cl型

該類型地下水主要呈點(diǎn)狀分布于清水河鄉(xiāng)，包氣帶巖性以粉土、粉質(zhì)粘土為主，該區(qū)除Fe、Mn外，硫酸鹽、氯化物以及礦化度都超標(biāo)，水質(zhì)較差。

3.4.2 中深層地下水化學(xué)特征

根據(jù)水源地區(qū)內(nèi)中深層地下水水質(zhì)分析結(jié)果，按照舒卡列夫分類法進(jìn)行分類，中深層地下水化學(xué)類型較為簡(jiǎn)單，劃分為SO4·HCO3·Cl型水。跟淺層水質(zhì)相比，中深層地下水Fe、Mn含量均不超標(biāo)，但Na+、礦化度以及SO42-含量普遍超標(biāo)，且F含量在孫口以西地區(qū)大面積超標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本研究基于對(duì)臺(tái)前縣馬樓水源地的水文地質(zhì)調(diào)查及物探勘察，查明了研究區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)、含水層空間分布、地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征及物理化學(xué)水質(zhì)變化情況。

(2)臺(tái)前縣馬樓水源地含水巖組為第四系沖積沉積的松散巖類孔隙水。研究區(qū)淺層地下水動(dòng)態(tài)主要受水文、氣象及人工灌溉等一些因素影響，地下水動(dòng)態(tài)類型主要為水文型、水文-灌溉型和氣象-灌溉型。從動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料可以看出，距黃河距離越遠(yuǎn)，由黃河水位變化所引起的水位變幅越小，滯后時(shí)間越長(zhǎng)；中深層地下水動(dòng)態(tài)類型為徑流-開(kāi)采型，地下水位處于緩慢下降的過(guò)程，年下降率大約為1 m/a。

(3)根據(jù)對(duì)水源地區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)分析評(píng)價(jià)結(jié)果看，研究區(qū)內(nèi)淺層地下水主要為HCO3、HCO3·Cl、SO4·Cl·HCO3(SO4·Cl、Cl·SO4)和Cl等四種水化學(xué)類型；而中深層地下水化學(xué)類型比較單一，為SO4·HCO3·Cl型地下水。