Piper图解淮河流域江苏地区浅层地下水水质演化特征

P i per 图解淮河流域江苏地区浅层地下水水质演化特征陆徐荣,周爱国,王茂亭,杨 磊,陆 华(江苏省地质调查研究院,南京 210049)摘要:在收集213份20世纪80年代浅层地下水水质资料和616组现状采集样品的基础上,利用不同时期水化学组成在区域P i p er 三线图上的集合发生的位移现象,揭示20多年来该区浅层水的内在变化规律,同时利用水化学类型图、统计数据加以佐证,最后探讨区域浅层水演化的原因。

研究结果表明,通过Piper 图示所表达的浅层地下水水质演化规律统计数据、绘制水化学类型分布图等方法相比较,分析更简洁、直观、通俗易懂。

通过分析还发现,区内浅层地下水资源可以通过合理利用而改善水质,进而为人们提供理想的水源。

关键词:浅层地下水;水质分区;三线图;水化学类型中图分类号:P641112文献标识码:ACharacteristic anal ysis of phreati c water equality evolution byPiper diagra m i n H uai he ri ver drai nage area ,Ji angsu provinceLu Xurong ,Zhou A iguo ,W ang M ao ti n g ,Yang Le,i Lu H ua(G eology Surve y Instit ution of J iangsu P rov i nce ,N anj i ng 210049,China)Abstract :On basis o f 213phreatic w ater qua lity data i n the eighties of last century and 616sa mp les .testresu lts ,th is paper reveals the evo l u tion o f phreatic w ater i n m ore than t w o decades by usi n g the displace m ent in the d istrict P i p er diagra m o f w ater che m ica l co m positi o n i n different peri o ds ,w hich is supported by m aps of groundw ater hydr oche m ica l type and statistical data ,and the reason o f phreatic w ater evo l u tion i n this area is d iscussed .The resu lts sho w s that t h e evo l u ti o n o f phreatic w ater expressed by Piper diagra m is m ore concise ,intuitive and user -friendly than that using statistica l data and m aps o f groundw ater hydroche m ical type ,and the qua lity o f phreatic w ater can be artificially i m proved for pr ov i d i n g ideal w ater source .Key w ords :phreatic w ater ,w ater quality div isi o n;P i p er d i a gra m ;g roundw ater hydroche m ica l types 收稿日期:2009-05-22;修订日期:2009-09-14作者简介:陆徐荣(1967-),男(汉族),江苏海门人,大学本科,高级工程师.0 引言淮河流域江苏地区为海安县海安镇)扬州市区以北的江苏省域,地处黄淮海平原的南缘,北接山东,西邻安徽,东滨黄海,南与长江三角洲过渡,行政区划包括徐州、连云港、宿迁、淮安、盐城及扬州、泰州、南通的部分地区。

域内地表水系发育,河流纵横交叉,湖荡星罗棋布。

落后的经济、匮乏的水资源等因素形成了该地区水资源利用上的多源化格局:南水北调的长江水、过境的淮河、沂沭泗水系、降雨、深层地下水、浅层地下水等。

在广大的农村地区,由于经济发展水平、输水管道铺设滞后等原因,一家一户为开采形式的浅层水水井非常普遍,平均1~3家即有一眼,用于生活饮用的比例高达8215%,因此,研究该地区浅层地下水水质演化趋势,指导人们合理地开发浅层水资源刻不容缓。

1 区域浅层地下水概况111 水文地质背景淮河流域江苏地区浅层含水层以全新统、晚更新统地层为主:¹丰沛平原浅层含水层岩性以亚砂土为主,宋楼、何桥有少量的淤泥质粉砂分布,亚砂土一般厚2~9m,风城)范楼)刘集)带厚达10~12m,单井涌水量5~150m 3/d ,局部张五楼达352m 3/d ,TDS 为500~900m g /L ;º邳州)睢宁一带主要为沂沭河沉积及现代的黄河泛滥沉积,含水层以亚砂土为主,层厚2~6m,单井涌水量50~ 700m3/d,TDS一般为300~500m g/L;»淮安)涟水一带为沂沭河、淮河、黄河交错沉积共同演绎的结果,含水层以亚砂土、粉砂为主,层厚3~9m,发育有多个粉砂砂丘,单井涌水量50~500m3/d,局部如淮安市果林场高达2255m3/d,水量十分丰富,TDS为300~800m g/L;¼兴化西郊镇以南、江都真武镇以东的里下河地区,地层厚18~23m,砂层6~16m,含水层为亚砂土、粉砂互层,单井涌水量50~200m3/d,TDS一般为700~1000m g/L,兴化荻垛至姜堰俞垛一带1000~1300m g/L;½响水以南、阜宁)建湖)兴化以东的沿海地区,地层大于20m,最厚处40m左右,砂层10~25m,单井涌水量变化很大,从5m3/d至200m3/d不等,TDS 大部分地区大于1000m g/L。

由于淮河流域江苏地区浅层含水层颗粒大多极细,单井涌水量小,水中富含铁锰等物质,沿海地区TDS极高,加上水质易受地表各种因素影响,长期以来以水质较差、不易规模开采而被忽视。

11220世纪80年代浅层水水质分布特征11211TDSTDS含量在20世纪80年代,213组浅层水样品的地区间差异很大,区域分布规律明显,由东向西大致可分为4个梯级:沿海地区浅层水大于2000m g/L的区域达11304km2,其中射阳、响水、连云港以东4920km2的区域超过10000m g/L,最高的连云港喉咀为48230mg/L,属于咸水;1000~ 2000m g/L的浅层水大片分布于地势低洼的里下河平原及北部咸淡水过渡带,面积10984k m2;500~ 1000m g/L的区域则主要分布于微倾斜平原、非沿海的黄泛平原地区;小于500mg/L的浅层水主要存在于山前倾斜平原区及洪泽湖至高邮湖一带,见图1。

图1淮河流域江苏地区浅层水TD S分布11212水化学组成在地下水水化学组成中,以N a+(+K+)、Ca2+、M g2+、HCO2-3、C l-、SO2-4等最主要的离子成分图来分析区域地下水的分布规律。

20世纪80年代浅层水沿区域水流方向从西到东具有以下的规律:阴离子遵循:HCO-3y H C O-3 +C l-y C l-+HCO-3y C l-;阳离子则为:C a+y Ca++N a+y Na++Ca+y Na+,成条带状分布,高邮)宝应)建湖)涟水)赣榆以西的广大平原地区以HCO3-Ca(#N a)型水为主,面积超过29000km2;占平原区面积的一半以上,局部为HCO3#C l-Ca#N a、H CO3-Ca#Na等类型,大丰)滨海)灌南)连云港以东沿海地区则C l-N a型水大量分布,面积达9812km2;中间间夹有C l#H CO3 -Ca(#N a)、C l#HCO3-Na#C a、H CO3#C l-Ca(#Na)等类型水,形态上狭而长,仅在里下河洼地区分布广泛,因为该域地势低洼,地下水径流速度缓慢,无机盐易于积累,因而TDS相对于临近地区为高,总体特点符合传统意义上地下水溶质含量从补给区)径流区)排泄区越来越高的分布特征,见图2。

图2淮河流域江苏地区浅层水水化学类型分布11213浅层水水质形成基础历史上区域水化学特征、TDS等呈梯级变化取决于原生沉积、地形、黄河泛滥等多种原因。

(1)原生沉积原生沉积是全区浅层地下水水质演化、形成的物质基础,包括原生沉积时封存的原生态水及原生态水所处的含水层介质或运移通道介质间的溶滤作用等多种因素。

在以滨海相、浅海相、河口相为主的东部沿海地区,其海相、海陆交互相沉积的特点使浅层地下水中封存了大量的海水,TDS含量普遍较高,甚至大于10000m g/L,而以冲积、冲湖积、冲洪积为主的地区往往小于1000mg/L;区域上浅部地层中含大量的铁锰质结核,经过长时间的溶滤、离子交换作用,水中Fe2+、M n2+含量普遍大于011m g/L,面积分别超过40000km2和44000km2。

(2)地形因素地形因素决定了研究区浅层水的径流速度。

丘陵、山前倾斜平原等地TDS含量最低,这类地区浅层水径流条件好于平原地区,水中的矿物质易被雨水等地表水体交换并流失,TDS含量往往小于500 m g/L,而广大的平原地区地势平缓,水力坡度极小,TDS含量介于500~1000m g/L之间。

(3)黄河泛滥由于黄河泛滥,改变了浅层水的正常补径排关系,地下水排泄不畅,大大延缓了浅层水自然进程,难以被外界置换,内陆局部地区浅层水出现了大于1000m g/L的现象,甚至出现了大量的盐碱地。

2评价方法与分区211评价方法区域浅层地下水演化规律研究一直是一个难题,其原因是:区域面积大,地形起伏较大,构造复杂;受外界条件如降雨、河流侧向补给影响大;浅层地下水径流速度缓慢,其演变规律十分复杂;浅层含水砂层不发育,系统性较差。

目前广泛运用的计算机模拟技术主要适用于小区域、含水砂层发育的深层地下水,对于补径排条件极为复杂、大区域浅层地下水水质演化规律研究却并不适用。

本文主要利用不同时期水质变化在Piper图上发生的位置变化,佐以水化学类型图、统计数据分析进行区域地下水水质演化趋势研究:首先,收集往年水质资料,根据溶解性总固体含量、地形地貌、地层等因素进行分区,绘制各自所在区域P i p er三线图;然后采集现状水质资料,将现状水质分别叠加至各自所在区的三线图上,即不同时期的地下水水质类型叠加至一张三线图上,利用水质在三线图中的位移进行地下水水质演化规律研究,最后,通过区域上的水化学类型分布图、统计数据等加以佐证和说明。