华北平原典型区浅层地下水化学特征及可利用性分析_以衡水为例

Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｒ ｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ａｒ ｅａ ｏｆ ｐｌａｉｎ ｏｆ Ｎｏｒ ｔｈ Ｃｈｉｎａ
— ——ｔａｋｅ Ｈｅｎｇｓｈｕｉ ｉｎ ｅｘａｍｐｌｅ
深层淡水 ＴＤＳ＝６１９ｍｇ／Ｌ
衡水地区松散沉积物成因上主要受西部山区松散冲积物 在低平原的后期沉积影响， 同时受湖海相沉积作用， 岩性颗粒 细， 沉积结构交错交叠， 沉积层分散不稳定， 浅部含水层区域 分布也随之不稳定。浅层地下水分布复杂， 从淡水、微咸水、半 咸水到咸水都有分布， 其中淡水主要分布在西部， 而东部淡水 体分布主要受河道影响。
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工程地质
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水科学与工程技术
华北平原典型区浅层 地下水化学特征及可利用性分析
２００８ 年第 ２ 期
— ——以衡水为例
周晓妮 １， 刘少玉 ２， 王 哲 ２， 周志超 １
（ １．中国地质科学院， 北京 １０００３７； ２．中国地质科学院水文地质环境地质研究所， 河北 正定 ０５０８０３）
摘 要： 在阐述衡水地区水文地质背景的基础上， 根据采样所得水化学数据， 采用 Ｐｉｐｅｒ 三线图法分析了浅层地下水水化学特征， 并
对其矿化度多年变化对比及其与主要离子关系进行相关分析和直线回归分析， 得出研究区水化学类型和成因虽然复杂， 但近些年
受降水和开采等因素影响， 浅层地下咸水存在明显淡化趋势的结论； 继而通过对其成因机制的探讨， 认为研究区浅层地下水是大陆
１ 研究区概况
１．１ 自然地理
衡水地区位于河北省中南部， 属于河北平原黑龙港流 域 ［２］ ， 东邻山东省和沧州市， 西接石 家庄， 北与保 定 接 壤 ， 南 与
邢台毗邻， 总面积 ８８１５ｋｍ２， 总人口 ４４１．５ 万人。衡水较大的河 流有 ３ 条， 东部南运河， 中部滏阳河， 北部滹沱河。滏、滹两河 皆为子牙河支流， 自西南向东北流经本区。地势平坦， 地形西 高 东 低 ， 南 高 北 低 ， 海 拔 高 程 １３．５～２８．５ｍ， 以 ０．０３％～０．０６％的 坡度微倾向东北。衡水湖是本区最大的洼地， 面积 ７５ｋｍ２。
地下水的化学成分在地下工程及地下水资源的评价中具有 重要意义［３］。浅层地下水水 化学三线图如图 ３， 矿化度区间为
榆科镇 ＣＫ９
魏家桥镇
大堤镇
武强县
南张家庄
太古庄Leabharlann 护驾迟 深州北 武 邑 县
后磨头镇 赵家圈镇
麻森乡
衡水市 何庄乡
彭杜乡
浅层水样点
深层水样点
图 ２ 采集水样点位置分布图
不均匀， 差别很大， 水质状况差。水化学类型有 Ｃｌ·ＳＯ４ － Ｍｇ·Ｎａ， Ｃｌ·ＨＣＯ３－ Ｎａ， ＨＣＯ３·Ｃｌ·ＳＯ４－ Ｎａ·Ｍｇ·Ｃａ， Ｃｌ·ＳＯ４－ Ｎａ·Ｍｇ， Ｃｌ·ＳＯ４－ Ｎａ·Ｍｇ·Ｃａ 等 ５ 种类型， 反应物质来源或成因环境比较复杂。
Ｎａ＋和
Ｍｇ２＋为
－
主， 局部地区 ＴＤＳ 较低， 阴离子以 ＨＣＯ３ 为主， 但范围较小， 分布
２ 研究区浅层水水化学分布特征
２．１ 水化学分布特征
本次在研究区共采集水化学全分析样 ２５ 组， 其中浅层地下 水样 ７ 组、深层地下水样 １８ 组， 取水时间在 ２００６ 年 ９ 月下旬， 采样点分布位置见图 ２。水样测试是由地矿部水文地质专业实验 测试中心完成， 不同地带浅层地下水的化学统计特征见表 １。
盐化与海水入侵双重作用叠加的结果。对浅层地下水的开发利用技术方法及前景进行了展望， 认为研究区浅层水具有广阔的开发
利用前景， 具有重要的现实意义。
关键词： 华北平原； 水化学特征； 相关分析
中图分类号： Ｘ５２３
文献标识码： Ａ
文献编号： １６７２－ ９９００（ ２００８） ０２－ ００５６－ ０４
２００８ 年第 ２ 期 周晓妮， 刘少玉， 王 哲， 等： 华北平原典水型科区学浅与层工地程下技水术化学特征及可利用性分析—以衡水为例
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泥 质 亚 粘 土 、亚 砂 土 及 透 镜 状 细 砂 、粉 砂 为 主 。浅 层 地 下 水 底 界
埋深 ５０～７０ｍ（ 图 １） ， 含水层厚度 １０～２５ｍ， 以粉砂、细砂为主， 局
１．２ 水文地质条件
衡 水 地 区 位 于 华 北 断 拗 次 一 级 构 造 — ——临 清 台 陷 的 南
部 。 其 上 更 新 统 底 板 埋 深 为 １５０～１８０ｍ， 全 新 统 底 板 埋 深 为 ２０～４０ｍ。以冲积为主， 间有河间洼地、牛轭湖相。以亚粘土、淤
〔收 稿 日 期 〕２００７ —１１ —２０ 〔基金项目〕华北平原东部浅层地下水开发利用示范基金项目（ Ｇ０６００１－ １） 〔作者简介〕周晓妮（ １９８１－ ） ， 女（ 汉族） ， 山东烟台人， 硕士研究生， 主要从事地下水可持续开发利用方面研究， （ Ｔｅｌ） １３９３０１２１７６５。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｅｘｐａｔｉａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ ｉｎ ｈｅｎｇｓｈｕｉ ａｒｅａ， ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ ｂｙ Ｐｉｐｅｒ ３ ｃｈａｒｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ， ｃｏｎｔｒａｓｔｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＴＤＳ ｉｎ ｔｈｅ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ＴＤＳ ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ， ｒｅａｃｈｅｓ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｔｈａｔ ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｉｔ’ｓ ｃａｕｓｅｓ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ ｂｕｔ ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｓａｌｔ ｇｒｏｕｎｄ－ ｗａｔｅｒ ａｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｄｉｌｕｔｉｎｇ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ； ｔｈｅｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓ－ ｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｓａｌｔ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｋｉｎｇ ｂｙ ｍａｉｎ－ ｌａｎｄ ｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅａｗａｔｅｒ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｋｅｓ ａ ｖｉｅｗ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃ ｏｆ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｈａｓ ａ ｗｉｄｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ， ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ ｐｌａｉｎ； ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ； ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
以亚粘土淤华北平原典型区浅层地下水化学特征及可利用性分析以衡水为例周晓妮刘少玉王哲周志超中国地质科学院北京中国地质科学院水文地质环境地质研究所河北正定摘要在阐述衡水地区水文地质背景的基础上根据采样所得水化学数据采用三线图法分析了浅层地下水水化学特征并对其矿化度多年变化对比及其与主要离子关系进行相关分析和直线回归分析得出研究区水化学类型和成因虽然复杂但近些年受降水和开采等因素影响浅层地下咸水存在明显淡化趋势的结论继而通过对其成因机制的探讨认为研究区浅层地下水是大陆盐化与海水入侵双重作用叠加的结果
衡水市浅层地下水在 ２０ 世纪 ７０ 年代开发初期， 除滏阳 河沿岸有零星淡水分布外， 其余大部分地区地表以下即为咸 水。咸水底界埋深 ５０～８５ｍ 不等， 咸 水 砂 层 常 呈 片 状 、透 镜 状 分布， 在市区中部发育较差， 反应了沉积环境的多变。砂层主 要 由 粉 细 砂 组 成 ； 相 对 隔 水 层 以 亚 砂 土 、亚 粘 土 、粘 土 及 淤 泥 质地层为主。咸水 ＴＤＳ 自上而下呈一高一低的变化规律， １５ｍ 以上一般小于 ６ｇ／Ｌ； １５～５５ｍ 一般大于 １０ｇ／Ｌ； ６０ｍ 以下为 ３ｇ／Ｌ 左右， 在咸水体下部是 ＴＤＳ 小于 ２ｇ／Ｌ 深层淡水。
桃城区 赵圈镇 张啳村 南１ｋｍ
１７９．７５ １４６．７０ ９２．７７ ２１７．６０ ２９３．８０ ５７８．８０ １５７３．１ ７．４ ０６－ ９－ １５
桃城区 赵圈镇 西郎子 桥村
６７０．８８ １３８．３０ １６０．１０ ８２６．６０ ６５８．００ ６２６．６０ ３１００．３ ７．４ ０６－ ９－ １５
Ｎａ＋＆Ｋ＋ Ｃａ２＋ Ｍｇ２＋ Ｃｌ－
２－
ＳＯ４
－
ＨＣＯ３
ＴＤＳ ｐＨ
采样 时间
３７７．９８ ２２２．２０ １９９．５０ ８０４．９０ ６３７．９０ ４０２．６０ ２６６４．２ ７．５ ０６－ ９－ １５
桃城区河 沿镇北韩 村西
２３１．６２ ６２．８７ ４４．４８ ２５３．２０ １８３．３０ ３０４．５０ １１２０．３ ７．６ ０６－ ９－ １５
部地段无含水 砂 层 ， 单 位 涌 水 量 一 般 小 于 ５ｍ３／ｈ·ｍ。 矿 化 度
１．６４～９．７ｇ／Ｌ， 地下水类型为潜水—微承压水。
衡水
Ｉ
标高 ２３．６３ｍ
南张家庄
标 高 ２０ｍ
武强 ＣＫ９ 标高 １７．８６ｍ Ｉ′
点号
桃城区河 沿镇魏庄 村西南 １．５ｋｍ
表 １ 水样测试分析结果 ｍｇ／Ｌ
深州市 乔屯乡 林家 铺砖厂
３６５．９４ ５８．６８ ７６．２５ ５０２．９０ ４２４．４０ ５０．３３ １５０５．７ ９．２ ０６－ ９－ １９
１．１２～６．９４ｇ／Ｌ， 平均为 ３．１２ｇ／Ｌ， 其中 １～３ｇ／Ｌ 的微咸水占 ５７％， 其他
为咸水。阴离子大多以
Ｃｌ－ 和
２－
ＳＯ４
为主，
阳离子多以
孔 深 ３０１．２３ｍ， 咸 水 埋 深 ６１．１ｍ
深层水 ＴＤＳ＝７６２ｍｇ／Ｌ 图例
粘土 亚粘土 亚砂土
砂 浅层咸水埋深界线
孔深 ５９９．０ｍ 咸 水 埋 深 ４８ｍ
比例尺 水平 ０
垂直
４ｋｍ
０ ０．６ｍ
ＴＤＳ＝７０８ｍｇ／Ｌ
图 １ 衡水南张家庄水文地质剖面图
孔深 ２８７．４９ｍ 咸 水 埋 深 ６６ｍ
本地多年平均气温 １３℃， 最高气温 ４２．７℃， 最低气温－ ２３℃， 无 霜 期 ２１０ ～２４０ｄ， 年 日 照 ２４３０ ～２６８２ｈ， 年 平 均 降 水 量 ５１０ｍｍ， 最大为 ７０２．４ｍｍ（ １９８３ 年） ， 最小为 ３０７ｍｍ（ １９８６ 年） ， 年蒸发量 １６６５ｍｍ。降水多集中在 ６～９ 月份， 占全年降水总量 的 ８０％以 上 ， 且 多 为 暴 雨 。 年 蒸 发 量 在 １２５３～２０３８ｍｍ 之 间 （ Ｅ２０ 资料） 。春季干旱， 夏季沥涝， 光热充足， 雨热同季。
ＺＨＯＵ Ｘｉａｏ－ ｎｉ１， ＬＩＵ Ｓｈａｏ－ ｙｕ２， ＷＡＮＧ Ｚｈｅ２， ＺＨＯＵ Ｚｈｉ－ ｃｈａｏ１
（ １． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３７， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙ， ＣＡＧＳ， Ｚｈｅｎｇｄｉｎｇ ０５０８０３， Ｃｈｉｎａ）
桃城区 大麻森乡 张家庄村
８０５．７８ ４２９．６０ ２８５．９０ １４８３．２０ １２３０．６０ ６５１．７０ ４９１４．１ ７．５ ０６－ ９－ １８
桃城区 大麻森乡 １３２１．８３ ４１９．２０ ４３８．５０ ２４８７．１０ ２０８４．５０ １８５．００ ６９４２．２ ７．６ ０６－ ９－ １８ 安家村砖厂
与极为短缺的淡水资源相比， 河北省衡水地区浅层地下水 资源潜力巨大。据统计， 仅河北省浅层微咸水覆盖面积约 ３ 万 ｋｍ２， 储藏总量达 ２０ 亿～２２ 亿 ｍ３， 具有埋藏浅、易开发、补充快 的特点， 过去工农业均有开采利用， 但利用量较小； 开采利用浅 层水不仅能促进经济发展， 还可使咸水水位下降， 有利于加强 浅层地下水的垂直交替作用， 促进咸水的淡化， 增加可用水资 源量， 使浅层地下水处于良性的循环状态， 并以此为突破口， 逐 渐改良土壤， 改善生产生态环境， 提高光热等资源的生产效率， 也是浅层水开发利用的一个急迫的问题， 具有广阔的前景。