華北平原地下水可持續(xù)利用調(diào)查評價(天津)成果報告 下冊【共兩冊】

1、第四章 地下水化學場演變第一節(jié) 地下水水化學特征天津平原區(qū)北部為全淡水區(qū)，中部平原和濱海平原淺部有咸水體分布。第四系地下水在北部全淡水區(qū)因含水層埋深不同劃分為第、含水組；中南部劃分為第、含水組。第含水組在隆起區(qū)主要為新近系頂部地層。1 第含水組地下水水化學特征天津市淺層地下水總體水化學變化具有由北向南和由北西向南東的水平分帶性，即由北部的hco3ca、camg型，過渡到hco3ca·na、 na·ca 、na·mghco3·clca·na 、na·ca、na·mgcl·hco3na 、na·cacl

2、83;so4na、na·ca、 na·mg型，過渡到濱海地區(qū)的clna型，地下水的礦化度也由北部小于0.5g/l，過渡到濱海地區(qū)大于10g/l。水化學環(huán)境由北部的ph值以小于8為主演變到南部以大于8為主。水化學成分的形成除與大氣降水入滲溶解含水介質(zhì)有關處，同時還接受地表河流滲漏及地下水補給、逕流、交替條件等影響。 hco3ca、ca·mg型水主要分布于山前傾斜平原，地下水質(zhì)形成以淋濾作用為主，地下水直接受大氣降水入滲補給，溶解介質(zhì)形成了陽離子以ca、ca·mg為主及陰離子以hco3為主的地下水，又因接受地表河流和山區(qū)基巖地下水的逕流補給，處于水循環(huán)積極交

3、替地帶，礦化度一般小于1g/l，僅在侯家營至白塔子一帶，由于地勢低洼，徑流變緩，蒸發(fā)作用增強，形成礦化度大于1g/l的潛水。見圖4.1。cl·hco3型、cl·so4 型及cl型水廣泛分布于天津市南部平原，該區(qū)淺層地下水含水層顆粒細，地勢低平，地下水徑流滯緩，甚至處于停滯狀態(tài)，水位埋藏淺，以垂直蒸發(fā)作用為主，地下水鹽分不斷濃縮聚集，礦化度由2g/l過渡到濱海地區(qū)大于10g/l以上。本區(qū)內(nèi)，由于受近代河流岸邊滲漏影響，沿河流展布方向可形成淺層淡水，呈帶狀分布，遠離河岸過渡到咸水，其分布范圍和補給排泄受河水控制，主要分布于靜?？h南運河及子牙河兩岸。2 深層地下水化學特征及其變化

4、規(guī)律2.1 第含水組地下水水化學特征及其變化規(guī)律由于水文地質(zhì)條件、巖性、地貌、氣候等因素的差異，從山前沖洪積平原到濱海平原，地下水水化學類型、礦化度呈現(xiàn)出較明顯的水平分帶規(guī)律：地下水中的主要組分由溶濾遷移為主變?yōu)橐跃奂癁橹?，由北向南，水化學類型由hco3ca·mg hco3na·cahco3nahco3·clnacl·hco3naclso4na型。見圖4.2。礦化度由山前及東北部小于0.3g/l，過渡至南部接近2g/l，呈現(xiàn)緩慢升高的礦化過程。hco3ca·mg型水主要分布于薊縣山前平原，該區(qū)位于地下水補給區(qū)。大氣降水直接入滲，溶解地層中的方解

5、石及白云石形成陽離子以鈣、鈣鎂為主，陰離子以hco3為主的地下水。補給及逕流條件良好，含水層巖性顆粒較粗，為溶濾型的水化學環(huán)境，礦化度一般小于0.5g/l。hco3na·ca型水主要分布于薊縣城關以南至寶坻斷裂一帶和八門城趙本寧河鎮(zhèn)岳龍一帶。寶坻斷裂以北地區(qū)第含水組地下水接受的其上游hco3ca·mg型水的補給，地下水由北向南逕流，在其流動過程中，一方面地下水中的ca、mg達到飽和（見表4.1）而形成沉淀從水中析出，另一方面水中的ca、mg離子與地層中的na離子發(fā)生交換吸附，使地下水中的ca、mg離子相對含量降低而降為次要離子，與此同時na離子相對含量升高而成為主要離子。八

6、門城趙本寧河鎮(zhèn)岳龍一帶水化學類型也為hco3na·ca型，可能由于該區(qū)接受來自北東方向的地下水補給所致。表4.1 第含水組地下水caco3飽和指數(shù)計算表井號jjx25jjx16bba27dda25nhg49caco3飽和指數(shù)3.021.341.991.261.54本區(qū)內(nèi)寶坻城關鎮(zhèn)劉辛莊（bba15的so4%為37.9）一帶出現(xiàn)局部的hco3·so4-na·ca型水，這種水的出現(xiàn)可能是第含水組水接受下伏基巖中的巖溶水（bba32的so4%為39.1）的頂托補給混合形成的。hco3na型水為中部平原深層地下水的基本類型，由于上游補給、徑流條件好，水量豐富，地下水礦化度

7、在東北部（寧河-漢沽）形成小于0.3g/l的低礦化帶；中下游徑流變緩，處于離子交替頻繁帶的水化學環(huán)境，礦化度一般在0.5g/l左右。hco3·clna、cl·hco3na及 cl·so4na型水主要分布于本市市區(qū)及南部、靜海、大港等區(qū)，地下水溶解性總固體一般在1g/l左右。這里地下水遠離補給區(qū)，徑流滯緩，水巖作用充分處于離子聚集的水化學環(huán)境。同時由于近年地下水的大量開采導致第含水組的水位大幅度下降，其上覆淺層水滲漏補給較高礦化度的水。比例尺 1：1000000圖4.1 天津市第含水組水化學圖另外，hco3·clna和hco3·clna·

8、;ca型水在寶坻斷裂以南的武清區(qū)大頓丘、崔黃口、寶坻區(qū)南仁俘、黑狼口、寧河縣趙本、廉莊、岳龍莊一帶也有出現(xiàn)，這種類型出現(xiàn)的原因：一方面由于沉積環(huán)境的差異或古河道的影響；另一方面由于該區(qū)深層水上部分布著厚薄不一的咸水體，由于第含水組水的開采降低了水位，其上覆咸水滲漏補給及本地區(qū)采用連通管混合開采導致上下含水組串層而污染深層地下水的結(jié)果。比例尺 1：1000000圖4.2 天津市平原區(qū)第含水組地下水化學圖2.2 第含水組水化學特征及其變化規(guī)律第含水組地下水主要分布于寶坻斷裂-新安斷裂以南地區(qū)，水化學類型較簡單，hco3na·ca型水只分布于寶坻區(qū)新安鎮(zhèn)-林亭口鎮(zhèn)一帶，該區(qū)水質(zhì)良好，f離子

9、含量均小于1mg/l,溶解性固體小于0.3g/l,caco3飽和指數(shù)較高。hco3na型水為中部平原直至塘沽的第含水組水的主要類型。該區(qū)只零星分布hco3·clna型水，可能由于個別地方水文地質(zhì)條件的差異致使上覆咸水滲漏所致。該區(qū)第含水組地下水溶解性總固體均低于1g/l并且以寧河-漢沽一帶最低（小于0.3g/l）。靜海-市區(qū)南部-津南-大港分布一條帶狀的hco3·clna型水將其北的hco3na型水與其南部的cl·hco3na型水分開，顯示著地下水的陰離子由hco3占優(yōu)勢轉(zhuǎn)為cl占優(yōu)勢。該區(qū)南部的地下水化學類型為cl·hco3na為主，零星分部cl

10、83;hco3·so4na、cl·so4·hco3na型水，該區(qū)地下水的溶解性總固體均大于1g/l,f離子含量均大于1.5g/l。對比第含水組水多年水質(zhì)動態(tài)資料，可知水化學各種參數(shù)均無明顯的變化。2.3 第含水組水化學特征及其變化規(guī)律第含水組地下水分布范圍與第含水組水相同，水化學特征比較簡單并有更加明顯的分帶性。自靜?？h城關-西青良種場-津南咸水沽-塘沽一線以北廣泛分布著hco3 na型水,以南呈條帶狀依次為hco3·clna 、cl·hco3na、cl·hco3·so4na、cl·so4na型水。hco3na型水

11、的溶解性總固體均低于1g/l,f離子含量只在寧河-漢沽一帶小于1毫g/l,東麗區(qū)的赤土-霍莊子一帶最高達5毫g/l以上。hco3·clna型水及其以南第含水組水的溶解性總固體較hco3 na型水有明顯的增加,很快達到1g/l至靜?？h南部的塘官屯達到l.83g/l，f離子含量均大于2毫g/l。見圖4.3。對比第含水組水的多年水質(zhì)動態(tài)資料，其水化學各種參數(shù)均無明顯的變化。比例尺 1；1000000圖4.3 天津市平原區(qū)第含水組地下水化學圖第二節(jié) 微咸水、咸水分布天津市咸水的分布面積約8980km2。主要賦存在第四系中更新統(tǒng)上段(q22)地層之中，南部大港和南郊等地從中更新統(tǒng)至全新統(tǒng)地層均

12、為咸水。其底界埋深靠近北部邊界一般都小于40m，向南逐漸加深，從王慶坨經(jīng)楊柳青、萬新莊、東堤頭、葛沽、塘沽一線以南埋深大于100m，位于黃驊拗陷地區(qū)的南郊、大港最大埋深達200m。頂界埋深除淺層淡水分布區(qū)在5-40m外，其余地區(qū)從揭露潛水就是咸水，埋深僅l-2m。見圖4.4。比例尺 1：1000000圖4.4 天津市平原區(qū)咸水體分布圖比例尺 1：1000000圖4.5 天津市咸水體層砂層厚度分區(qū)圖1 咸水水化學水平分布特征1.1 淺部咸水本次淺層咸水調(diào)查工作取樣對象主要為40m以上的地下水，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果繪制了淺層咸水水化學圖。天津市淺層咸水水化學總體特征為：永定河以北地區(qū)水化學類型自西向東

13、由hco3·c1(cl·hco3) na·ca(ca·na)型轉(zhuǎn)變?yōu)閏1·s04na型，至寧河東部和漢沽等地則轉(zhuǎn)變?yōu)閏1na型；永定河以南地區(qū)水化學類型自西向東由hco3·c1na·mg(na·ca·mg)型轉(zhuǎn)變?yōu)閏1·s04na型，至大港、塘沽等地轉(zhuǎn)變?yōu)閏1na型；在靜海西部由于受到淺層淡水的影響，水化學類型主要為c1·s04·hco3(cl·hco3·so4)na·ca·mg型。同樣礦化度也呈現(xiàn)了相似變化趨勢，在永定河以北地區(qū)自西向

14、東由<2g/l2-3g/l3-5g/l>5g/l轉(zhuǎn)變，主要分布<2g/l的淡水和2-3g/l的咸水；在永定河以南地區(qū)自西向東由<2g/l2-3g/l3-5g/l>5g/l轉(zhuǎn)變，主要分布為3-5g/l和>5g/l的咸水，至近海地區(qū)則賦存高礦化度水。由上述不同水化學類型的分布規(guī)律可看出，淺層咸水的水化學類型主要為s04·c1na·mg(na·ca·mg)、cl·s04na和c1na型。由于受到淺層淡水的影響，在武清和寶坻一帶主要為hco3·cl(cl·hc03)na·ca(ca

15、83;na)型，在靜海西部則主要為cl·s04·hco3(c1·hco3·s04)na·ca·mg型，淡水比較發(fā)育的地區(qū)，在淡水與咸水接觸部位，淡水對咸水水化學類型的轉(zhuǎn)變起了很重要作用，這說明地下水徑流與交替條件比較好，因而hco3-、so2-4、ca2+成分相對較高；中部地區(qū)徑流與交替條件相對比較差，在無淺層淡水區(qū)域或薄層淡水區(qū)，以s04·c1na·mg和c1·s04na型為主；東部地區(qū)c1na型基本沒有改變。由此可見，自西向東、自西北向東南，咸水體中的cl-、na+、mg2+含量逐漸增高，hc03-、

16、s042-、ca2+含量相對減小，礦化度增高，水化學類型也隨之發(fā)生變化，從而反映出淺層咸水的流動系統(tǒng)，西部、西北部徑流與交替條件要好于中部，更好于東部、東南部，而近海地區(qū)咸水徑流基本處于停滯狀態(tài)。1.2 深部咸水深層咸水的水化學類型在區(qū)域上也呈現(xiàn)出了一定的變化規(guī)律，自西向東、自西北向東南水化學類型依次為c1·hc03na·ca、cl·s04na·mg和c1na型，但在北部地區(qū)由于受到成因環(huán)境、地質(zhì)條件等因素的綜合影響，水化學類型比較復雜，在大黃堡、爾王莊、潘莊一帶為c1na·mg型，在武清城關、大堿廠、東馬圈一帶主要為c1·hc03n

17、a·mg和s04·clna·mg型。深層咸水的三種基本化學類型幾乎沒有改變，可以認為深層咸水基本處于封閉的停滯狀態(tài)。自西向東、自西北向東南c1-和na+含量逐漸遞增，hc03-、s042-、ca2+、mg2+含量相對減少，濱海地區(qū)na+含量相當高，形成了c1na型水。礦化度也呈現(xiàn)出相類似的變化規(guī)律，自西北向東南、自西向東逐漸增大，由2-3g/l3-5g/l5-10g/l>10g/l的變化趨勢。2 咸水水化學垂向分布特征天津市地下咸水垂向分布特征有兩類，一類為在有淺層淡水分布區(qū)，咸水體的礦化度由中心向外圍逐漸降低，水化學類型也趨向于淡水水化學類型；一類為在無淺

18、層淡水分布區(qū)，咸水體的礦化度由上到下逐漸增高，至中部達到最大值，再向下又逐漸降低，水化學類型在中部和上部基本致，在咸水體下部趨向于淡水水化學類型。2.1 淺部咸水根據(jù)本區(qū)地下水的水質(zhì)結(jié)構及其劃分深度，可將淺層咸水分為以下兩類。(1) 屬于淡水咸水淡水水質(zhì)結(jié)構，該類咸水主要位于有淺層淡水分布區(qū)。水化學類型自上而下一般由hco3·c1(s04)型向s04·c1型轉(zhuǎn)變，礦化度也相應的由<2g/l2-3g/l>3g/l2-3g/l轉(zhuǎn)變。(2) 屬于咸水淡水結(jié)構，該類咸水主要分布于無淺層淡水區(qū)。水化學類型自上而下一般由s04·c1型cl·s04型或c1

19、·s04cl型轉(zhuǎn)變，礦化度也相應的由2-3g/l3g/l2-3g/l轉(zhuǎn)變或由>3g/l2-3g/l轉(zhuǎn)變。2.2 深部咸水深層咸水水質(zhì)結(jié)構主要為淺層咸水深層咸水深層淡水結(jié)構，深層咸水主要受到淺層咸水和深層淡水的影響。在淺層咸水和深層咸水接觸帶垂向上深層咸水水化學類型基本上與淺層咸水相同，陰離子含量略有增加，陽離子含量基本不變，礦化度有增高的趨勢；與深層淡水接觸部位形成一過渡帶，這一過渡帶的水化學類型自上而下一般由cl·s04型或s04·cl型轉(zhuǎn)變?yōu)閔co3·cl或hco3·s04型，cl-、s042-含量減少，hco3-含量相對增加，礦化度

20、同時也呈遞減趨勢。咸水化學類型及礦化度在垂向均有一定的變化，礦化度變化幅度很大，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計和土樣易溶鹽資料對比表明垂向變化規(guī)律是低一高一低，埋深35m以內(nèi)的咸水礦化度小于10 g/l，埋深3565m段礦化度10一20g/l，65m以下小于10g/l，而塘沽、大港、南郊等地咸水厚度增大，礦化度最高段下限移到80一120m。其形成機理是淺部咸水接受淡水補給淡化了咸水而降低了礦化度，咸水下部的深層淡質(zhì)承壓水原有水頭高于咸水水頭，深層淡水通過頂托越流補給淡化咸水或處在強開采區(qū)的咸水下移，形成咸水體礦化度在中心部位高，頂部和底部低的規(guī)律(表4.2)。沿海岸帶的咸水受海水倒灌的影響，其礦化度從上到下由高

21、到低，頂部低礦化度段厚度很小(見圖4.6)。表4.2 天津市咸水體垂向水質(zhì)變化情況表孔號位置取水位置(m)水質(zhì)礦化度(g/l)水化學類型f-含量(g/l)20天津市河北醫(yī)院1.14.32.45cl·so4·hco3-na1.467.2113.612.64hco3na25.9045.309.09cl·so4-na·mg2.1663.170.701.98cl-na3.204-1天津市內(nèi)燃機沖壓廠9.012.206.78cl-na·mg1.4620.9324.1313.29cl-na·mg1.8432.2660.6112.79cl-na&#

22、183;mg2.0872.8582.450.92hco3na4.002.3 咸水體的成因分析天津市咸水是在古氣候、古地理環(huán)境和地球化學的綜合影響下而形成，成因有大陸鹽化咸水和濱海型咸水或二者混合型咸水。大陸鹽化咸水：自第四紀中更新世晚期, 氣候由潮濕逐漸轉(zhuǎn)為干旱，至上更新世達到頂峰，原有陸面包括湖泊、洼淀在強烈蒸發(fā)濃縮作用下土層積鹽的同時，又不斷復新堆積巖層之后，經(jīng)飽水溶鹽而成咸水層。其水化學特征是硫酸鹽氯化物或氯化物 、硫酸鹽型水，礦化度一般在210g/l。咸水底界埋深100m以內(nèi)，大致與中更新世晚期的地層相當，水化學成分以so42-、na離子所占比例較高，鈉氯比值高于l，按舒卡列夫分類法屬

23、大陸鹽化型咸水。海侵型咸水：依據(jù)天津地區(qū)海陸變遷歷史，自更新世晚期至全新世早期曾有四次規(guī)模不等的海侵，最早海侵層底界埋深7697m，由海水入侵而儲存的咸水，礦化度高，水型為單一而穩(wěn)定的氯化鈉鹽型，鈉氯比值小于1。從海侵演化過程中，海水侵延時期，以海侵型咸水為主，海退時的古陸環(huán)境以大陸鹽化咸水為主，或可能是海陸交互迭置的咸水或為混合型咸水。咸水體垂向分布特征見巖相剖面圖4.7、圖4.8。 圖4.6 天津市漢沽區(qū)營城鎮(zhèn)大柳沽咸水體地層結(jié)構及可溶鹽分布圖- 11 -水平比例1:400000 垂向比例1:000圖4.7 天津市剖面線咸水體沉積相剖面圖- 11 -水平比例1:400000 垂向比例1:2

24、000圖4.8 天津市-剖面線咸水體沉積相剖面圖- 13 -第三節(jié) 地下水化學場演變特征1 地下水水化學分布特征天津市平原區(qū)地下水水化學類型的總體分布特征見圖4.9。該圖包括了1990至2005年間天津市平原區(qū)約740個取樣點的水化學類型分布，每個取樣點取其最后一次取樣分析結(jié)果，由于取樣點時間跨度長，樣本數(shù)量大，可以從整體上反映天津市地下水的化學物征。天津市地下水中陰離子以hco3-為主，cl-次之，so42-型地下水出現(xiàn)的機率最少；而陽離子則以na+為主，ca次之，mg2+型地下水出現(xiàn)的機率最少。so42-含量較高的地下水均出現(xiàn)在寶坻水源地灰?guī)r分布的較小區(qū)域內(nèi)。圖4.9 天津市地下水水化學三

25、線圖解根據(jù)以上取樣點數(shù)據(jù)對其主要化學指標的濃度進行相關性分析，計算結(jié)果見表4.3。由此表可見不同離子之間的相關程度。表4.3 天津市地下水主要化學指標相關矩陣計算表camghco3clso4ftdsna0.6260.9064.7e-20.9770.583-0.180.726ca1.00.8130.1260.6740.707-0.4170.55mg1.05.6e-20.9180.735-0.3320.711hco31.0-5.6e-20.1890.2465.0e-2cl1.00.503-0.2520.72so41.0-0.2490.5f1.0-0.152縣區(qū)地下水水化學三線圖見圖4.10。寶坻區(qū)

26、武清區(qū)大港區(qū)深層地下水寧河縣漢沽區(qū)深層地下水薊縣圖4.10 天津市部分區(qū)縣地下水水化學三線圖解對大港區(qū)第以下含水組34個水樣的主要離子進行相對分析，結(jié)果表明，g-ca離子間、acl離子間、tds與a、cl離子間有較好的相關性。f離子含量與ca、mg離子間表示出一定的正相關。表4.4 天津市大港區(qū)深層地下水主要化學指標相關矩陣計算表camgclso4hco3ftdsphna0.2180.2490.7820.3930.337-0.180.957-0.425ca1.00.9040.4220.309-0.1890.2090.421-0.803mg1.00.5260.1828.8e-30.1610.44

27、2-0.672cl1.0-6.1e-20.461-0.1790.75-0.587so41.0-0.5932.4e-20.566-0.234hco31.0-1.7e-20.1595.4e-2f1.0-0.119-8.0e-2tds1.0-0.531表4.5 天津市寧河縣地下水主要化學指標相關矩陣計算表camghco3clso4ftdsphna-0.475-3.0e-20.7350.5627.9e-20.6550.850.373ca1.00.713-0.4820.3850.432-0.4024.3e-2-0.337mg1.07.3e-20.5380.364-5.6e-20.444-0.142hco

28、31.00.116-0.2090.6940.5740.258cl1.00.4140.1760.8447.8e-2so41.06.7e-20.3712.7e-3f1.00.4993.4e-2tds1.00.265表4.6 天津市漢沽區(qū)地下水主要化學指標相關矩陣計算表camghco3clso4ftdsphna-0.7860.2780.9150.593-0.6090.8770.9450.507ca1.05.9e-2-0.638-0.1760.644-0.566-0.558-0.392mg1.00.4930.723-0.3560.3180.4749.5e-2hco31.00.652-0.7970.93

29、50.9020.374cl1.0-0.3720.5720.7490.497so41.0-0.698-0.484-0.189f1.00.8610.27tds1.00.534表4.7 天津市薊縣地下水主要化學指標相關矩陣計算表camghco3clso4ftdsphna0.1433.2e-20.6640.4480.4690.3810.6130.505ca1.00.5570.7140.6680.668-0.1790.816-0.121mg1.00.5940.4490.528-5.2e-20.609-8.5e-2hco31.00.6620.6390.1690.9150.321cl1.00.606-0.1

30、240.815-0.102so41.0-3.5e-20.8388.2e-3f1.02.6e-20.314tds1.08.1e-2對北辰區(qū)第、含水組35個水樣的主要離子進行相對分析，結(jié)果表明，除hco3離子與ca、cl、so4之間相關性較差外，其它各主要離子間均具有較好的相關性。f離子含量與各主要離子間表示出一定的負相關。表4.8 天津市北辰區(qū)地下水主要化學指標相關矩陣計算表camgclso4hco3ftdsphna0.8850.9520.8950.830.767-0.3220.984-5.6e-2ca1.00.9330.9130.8870.582-0.3180.938-0.183mg1.00.

31、90.8810.732-0.3140.982-0.131cl1.00.8150.457-0.2170.93-9.2e-2so41.00.506-0.2220.89-6.0e-2hco31.0-0.4210.719-0.17f1.0-0.3150.236tds1.0-7.6e-2不同含水層組地下水水化學三線圖見圖4.11。第含水組第含水組第含水組王頂?shù)痰貐^(qū)不同含水層組圖4.11 天津市各含水組地下水化學取樣三線2 抽水條件下地下咸水水化學的變化天津市寧河縣淮淀鄉(xiāng)從1998年開始嘗試開采當?shù)刎S富的咸水體進行養(yǎng)殖試驗。咸水體開采層位為30-60m細砂層，承壓水，水化學類型na-cl型，海積成因；0至

32、30m深度內(nèi)為粘性土。1998年至2004年試驗區(qū)4.66km2范圍內(nèi)咸水井年開采量約21.6萬m3/a。開采初期和2004年10月所采水樣水質(zhì)變化情況見下表4.9。表4.9 天津市寧河縣淮淀咸水試驗1#井水質(zhì)變化對比表 單位：mg/l分析項目(mg/l)水化學類型na+k+ca2+mg2+cl-so42-hco32-no2-no3-總礦化度1998年3月(開采初期)nacl5122.5340.7674.98951.11032.6436.30.0651.5616469.92004年10月(nhxs01-2-1)4764.9340.7638.48862.51152.7451.54.2933.90

33、16222.8減化幅度-7%0%-5%-1%12%3%6505%150%-2%由上表可見，多年開采過程中地下水總礦化度有輕微的減小，水中na+k+ 、mg2+ 、cl- 等主要離子含量小幅減小，而so42- 、hco32-等反應陸相成因的成分則呈增加趨勢，化學成分總體保持相對穩(wěn)定。但水中no2-、no3-離子含量大幅增加，no2-含量更是增大至65倍之多，這反應在承壓咸水層開采過程，地表嚴重受污染的養(yǎng)殖水及淺部潛水通過弱透水層補給下部承壓咸水含水層，導致咸水含水層也受到一定的污染，氮元素含量大幅增加；同時也反應出承壓咸水體比深部承壓淡水更容易接受上部地層的越流補給；no2-含量增加倍數(shù)遠大于n

34、o3-，則反映在補給過程中由氧化環(huán)境到還原環(huán)境變化。抽水過程咸水體水總礦化度及tds等化學會發(fā)生一定的變化(圖4.12)，反映出咸水體水化學性質(zhì)在平面分布上的不均勻性；no3-、no2-含量明顯的呈現(xiàn)降低趨勢、nh4+含量呈增加趨勢(圖4.13)，總氮含量降低。154001550015600157001580015900160001610016200163001640017131622時間(h)含量(mg/l)tds總礦化度圖4.12 天津市寧河縣淮淀鄉(xiāng)咸水井抽水試驗第二落程中總礦化度及tds變化曲線00.511.522.533.544.5513571013161922時間(小時)含量(mg/

35、l)no3-no2-nh4+圖4.13 天津市寧河縣淮淀鄉(xiāng)咸水井抽水試驗第二落程中三氮含量變化曲線3 地下水水質(zhì)的多年變化趨勢分析3.1 水化學類型的平面變化對比1982年和2002年水化學圖發(fā)現(xiàn)，平原區(qū)中部水化學類型發(fā)生了明顯變化，地下水中的氯離子有很大程度的擴散。氯離子濃度的增大可能是由于該區(qū)第含水組水位下降、水壓降低，其上覆咸水下滲污染所致。而武清城區(qū)西永定河一帶1982年10萬普查期間的地下水以氯為主要陰離子。經(jīng)過20年的變化，地下水中的氯離子明顯淡化，轉(zhuǎn)變成以重碳酸根為主要陰離子，這是由于近20年大量開采第含水組水導致水位下降、水壓降低接受上層水的補給，永定河水沿古河道下切穿透淺層水

36、體補給第含水組水使得地下水中氯得以淡化。對比其它地區(qū)第含水組水多年水質(zhì)動態(tài)資料，雖然第含水組水大量開采，但其水化學特征并沒有發(fā)生明顯變化。同時研究這層水的總?cè)芙夤腆w變化，發(fā)現(xiàn)自1980年至2002年總?cè)芙夤腆w也有減小的趨勢。hco3ca·na、hco3·clca·na 、na·ca型水及so4·hco3ca·na 、na·ca型水分布于本市平原區(qū)中上部，寶坻斷裂也位于本區(qū)，含水層顆粒變細，地下水徑流緩慢，形成離子交換吸附、溶解及沉淀頻繁的水化學環(huán)境（ph8.00），礦化度一般小于2g/l。3.2 北部咸淡水界線的變化分析以便

37、更好地了解咸淡水水平方面變化的變化情況，天津市水文水資源勘測管理中心2004年完成的天津市咸水資源調(diào)查研究報告中，在80年代確定的咸淡水界線的位置基礎上布施了六條剖面線，在東麗區(qū)貫莊也布施了一條剖面線(圖4.14)。比例尺 1:1000000圖4.14 咸淡水水平向運移圖根據(jù)電測深結(jié)果，80年代確定的咸淡水界線已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。11、66剖面線咸水界線均向淡水方向運移，22、33、55和77剖面線咸水體范圍縮小，向南部運移，甚至已變?yōu)榈w，77剖面線北端位置的咸淡水界線已向南移了將近2km。44剖面線由于未受到開采的影響咸水體基本不變。在武清西部咸淡水界線向淡水區(qū)移動；在寶坻地區(qū)變化比較

38、復雜，出現(xiàn)了多處咸水體呈孤島狀分布，且分布面積變小，咸淡水界線向咸水區(qū)移動。據(jù)此推斷，造成上述變化的主要原因：其一，原來北部就存在著孤島狀的咸水體；其二，北部地區(qū)第、含水組淡水的長期開采。經(jīng)過二十多年的開采，與淡水接觸的咸水體中的鹽份隨地下水運動而被排泄到地表，又通過大氣降水的淋濾作用，鹽份逐漸被稀釋淡化，咸水體中的鹽份不斷降低，最終導致咸水體縮小，但在礦化度高、咸水體厚度大的地區(qū)，咸水中的鹽份隨地下水運動進入淡水體，使得原來的淡水體變?yōu)榱讼趟w。因此咸淡水界線在不同的地區(qū)發(fā)生了不同的變化。目前還不能對整個咸淡水界線的現(xiàn)狀給出結(jié)論，因此本次工作仍采用原界線。3.3 地下水水質(zhì)的多年動態(tài)特征3.

39、3.1 第含水組地下水第含水組地下水屬開放、半開放體系，受氣候、地層巖性、層內(nèi)地下水位的年內(nèi)及多年動態(tài)、層內(nèi)水化學的不均質(zhì)性、地表水體、人類活動及深層地下水的開采等多種因素的影響，地下水質(zhì)一直處于動態(tài)變化過程中。北部地區(qū)變化較為明顯。圖4.15 薊縣禮明莊鄉(xiāng)史家屯村g5-2號井(2.3-6.5m)多年水化學變化曲線圖4.16 天津市薊縣東二營鄉(xiāng)東辛莊mq11號井(5.91-15.33m)多年水化學變化曲線圖4.17 寶坻縣郝各莊鄉(xiāng)龐橋頭村g13-1號井(2.5-7m)多年水化學變化曲線圖4.18 寶坻縣爾王莊鄉(xiāng)黃花店村g3-3號井(2.5-6.5m)多年水化學變化曲線第含水層組下部在薊縣平原區(qū)

40、至寶坻區(qū)全淡水區(qū)主體上為微承壓水，在寶坻南部咸水分布區(qū)為微壓水承壓水。開采條件下薊縣及寶坻區(qū)第含水組存在較強的向下越流，因此該層位多年水化學特性均發(fā)生了較大的變化。由于淺層咸水體水化學本身的分層性、多變性，在咸水體垂向運移過程中，觀測段的水化學變化趨勢受其上部層位原始水化學狀況的影響，礦化度出現(xiàn)或增大或減小的特征。圖4.19 天津市薊縣東二營鄉(xiāng)一大隊jt4號(28-48m)井多年水化學變化曲線圖4.20 寶坻縣爾王莊鄉(xiāng)黃花店村g3-6號井(17.18-28.48m)多年水化學變化曲線圖4.21 寶坻縣爾王莊鄉(xiāng)西杜莊村g4-8號(12.51-27.94m)井多年水化學變化曲線3.3.2 第、含水

41、組第、含水組多年水化學特征總體上保持相對穩(wěn)定。圖4.22 天津市寶坻縣大伍燈寶38號井多年水化學變化曲線圖4.23 寶坻八門城服裝廠bd42-2號井(60-120m)多年水化學變化曲線圖4.24 武清丁瞿村武3號井(第ii含水組)多年水化學變化曲線圖4.25 天津市武清區(qū)大沙河鄉(xiāng)糧庫mc-7號井(200m)多年水化學變化曲線圖4.26 天津市北辰區(qū)新華書店溫家房子倉庫04001號井(140m)多年水化學變化曲線圖4.27 天津市北辰區(qū)劉家碼頭119059號井(160m)多年水化學變化曲線圖4.28 東麗區(qū)北荒草坨實驗廠4129-1號井(183m)多年水化學變化曲線圖4.29 天津市靜?？h子牙鄉(xiāng)

42、大黃莊jh3-2號井(230m)多年水化學變化曲線北部全淡水區(qū)部分地區(qū)地下水化學特征變化較大。圖4.30 天津市薊縣東施古鄉(xiāng)東施古村jt2號井(80m)多年水化學變化曲線圖4.31 天津市寶坻縣城關鄉(xiāng)劉辛莊寶1號井(第ii含水組)多年水化學變化曲線天津市區(qū)及周邊地區(qū)地下水化學特征出現(xiàn)較大的變化。按溶解性總固體變化特征，可分為三種類型：溶解性總固體穩(wěn)定型、溶解性總固體升高型、溶解性總固體降低型。天津市區(qū)地下水開采歷史較長，在一些老井中，溶解性總固體明顯的呈升高趨勢。圖4.32 天津啤酒廠5號井(130m)多年水化學變化曲線圖4.33 南倉站給水所6號井(171.79m)多年水化學變化曲線圖4.3

43、4 天津糖精廠東井502096(190.19m)多年水化學變化曲線天津市區(qū)一些井中，溶解性總固體明顯的呈降低趨勢（圖4.35圖4.36）。分析其原因，主要是由于多年持續(xù)回灌的影響，回灌水源為自來水,水質(zhì)較淡。圖4.35 天津色織五廠125128號井(171.8m)多年水化學變化曲線圖4.36 棉紡六廠17號井501217(157.62m)多年水化學變化曲線第五章 地下水可利用性和更新性第一節(jié) 深淺層地下水的同位素特征同位素分析技術是研究地下水起源、形成過程、循環(huán)條件及年齡的一種有效手段,具有重要的水文地球化學意義。本期項目在1999至2002年工作項目的基礎上，補充增加了30個同位素取樣點，重

44、點為第含水組以上的含水層，測試內(nèi)容包括穩(wěn)定同位素（18o和d）放射性氚、14c及13c。通過兩次項目中同位素分析結(jié)果，基本明確了天津市平原區(qū)地下水中同位素的分布規(guī)律。1 天津平原地下水同位素取樣情況及分析質(zhì)量評述1.1 取樣過程自1999年開展華北平原地下水調(diào)查工作以來，結(jié)合開展的具體項目，天津市地下水同位素取樣分為三個階段：1999至2000年，在開展的華北平原地下水資源潛力調(diào)查1：25萬（天津幅）試點項目中，進行了試探性取樣。取樣位置選在最容易接受現(xiàn)代水補給的山前及中部平原，取樣的目的主要是總體上了解研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地下水中同位素的分布情況，以便下一步中部平原和濱海平原的取樣更具目的性、針對性

45、。同位素測試內(nèi)容包括穩(wěn)定同位素（18o和d）和放射性氚，由水文所正定實驗測試中心測試，測試結(jié)果顯示所采取的深淺層地下水中普遍均具有較大的氚含量，氚含量在4.9624.14tu之間，而1980年天津漢沽區(qū)所取水樣測試驗結(jié)果氚值含量很小。2001-2002年，在地質(zhì)大調(diào)查項目華北平原（天津部分）地下水資源調(diào)查評價中，第二次取樣范圍擴展到天津市全區(qū)。2000主要集中在天津市區(qū)及塘沽一線，取樣層位主要在咸水底部約60-90m深度內(nèi)，由水文所正定實驗測試中心測試，測試結(jié)果中氚含量同樣較高。2002年6月，取樣范圍擴展到天津市南部大港區(qū)、靜?？h、津南區(qū)。2002年7月，取樣位置沿西青區(qū)、市區(qū)、東麗區(qū)、塘沽

46、區(qū)剖面，除氫氧同位素外，還分層采取了14c同位素樣及水化學樣。這兩次取樣的d、18o同位素仍由水文所正定實驗測試中心，氚改由水文所石家莊環(huán)境地質(zhì)開放研究實驗室測試，測試結(jié)果顯示，深層地下水中部分樣品的氚含量小于3tu，比前面取樣測試值要小，對比同一地方兩次取樣的分析結(jié)果，初步認為種差異很可能是由于實驗測試方法所致。2003-2005年，在本項目中，2003-2004在滄州天津市區(qū)塘沽及北京天津市區(qū)塘沽兩條重點剖面線上進行分層加密取樣，采取測試樣10件，測試內(nèi)容包括穩(wěn)定同位素（18o和d）放射性氚、14c及13c。穩(wěn)定同位素（18o和d）由水文所正定實驗測試中心測試，放射性氚、14c及13c則由

47、水文所石家莊環(huán)境地質(zhì)開放研究實驗室測試，測試結(jié)果中深層地下水采樣中有少數(shù)樣品氚值大于4tu。2005年為了研究地下水中同位素（特別是14c）的平面分布特征，重點在天津市咸水分布區(qū)第含水組采取了測試樣15件，測試結(jié)果顯示氚值均小于1tu，與1999至2004年間測試結(jié)果存在較大的較異（表5.1）。1.2 樣品的采集方法及測試過程穩(wěn)定同位素（18o和d）和放射性氚，采集在1升的塑料瓶中密封保存，碳同位素樣品的采集是在120升生水樣中加入naoh使ph>=12，然后加入bacl2形成baco3沉淀?，F(xiàn)場測試參數(shù)是溫度、ph和堿度?；瘜W分析和同位素測試是在國土資源部水文地質(zhì)專業(yè)測試中心和國土資源

48、部環(huán)境地質(zhì)研究實驗室完成。穩(wěn)定氧同位素18o/16o是利用co2平衡方法（epstein and mayeda 1953）、穩(wěn)定氫同位素d/h是利用鋅還原方法（coleman etal. 1982）,通過質(zhì)鐠測定，并且以smow標準表示，分析精度分別為18o：±0.1、 ：1.0。氚測試是通過電解富集，然后利用低本底液體閃爍儀記數(shù)測定，單位表示為tu，分析誤差±1tu（eichinger et al 1980）。14c是在轉(zhuǎn)化為苯后，通過低本底液體閃爍儀記數(shù)測定，以現(xiàn)代碳百分數(shù)表示，分析誤差0.7-1pmc, 13c測試通過質(zhì)鐠儀測定的，表示為pdb，分析誤差是 ±

49、;0.2。表5.1 天津平原區(qū)地下水同位素取樣測試結(jié)果對比表井號井位含水組t(tu)d()18o ()項目wwq17武清農(nóng)場內(nèi)養(yǎng)漁池東側(cè)<1-85-11.1本期項目9-75.6-10.53前期項目hyh8漢沽區(qū)石油化工廠院內(nèi)4.16-68.00-9.70本期項目9.11-72.4-9.41前期項目jjh22靜?？h東雙塘村東南部<1-69-9.6本期項目9.1-72.2-9前期項目jjh38靜?？h大張屯村石油物探局基地<1-68.00-9.20本期項目7.1-68.40-9.10前期項目由以上論述可見，天津地區(qū)同位素取樣目的性、階段性明確，野外取樣方法合乎規(guī)范，除氚值外，測試結(jié)

50、果有較高的可信度。取樣點氚值以本次取樣測試結(jié)果為準，前期樣品測試結(jié)果僅供參考。2 氫氧同位素的分布本次工作中共采取氫氧同位素及碳同位素30件，結(jié)合1999-2002年90組氘、氚、氧18同位素樣品，各種樣品的氫氧同位素組成特征概況見表5.2,深層地下水的氚值只統(tǒng)計了本期項目的取樣分析結(jié)果。表5.2 天津市平原區(qū)地下水同位素組成特征表 同位素地下水 組成類 型樣品數(shù)18o ()d()t(tu)范圍范 圍平均值范 圍平均值河 水2-3.33-6.64-4.99-46.6-59.1-52.8520.2425.58潛 水3-5.80-7.36-6.82-45.00-62.40-56.3014.2634

51、.23咸 水7-5.09-9.30-6.91-54.96-66.3-61.512.7020.20第含水組12-5.09-9.30-7.19-45-66.30-60.332.734.23深層水第含水組43-8.21-11.67-9.97-62.7-95.73-74.93<110.5第含水組30-8.92-11.40-9.61-68.0-80.0-73.05<14.95 第含水組20-8.48-10.80-9.29-64.2-81.0-72.96<1第含水組13-8.30-9.90-9.23-64.70-80.0-71.77<1總體而言，天津市平原區(qū)淺層地下水與深層地下水的

52、同位素特征存在較大的較異，而且從上到下，深淺層地下水的同位素變化趨勢也存在較大的差異。地下水中的18、d值在第含水組中從上到下呈減小趨勢，在深層地下水中從上到下則呈增加的趨勢。2.1 d和18o相互關系分析將本次工作實測數(shù)據(jù)及前期項目的部分測試數(shù)據(jù)投到d18o圖上。根據(jù)取樣深度，樣品點大致分為兩部分：一部分為深層水，另一部分為淺層水。深層各組水表現(xiàn)出基本相同的規(guī)律，取樣點幾乎都落在中國雨水線（d7.918o+8.2）上及右下方，表明天津地區(qū)深淺層地下水均是大氣降水起源的。而深層水的d、18o值較淺層水小，與現(xiàn)代補給的水明顯不同，表明深層水的形成環(huán)境不同于淺層地下水，或者為不同時期水的混合。淺層

53、水則完全位于全球雨水線右下方，產(chǎn)生“18o正向漂移”現(xiàn)象，表現(xiàn)出一定的蒸發(fā)效應。圖5.1 天津市地下水d與18o值之間的關系圖2.2 氫氧穩(wěn)定同位素的平面分布淺層水同位素測試值受取樣深度的影響很大，考慮深度差異，淺層地下水已有的12個樣品不足以從平面上反映出其同位素分布特征。概略來說，淺層地下水d值自東部向西部逐漸增大，而18o值則相反。淺層水主要是由大氣降水補給的，而大氣降水中的同位素組成表現(xiàn)出“大陸效應”，重同位素在蒸汽團向大陸運移連續(xù)降雨過程中，先凝結(jié)出來，含量逐漸變得越來越少，而蒸發(fā)強度由西向東逐漸加劇，引起地下水的同位素組成也表現(xiàn)出相似的規(guī)律。第含水組地下水中d和18o分布規(guī)律性較為

54、一致(圖5.2、圖5.3)。在天津市中北部從從武清區(qū)至寧河縣存在一個d和18o值較小的分布帶，武清區(qū)西北部d和18o值最小，向北部薊縣及南部靜?？h、大港區(qū)地下水中d和18o值相對較高。平原區(qū)第含水組地下水按d和18o值的分布規(guī)律可分為四部分，武清區(qū)北部為第一部分，以較低的d和18o值為特征；寶坻區(qū)南部、北辰區(qū)及寧河縣北部為第二部分，d和18o值中等；北部薊縣至寶坻區(qū)北部、天津市區(qū)和寧河縣以南地區(qū)為另兩部分，d和18o值較高。從第d和18o數(shù)值上看，第含水組中d為95.7362.7，18o為11.678.21，屬于古地下水，其同位素值比現(xiàn)代水低。第含水組地下水中d和18o的分布同樣在武清區(qū)出現(xiàn)最小