黃河下游岸邊淺層地下水環(huán)境演化

黃河下游岸邊淺層地下水環(huán)境演化研究系統(tǒng)分析了鄭州北郊水源地多年來(lái)的地下水水位和水質(zhì)資料，認(rèn)為該水源地淺層地下水水質(zhì)良好。同時(shí)，對(duì)20多年來(lái)在人類(lèi)活動(dòng)條件下黃河岸邊淺層地下水動(dòng)力場(chǎng)、水化學(xué)組分的演變進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：黃河水與岸邊淺層地下水聯(lián)系密切，黃河水質(zhì)的好壞直接影響著淺層地下水的水質(zhì)；人為開(kāi)采改變了岸邊淺層地下水的流場(chǎng)特征，同時(shí)也改變了岸邊淺層地下水水化學(xué)組分，岸邊淺層地下水水質(zhì)朝著惡化的方向發(fā)展。

鄭州北郊水源地位于黃河南岸，距離市區(qū)20km，其允許開(kāi)采量為20萬(wàn)m3/d。鄭州市城市供水的50%～60%來(lái)自地下水源，地下水環(huán)境的變化直接影響著城市的發(fā)展和居民的身體健康。筆者通過(guò)對(duì)水源地地下水水質(zhì)、水量的調(diào)查，了解淺層地下水水質(zhì)現(xiàn)狀，分析人類(lèi)活動(dòng)條件下黃河岸邊淺層地下水動(dòng)力場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)的演變特征以及黃河對(duì)水源地地下水質(zhì)的影響，以期為保護(hù)淺層地下水資源提供依據(jù)。

1黃河鄭州段水文地質(zhì)條件

1.1含水層分布特征

鄭州北郊水源地位于黃河沖積扇中上部。黃河沖積扇埋藏有豐富的地下水資源，地下水貯存于粗顆粒相的細(xì)中砂、中粗砂、含礫粗砂含水層中。根據(jù)含水層埋藏及水力特征，可將地下水劃分為淺層潛水、淺層微承壓水和深層承壓水。淺層潛水由于埋藏淺，受河水及大氣降水入滲補(bǔ)給，沖積扇中上部及河流主槽地帶的含水層顆粒粗、厚度大、富水性好、透水性強(qiáng)且水質(zhì)優(yōu)良，因此是城市供水的首選水源。

淺層水是該區(qū)的主要含水層，也是水源地的目的開(kāi)采層位。含水層底板埋深：南部及西部，28～50m；北部及東部，60～75m。其地層巖性主要為全新統(tǒng)和中更新統(tǒng)、晚更新統(tǒng)黃河沖積的粉細(xì)砂、細(xì)中砂、中粗砂。含水層厚度一般為30～50m，自西向東、自南向北，含水層厚度由薄變厚，含水層顆粒一般由北向南變細(xì)。根據(jù)含水層埋藏條件及水力特征，可將其劃分為上、下兩段含水層組，之間有粉質(zhì)黏土、黏土隔水層存在，上層水為潛水，下層水為微承壓水。潛水層巖性以全新統(tǒng)沉積的粉細(xì)砂、細(xì)砂為主，多含淤泥質(zhì)，厚3～10m，底板多由粉土組成。水位埋深一般為1～3m，高出下層微承壓水0.5m左右。該層一般無(wú)單獨(dú)開(kāi)采，但降水入滲通過(guò)該層越流補(bǔ)給微承壓含水層。微承壓水層巖性以更新統(tǒng)中砂、細(xì)砂、中粗砂、含礫粗砂等為主，在含水層較厚的北部夾有1～2層粉土，其中一層較穩(wěn)定，其頂板埋深為33～42m，厚2～5m，部分地段粉土缺失，上下含水層組相連形成統(tǒng)一水位。該含水層厚度一般為30～50m，自北而南變薄。水源地單井出水量為140～220m3/h。

1.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征

現(xiàn)行黃河為“地上懸河”，河床底部是近代黃河沉積物——細(xì)粒相的泥質(zhì)粉細(xì)砂，與岸邊含水砂層相連。根據(jù)地下水流場(chǎng)、放射性同位素氚、氫氧穩(wěn)定性同位素組成特點(diǎn)綜合分析，認(rèn)為黃河側(cè)滲補(bǔ)給兩岸地下水的影響范圍鄭州剖面黃河南岸約為5.1km，北岸約為6.4km；中牟—新鄉(xiāng)剖面南岸約為13.7km，北岸約為18.0km；開(kāi)封剖面南岸約為13.1km，北岸約為23.2km；濮陽(yáng)剖面西岸約為19.2km［1］。以上資料表明，北岸含水層顆粒粗、導(dǎo)水性強(qiáng)，黃河對(duì)其影響較南岸遠(yuǎn)。地下水除受黃河水補(bǔ)給外，還受大氣降水入滲補(bǔ)給、農(nóng)業(yè)灌溉入滲補(bǔ)給、渠道滲漏入滲補(bǔ)給及西部山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給。地下水排泄以徑流、蒸發(fā)和開(kāi)采為主。天然條件下區(qū)內(nèi)淺層地下水位埋深淺，蒸發(fā)強(qiáng)烈。開(kāi)采后除河邊線(xiàn)有蒸發(fā)消耗外，其他地段基本無(wú)蒸發(fā)量。

2淺層地下水流場(chǎng)特征及其變化

2.1淺層地下水水位動(dòng)態(tài)特征

在天然狀態(tài)下，淺層地下水主要受水文、氣象因素制約，隨著距離黃河水邊線(xiàn)的距離由近至遠(yuǎn)，淺層地下水受黃河的影響由強(qiáng)漸弱。地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型亦隨之由水文型、氣象-水文型、水文-氣象型過(guò)渡到氣象型。在人類(lèi)活動(dòng)影響下，黃河岸邊地下水水位的動(dòng)態(tài)特征受開(kāi)采強(qiáng)度、開(kāi)采規(guī)律的控制，由水文型變化為水文-開(kāi)采型。地下水流向的總趨勢(shì)為西北—東南，地下水動(dòng)態(tài)主要受開(kāi)采、黃河及氣象因素制約。水源地開(kāi)采區(qū)地下水位升降與開(kāi)采量密切相關(guān)，并在開(kāi)采量較大、開(kāi)采井位置相對(duì)集中時(shí)形成開(kāi)采降落漏斗。

2.2地下水流場(chǎng)特征及其變化

為了說(shuō)明幾年來(lái)地下水流場(chǎng)變化情況，可將1978年的地下水流場(chǎng)圖作為參考，當(dāng)時(shí)地下水開(kāi)采量較小，僅在西部木馬村菜區(qū)形成一個(gè)小橢圓形漏斗。漏斗中心水位埋深4.25m，標(biāo)高86.55m，87m等水位線(xiàn)閉合面積約為1.5km2，區(qū)內(nèi)尚未形成大的地下水開(kāi)采漏斗，基本上可以代表大規(guī)模開(kāi)采地下水以前的流場(chǎng)特征。地下水徑流以黃河迎賓館—張弓莊—西唐王—姚店堤為界，這條線(xiàn)以北的地下水流向?yàn)楸蔽鳌蠔|，水力坡度在0.6‰～1.5‰之間；以南流向則為南西—北東，水力坡度在0.25‰～2.00‰之間，二者匯集后流向?yàn)闁|南。

從1995年地下水等水位線(xiàn)圖可以看出，地下水流向以杓袁—唐王—?jiǎng)⒔f—?jiǎng)⒓癁檫吔纾@條線(xiàn)以北地下水流向?yàn)楸薄蠔|，水力坡度在0.7‰～2.5‰之間，在唐王—馬頭崗—大賀莊一帶形成一個(gè)橢圓形降落漏斗，漏斗中心水位埋深4.96m，水位標(biāo)高81.78m。83m等水位線(xiàn)閉合面積約為14km2。與1978年相比，區(qū)內(nèi)地下水位大部分下降0.5～4.0m，平均下降2.0m；近黃河地帶水位下降0.5～1.5m，靠近市區(qū)柳林村一帶水位下降2.20～3.10m，馬頭崗—大賀莊—小賀莊—新石橋村一帶水位下降2.2～4.0m。區(qū)內(nèi)東南部姚橋—陳三橋一帶地下水位變化不大。

從1999年流場(chǎng)圖可以看出，唐王—大賀莊—姚店堤一帶形成一個(gè)橢圓形降落漏斗，漏斗中心水位埋深6.0～8.0m，水位標(biāo)高79～81m，82m等水位線(xiàn)閉合面積約為30km2。另外，在黃崗廟漁塘集中帶也形成了一個(gè)降落漏斗，83m等水位線(xiàn)閉合面積約為6.0km2，與1995年同期流場(chǎng)相比，監(jiān)測(cè)區(qū)外圍水位下降0.03～1.28m，平均下降0.37m。水源地開(kāi)采后，地下水流場(chǎng)發(fā)生了明顯的變化，從水源地2004年地下水位等值線(xiàn)圖可以看出，在凌莊灘地中、東部形成一個(gè)橢圓形降落漏斗區(qū)，漏斗中心水位埋深10m左右；在西馬林村—姚店堤—?jiǎng)⒔f一帶，形成一個(gè)橢圓形降落漏斗區(qū)，漏斗中心水位埋深8～10m，標(biāo)高77m左右；與水源地建設(shè)期同時(shí)段地下水流場(chǎng)相比，降落漏斗面積、漏斗中心水位埋深均有明顯增大。

總之，自1978年以來(lái)，隨著地下水開(kāi)采量的不斷增加，地下水位下降0.5～4.0m，年平均下降0.10m。特別是1994年以后，漁業(yè)開(kāi)采逐年增多，致使漏斗逐年增大，漏斗中心水位逐年下降。1994～1998年，漏斗面積增大了近16km2，中心水位下降了1.04m。地下水位逐年下降這一趨勢(shì)值得重視。

3淺層地下水水化學(xué)組分特征及其變化

3.1水化學(xué)組分的空間變化特征

為了研究淺層地下水主要化學(xué)組分的空間變化特征，筆者根據(jù)水源地多年水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了分析，認(rèn)為：1978年，黃河大堤以南沿河地帶由于地下水水力坡度大，黃河水與地下水交替循環(huán)快，因此地下水水化學(xué)特征與黃河水極為相近，礦化度為0.34～0.44g/L，總硬度為220.45～311.30mg/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca?Mg?Na或Ca?Na?Mg型；中部地下水處于南北地下水徑流匯合地帶，徑流條件差，礦化度、硬度均有所增高，礦化度為0.55～0.66g/L，總硬度為397.34～463.74mg/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca或Ca?Mg型；南部東風(fēng)渠兩岸由于引污水灌溉入滲，因此使淺層地下水遭受了不同程度的污染，礦化度為0.72～0.99g/L，總硬度大于446mg/L，Cl-含量為104～155mg/L。祭城鎮(zhèn)廟張村等地下水Hg含量為0.002～0.010mg/L，超出了生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了HCO3?Cl-Na?Ca或Mg?Na?Ca型水。1994年以來(lái)，地下水水質(zhì)自北向南具有明顯的水平分帶，近黃河地帶為HCO3-Ca?Mg?Na或Ca?Na?Mg型，向南過(guò)渡到HCO3-Ca或Ca?Na型。礦化度也由近河地帶的0.5g/L左右過(guò)渡到遠(yuǎn)河地帶的1.0g/L左右，自北向南有明顯的增大趨勢(shì)，研究區(qū)北、中部礦化度逐年升高。南部局部地帶地下水的礦化度超過(guò)1.0g/L，出現(xiàn)了HCO3?Cl型，HCO3?Cl?SO4型水等，這些水化學(xué)類(lèi)型及高礦化度與局部污染源及污染程度有關(guān)。精廁概水源地開(kāi)采以勿來(lái)，淺層地下疲水的水化學(xué)類(lèi)醫(yī)型主要墻為餅HCO3-C選a?Mg?N版a雕型蔬或漢Na?M創(chuàng)g上型，據(jù)地下水雅水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析哲成果，淺層地焦下水礦化度脂為攀0.3慮7仁～備1.48g徐/低L該，多年平均值剩為證0.81g水/遮L批，企p衡H山值琴為注7.0逼5英～被8.7惑0軍，總硬度免為盜23毫6碑～戀591.59炸mg/縱L寒，屬低礦化弱餃堿性淡水。黃勸河水水化學(xué)組切分逼中賓Na存+戚、窯Cl煙-金、附SO42天-饑等含量明顯高惑于地下水花，寧Fe3謝+檔、戀M(fèi)n2嘩+強(qiáng)及總硬度明顯陳低于地下水，準(zhǔn)其他組分差異緣不大。地下水學(xué)中潤(rùn)Na館+率、吐Cl刪-旁、欲SO42渣-享、釋Ca2優(yōu)+揀、丸HCO3結(jié)-涼、總硬度的含呆量自北向南有釘逐漸增高趨勢(shì)代，這與黃河水潛補(bǔ)給地下水有哀關(guān)：距離黃河?jì)D越近，其影響疏越大；越遠(yuǎn)影士響則越小。授驢肆綜上所述，蟲(chóng)從躲197纖9唇年至今，黃河究以南淺層地下響水化學(xué)類(lèi)型仍伐以重碳酸型為撥主，沒(méi)有大的膊變化。地下水傷水質(zhì)自北向南踏具有明顯的水基平分帶，由近辨黃河地帶孤的燙HCO3-C扭a?Na?M賣(mài)g蜜或雷Ca?Mg?牢N暫a目型向南逐漸變鏟為竄HCO3-C遇a?N切a章或挨HCO3-C壤a剝型。礦化度自咸北向南有明顯驢的增大趨勢(shì)。墊南部東風(fēng)渠沿籍岸污灌區(qū)淺層夕水已遭受不同綱程度的污染，削水化學(xué)類(lèi)型復(fù)穴雜，出現(xiàn)倉(cāng)了緒HCO3?C拒l棋型水捆，貧H施g政含量超出飲用窩水標(biāo)準(zhǔn)。目前論監(jiān)測(cè)區(qū)北、中犬部礦化度比水譽(yù)源地初勘、勘逐探階段有所升炕高，在南部局耀部污灌區(qū)礦化隆度超過(guò)編1.0g乓/收L娘，出現(xiàn)梳了臥HCO3?C時(shí)l?SO使4訊型水泉及祖HCO3?C虹l權(quán)型水，表明這懲些地帶污染程值度及面積比過(guò)掏去有明顯的加共大。草

3.縫2蜘水化學(xué)組分騾隨時(shí)間的變化馳不同深度含水規(guī)層地下水中離詢(xún)子含量變化顯籍著，淺層潛水并（＜辯30m漏）旗中猾Na座+巡、剪Ca2針+衫、調(diào)Cl清-尿、暢HCO3隨-習(xí)、索NO3-海男的含量及總硬琴度、礦化度均訓(xùn)高于淺層微承痰壓水顆（蹦3香0陵～掉80拳m銳）中的離子含棟量。越

19旬7占8還年以前，地下果水水化學(xué)特征蒜主要受各種天弦然條件（包括寫(xiě)地質(zhì)條件、水佩文地質(zhì)條件、翅水文地球化學(xué)堵條件、水文條爬件及氣候條件盈等）控制。但讀進(jìn)交入英2妨0稅世由紀(jì)犁8登0倒年代后，人類(lèi)按活動(dòng)的增強(qiáng)使敲研究區(qū)內(nèi)河渠廁污染嚴(yán)重，水永質(zhì)均為唱Ⅴ翠類(lèi)。目前淺層六地下水受其影綁響不大，但從緩長(zhǎng)遠(yuǎn)看從，項(xiàng)Cl撲-歡、瓦SO42來(lái)-充、畜HCO3坡-架、硝酸鹽含量渣及總硬度均有結(jié)逐年增高趨勢(shì)束，淺層地下水蝶存在潛在的污痛染?？傊嗣最?lèi)活動(dòng)的直接辱影響是引起研還究區(qū)地下水化析學(xué)組分變化的幫主要因素卸［卵2僅～朵4慰］。蒼峰4寧結(jié)語(yǔ)舍黃河下游岸邊想淺層地下水與扁黃河水有密切較的聯(lián)系，人為芬開(kāi)采地下水加押劇了河水對(duì)地爺下水的補(bǔ)給，嶺對(duì)地下水的水聞質(zhì)產(chǎn)生影響積?？?托0經(jīng)多年來(lái)，地下喉水開(kāi)采量日益浮增加，導(dǎo)致地煎下水水位逐年響下降，破壞了棉地下水天然流矮場(chǎng)的平衡；另氏一方面，人類(lèi)始活動(dòng)產(chǎn)生的污肌染物進(jìn)入地下?lián)u水，使地下水記的化學(xué)組分濃淹度增高，水質(zhì)摸有惡化趨勢(shì)。迎表現(xiàn)攜為寧Cl敢-填、跡SO42撞-闖、伸HCO3制-辦、硝酸鹽含量獨(dú)及總硬度均有惱逐年增高趨勢(shì)擺，縫且跳SO42渣-呆增速大褲于藏Cl嫩-雁。因此，研究五黃河近岸淺層哪地下水水位和平水質(zhì)的時(shí)空變鑼化規(guī)律，科學(xué)診合理地開(kāi)發(fā)利間用黃河水資源蜂是十分必要的唐。潛伯?huà)寘⒖嘉墨I(xiàn)：確霧屬［州1檔］趙云肉章鉆.版黃河水對(duì)兩側(cè)饞地下水補(bǔ)給范使圍的初步研究衛(wèi)［四J慧］沫.創(chuàng)人民黃河蘇，煩2003(1