灤河下游河水及沿岸地下水水化學(xué)特征及其形成作用

灤河下游河水及沿岸地下水水化學(xué)特征及其形成作用王曉曦王文科王周鋒趙佳莉謝海瀾王小丹摘要:了解地表水和沿岸地下水的水化學(xué)特征及其形成作用，對地下水水資源保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義。在系統(tǒng)采集灤河河水及沿岸地下水的基礎(chǔ)上，運(yùn)用描述性統(tǒng)計、相關(guān)性分析、陰陽離子三角圖、Gibbs圖、離子比例系數(shù)等方法對水樣的離子特征和水化學(xué)類型的形成作用進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：(1)從出山口到入?？?，淺層地下水化學(xué)類型由HCO3型過渡到HCO3?SO4(SO4?HCO3)型，再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃l?HCO3型，而陽離子則由Ca(Ca?Mg)向Na?Ca(Na)型轉(zhuǎn)化。(2)淺層地下水化學(xué)的形成受地形地貌以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制，在山間盆地和沖洪積扇，溶濾作用是控制地下水水化學(xué)變化的主要作用，向下游隨著含水介質(zhì)顆粒變細(xì)，地下水徑流速度變緩，溶濾作用減弱，蒸發(fā)濃縮作用逐漸增強(qiáng)，從出山口到入?？?，河水和地下水的鈉吸附比(SAR)不斷增大，說明溶濾作用逐漸被陽離子交替吸附作用代替。(3)河水的水化學(xué)類型主要為HCO3?SO4-Ca?Mg(SO4?HCO3-Ca?Mg)型。水化學(xué)形成以蒸發(fā)濃縮作用為主，同時受河床中的碳酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物溶濾作用的影響，在沖積海積平原可能存在蒸發(fā)鹽巖的溶解。關(guān)鍵詞：灤河；河水；地下水；水化學(xué)；形成作用中圖分類號：P641.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-3665(2014)01-0025-09HydrochemicalcharacteristicsandformationmechanismofriverwaterandgroundwateralongthedownstreamLuanheRiver，northeasternChinaWANGXiao-xi1，2，3，WANGWen-ke1，2，3，WANGZhou-feng1，2，3，ZHAOJia-li1，2，3，XIEHai-lan4，WANGXiao-dan4Abstract:Understandingofthehydrochemicalcharacteristicsandformationmechanismofsurfacewaterandgroundwaterinanunconfinedaquiferisimportantforprotectionandsustainableutilizationofgroundwater.Inthispaper，theexploratoryresearchwasdoneintheLuanheRiverwatershedusingthewatersamplesincludingriverwaterandgroundwateralongtheLuanheRiver.Methodsincludingmathematicalstatistics，Gibbsfigure，TriangleplotandionicratioswereemployedtoanalyzethehydrochemicalcharacteristicsandformationmechanismTheresultsshowthat(1)fromthemountainfronttotheestuaryaniontransformsfromHCO3typetoHCO3?SO4(SO4?HO3)typefromnorthtosouththengraduallyconvertedtoCl?HCO3type.CationtransformsfromCa(Ca?Mg)typetoNa?Ca(Na)type.(2)Theformationofshallowgroundwaterisconstrainedbytopographyandgeologicstructure.Inthedistrictoftheintermontanebasinandalluvial-proluvialfantheleachingofhalite，carbonatemineralsandaluminosilicateisthechiefgeochemistryactionoftheshallowgroundwater.Alongwiththerunoffpass，theinfluenceofleachingbecomesweakerandtheeffectofevaporationconcentrationbecomesstronger.SARofriverwaterandshallowgroundwaterincreasesfromthemountainfronttotheestuary;andcationexchangeandadsorptiongraduallyreplacestheleaching.(3)ThemainhydrochemistrytypeoftheriverwaterisHCO3,SO4-Ca,Mg(SO4,HCO3-Ca,Mg)type.Evaporationconcentrationplaysanimportantroleintheformationofthechemicalcharacteristics.Inaddition,thecarbonatemineralsandaluminosilicateintheriverbedmaybeleachedbytheriverwater;andthehalitemaybeleachedinthemarineplain.Keywords:LuanheRiver;riverwater;groundwater;hydrochemistry;formation地下水水化學(xué)研究是水文地質(zhì)學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。開展相關(guān)研究不僅對揭示地下水化學(xué)特征和水化學(xué)形成作用具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且對地下水水資源保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)利用具有重要的實(shí)際價值［1?3］。水體的水化學(xué)分布受控于地層巖性［4］、地質(zhì)地貌［5］、海水入侵［6］、人為作用等因素，能夠反映該地區(qū)水體的歷史演變過程7］,因而該特性被廣泛用于識別水體化學(xué)組成的控制因素［8］。Carol［9］對Samborombon灣的濱海平原地下水鹽化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明地下水的鹽化作用主要受溶濾、蒸發(fā)作用和人類活動影響等因素的控制。王文科［2,8］利用數(shù)理統(tǒng)計、離子比例系數(shù)以及水化學(xué)模擬等方法對關(guān)中盆地淺層地下水水化學(xué)演化進(jìn)行研究，結(jié)果表明水化學(xué)類型、離子含量等均呈現(xiàn)一定的水平分帶性。水巖相互作用、蒸發(fā)濃縮，混合作用是該地區(qū)水化學(xué)演化的主要因素。安樂生等［10］采用數(shù)理統(tǒng)計、piper三線圖和離子比例系數(shù)等方法對黃河三角洲淺層地下水水化學(xué)特征及其成因進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明混合、蒸發(fā)濃縮、溶濾、陽離子交替吸附作用及人類活動的影響是該區(qū)淺層地下水化學(xué)成分形成的主要作用。目前，國內(nèi)外相關(guān)研究針對內(nèi)陸地區(qū)較多，而針對濱海地區(qū)的研究河水和地下水的綜合研究相對較少［9?14］。灤河是河北省第一大河流，是京津唐地區(qū)的重要水源地之一。灤河流域也是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展的主要支柱之一。然而該地區(qū)也是中國北方水資源短缺地區(qū)，人均占用水資源量約510m3/a，僅為全國平均水平的23%，且時空分布極為不均。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，“三廢”排放量逐漸增加，水污染問題日益突出，水資源短缺已經(jīng)成為制約該區(qū)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的一個主要問題［15］。因此，本文通過系統(tǒng)采集灤河流域河水和地下水水樣，采用相關(guān)性分析、Gibbs圖、離子比例系數(shù)等方法對該區(qū)的水化學(xué)特征及形成作用進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究水循環(huán)機(jī)制、水資源合理開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)政策措施的制定等提供科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)。1研究區(qū)概況灤河流域地區(qū)位于河北省東北部，包括唐山市和秦皇島市南部部分轄區(qū)。灤河發(fā)源于巴延吉爾山北麓，穿過燕山山脈，南流入渤海，全長1200km，流域面積9000km2。研究區(qū)位于灤河下游，長度約88km，分布在燕山山前沖洪積傾斜平原之上，地勢由北向南傾斜，地面標(biāo)高多為10?50m，地面坡降0.6%。左右，較為平坦。研究區(qū)屬暖溫帶濕潤一半濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫11°C左右，年降水量600?750mm，降水量主要集中在7?9月份，占全年的80%以上，年蒸發(fā)量1775mm。研究區(qū)地下水主要為第四系孔隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要分布在灤河一洋河沖洪積扇和沖積海積平原地區(qū)，巖溶水主要分布在開平向斜蓄水構(gòu)造中。在沖洪積扇地區(qū)，包氣帶巖性以砂性土為主，第一、第二含水層組主要巖性為卵礫石、粗砂、中粗砂、中細(xì)砂。在沖積海積平原，含水層巖性主要為粉細(xì)砂，局部含中砂，為多層結(jié)構(gòu)，單層厚度4?14m。第一含水層組底板埋深40?60m。包氣帶巖性以砂性土為主，淺層淡水厚10?60m。淺層地下水埋深自北向南逐漸減小，其中山前洪積扇區(qū)地下水由于地形較高，包氣帶厚度較大，因此地下水位埋深在15?30m，局部地區(qū)則出現(xiàn)大于30m的深度。而位于沖積平原下部的沿海區(qū)域地下水位埋深最淺，大部分則小于2m。地下水徑流方向與河流流向大體一致。流向由北向南，自山前向?yàn)I海、由沖洪積扇頂部向扇緣放射狀流動。主要接受大氣降水、山前側(cè)向徑流流入(主要包括現(xiàn)代河流出山口地下潛流、出山口古河道地下潛流補(bǔ)給)和河道滲漏補(bǔ)給。水力坡度約2%。。淺層地下水排泄主要為人工開采和蒸發(fā)。2研究內(nèi)容與方法1樣品采集2012年7月，在灤河流域垂直于河流精選7個剖面進(jìn)行河水和地下水水樣采集，共采集水樣33組(采樣點(diǎn)位置如圖1)，其中河水7組，淺層地下水樣品26組。采樣過程中，用預(yù)采樣品對采樣瓶進(jìn)行3次以上的沖洗，再進(jìn)行取樣。采樣時利用GPS記錄采樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)。本次地下水采樣深度主要集中在1?9m。圖1采樣點(diǎn)位置分布圖Fig.1Locationoftbesamplingpointsinthe^tudyarea2樣品測試樣品水化學(xué)分析在中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西測試研究所完成。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-等離子均采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICAP-6300)測定，HCO」、Cl-采用滴定法，用自動電位滴定儀(ZDJ-4A)測定。 33數(shù)據(jù)分析利用SPSS對水化學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計及Pearson相關(guān)性分析。繪制主要離子三角圖，了解其水化學(xué)空間分布特征。利用Origin8.0軟件、Surfer8.0軟件繪制Gibbs圖、離子比例系數(shù)圖。結(jié)合相關(guān)研究區(qū)資料，揭示研究區(qū)水化學(xué)的分布特征和主要形成作用。3結(jié)果與討論1水化學(xué)類型及參數(shù)統(tǒng)計特征隨著地貌單元的變化，灤河沿岸的水化學(xué)類型和離子濃度特征具有一定的分帶性，從出山口到入?？?，淺層地下水的水化學(xué)類型變化趨勢為HCO3型fHCO3?SO4(SO4?HCO3)型fCl?HCO3型，陽離子則由Ca(Ca?Mg)向Na?Ca(Na)型轉(zhuǎn)化。山間盆地(剖面I、11)含水層以礫卵石、粗砂為主，顆粒粗、滲透性好，直接接受山前地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流速度快，更新速率高，水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca型、HCO3—Ca?Mg型。地下水的各離子濃度相對較低。離子濃度整體表現(xiàn)為Ca2+>>K++Na+>Mg2+，HCO3->>SO42->Cl-。在陽離子中，Ca2+占主要優(yōu)勢，為Na++K+的5.62倍，為Mg2+的6.50倍;濃度最大值為344.29mg/L，最小值為37.93mg/L。陰離子中HCO3-占優(yōu)勢，分別為SO42-和Cl-的2.37倍和2.61倍。濃度最大值為393.05mg/L，最小值為104.40mg/L。沖洪積扇(剖面iii-v)包氣帶巖性以砂性土為主，局部為礫卵石，顆粒較粗、滲透性較好；主要接受大氣降水和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流速度較快。水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca?Mg型和HCO3?SO4—Ca?Mg。地下水各離子濃度逐漸增加，離子濃度整體表現(xiàn)為Ca2+>>K++Na+>Mg2+，HCO3->>SO：->Cl-。陽離子優(yōu)勢離子Ca2+為K++Na+的2.96倍，為Mg2+的3.38倍。最大值為226.05mg/L，最小值為104.05mg/L。優(yōu)勢陰離子為HCO3-，分別為SO42-和Cl-的3.68倍和4.54倍，濃度最大值為663.27mg/L，最小值為257.94mg/L。沖積海積平原(剖面W、W)含水層巖性主要為粉細(xì)砂，顆粒較細(xì)、滲透性較差，地下水徑流速度慢，水化學(xué)類型主要為HCO3—Na?Ca型、SO4?HCO3—Na?Ca型、Cl?HCO3—Na?Ca型。地下水離子濃度整體表現(xiàn)為K++Na+>>Ca2+>Mg2+，HCO3->>SO42->Cl-。陽離子優(yōu)勢離子K++Na+為Ca2+的3.22倍，為Mg2+的7.99倍，濃度最大值為470.26mg/L，最小值為87.08mg/L。陰離子優(yōu)勢離子為HCO3-，分別為SO：-、Cl-的2.48倍和2.89倍，濃度最大值為1056.3mg/L，最小值為257.94mg/L。 "灤河河水水化學(xué)類型主要為HCO3?SO4—Ca?Mg(SO4?HCO3—Ca?Mg)型，入海口處為Cl—Na型。除入?？?剖面^)，離子濃度均呈現(xiàn)Ca2+>Na++K+>Mg2+、HCO3->SO42->Cl-的變化趨勢。陽離子的優(yōu)勢離子Ca2+為Na++K+的7.44倍，為Mg2+的2.43倍。濃度最大值為54.95mg/L，最小值為47.11mg/L。陰離子的優(yōu)勢離子為HCO3-，分別為SO42-和Cl-的1.74倍和5.49倍，濃度最大值為190.38mg/L，最小值為135.11mg/L。

表1姓下水水化學(xué)畚數(shù)統(tǒng)計特征值Table1Statisticsiifhydn)￡htrnkalparameters<xfgnjun-dwafcr (ni)*/L)分區(qū)寄面項(xiàng)目TDSM產(chǎn)R*(J- 汕-HCO-Min195.1UJ7.M4540.46IL拈JI.6116.解11H.藺Maa:133130*4317.1133.1ftZ3T-4321fi奶琳1Mrau]42.Att21,梅j.n2215的q22H.站Sd..43也3311R糊Ik232.519.(KhWk37M.U2113.遒A值副Cl的(131隊(duì)的(141Lffi0.770.的LL同h術(shù).■Min221.(X>44.41￡410.47KIK10.32心。瞄強(qiáng)灑3032fk49UKtKl62.(lfi105.的169.削375.^JWLOSUMftjm加.舶112Ji629.<35K.102K.1050.H1型-<x>3fi6.KISid.37113A6.623(116M.挈29.714土23in.35翩.26牝怯的1.f)22.SO1.060.瓣1.440.30Min56U10iW-as2*.165.OK2K2t)叫CM1立的紈世m(xù)Mjde5H110KM.7?31.5fi3.6534<15127.^1313.21Mrin571.10KM.-4129.K?5.3731.3353-56125.6ft2M土用Sid.15.560.512.42底部注妲6.?3.2139.<M&ao(3《曲a.tv土漓a140.120.030.]4Win5J3L知104.(IfiJI.252.6C)144131㈱姓崩34J.?Mju?57.001技.舟43.13J.20曲餉Wk%"船沖洪積京IVMajui就]]?.S2』L192.Al.，將5Lft2134-g]3K6.WSri.229.柚2U.-463.570.42抓732J.7270.046tf心(1330.170.14ft.15aw0.%0.52ft.16MinH13.601?6.<H46.(S1.7242.60時.辟70.62?>l.K5UMu11-4190226.0571.TJi3.44臨6336」.的IH7.H4ftft.i.I?V965.50工也H56.252.315M.tf?15M.61120.5243-4.6JSlcl.16474n.fk?L3.fi?0.9ft24.76169.1260.5230.91烏Q17(k12Ck240.42<1431.?)<).500.盤Min39i淄42.441001.14A15M3l.fi259.^025?.MVIMjk22715m.11藉771?.1ft432.5。Nl.Jil1US6.1版m1拙14成婦4(1W&3232K(?1瀏.JW2M.336H.3S沖枳拘理平距W.1145瓦的機(jī)也2(?.742?.?n4)0.46CL6A(1?2CMl..(B0.網(wǎng)1.的0.59—1*4171?L構(gòu)3433凹5M.32231.R2313.it?注：臨為星小貝為顯大值，g為平均俏雙L為標(biāo)鹿芳,C,為變目系放表上灤河河水水化學(xué)參數(shù)Table2StylisticsofhydriKlHriiiicalparainclersofrEverwafer 1n^/L)分區(qū)削面TDS(j2-MLK*官erHCQf山間盆地]2H5.7佻4I[&網(wǎng)4.761.9.3*IQ36B0.3fl159.6HIF326.251S52fl.13■1.5325.HI25.Hl90.43tS1.24沖洪租屆[D377上5L292B.99it.m42.5K4Z5li1IS.9fi135.H(VS29.9515319..5S5.K625.lil25.El[00.7159.6BV347.551.9520.227.76^.553155tOD.89190.38沖秋海租孚原U349.347.EE20.567.3938.7t3&7193.72190.3BW(749L斜233,59652.46239987L569871.56L3L7.12L7S.12水化學(xué)參數(shù)間相關(guān)性分析表3為研究區(qū)水化學(xué)參數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)。表3水化學(xué)參歆相關(guān)性系耄矩陣Table3(?orrclalk>nmaErkesofhvdroclioinkalparaniotrs蛆K.~CTso：HCQfpH TDS1成一0.7U*[K*0.474a0.6B6**E項(xiàng)0.1290.4BD-0.K!CI-0.5H*0.501*fl.216.1戀-*fi.697'0.5K3品(13001HCOf0.3鷲n.599**0.22(10.74Z*0.43礦0.45?■tT'H-fi.657*-Ci.TOE**一Cl.400"-0.333-0.354-CL595*-a547**ITDS8如*I).W**0.571**0.70品fi.6KE虹-0.65E*i注，祁分成和表0.05林土以曲著水平各離子與TDS之間具有良好的相關(guān)性(均大于0.5),說明它們之間可能有相同的來源。Mg2+、SO42-與TDS的回歸方程見式(1):pTDS=20.91pMg2++73.75 R2=0.711pTDS=3.68pSO42-+286.46 R2=0.784(1)式中：pTDS、pMg2+、pSO42 TDS、Mg2+、SO：-的質(zhì)量濃度(mg/L);R2——相關(guān)系數(shù)，無量綱。由式(1)可見，Mg2+、SO42-與TDS的相關(guān)系數(shù)大于0.7。此外，Mg2+與SO：-、Ca2+與SO：-、Na+與HCO」、K+與SO42-也存在顯著的相關(guān)性，Ca2+與HCO3-相關(guān)系數(shù)較低(R=0.326)。灤河流域地層中，常見的礦物為石英［15］、長石［16］、云母等硅鋁酸鹽，黏土礦物中以蒙脫石和伊利石為主】17］，局部地區(qū)含有方解石、白云石等碳酸鹽礦物，同時鹽巖等蒸發(fā)巖對淺層水的水化學(xué)組分同樣具有重要的影響。據(jù)此可初步推測石英、長石等硅鋁酸鹽，方解石、白云石等碳酸鹽礦物以及鹽巖的風(fēng)化溶解是區(qū)域水體的主要離子來源。3水化學(xué)空間分布特征利用水化學(xué)三線圖可以表明水體的主離子組成變化，體現(xiàn)不同水體的化學(xué)組成特征，從而辨別其控制端元】18］。在陽離子Ca2+—Mg2+—(Na++K+)組成的三角圖中，流經(jīng)碳酸鹽地區(qū)的組分點(diǎn)落在Ca2+—Mg2+線上，且靠近Ca2+端；流經(jīng)蒸發(fā)鹽巖地區(qū)的組分點(diǎn)偏向(Na++K+)。在陰離子HCO3-—SO42-—Cl-組成的三角圖中，流經(jīng)碳酸鹽地區(qū)的組分點(diǎn)落在HCO3-端;流經(jīng)蒸發(fā)鹽巖地區(qū)的組分點(diǎn)落在SO42-—Cl-線上，且遠(yuǎn)離HCO3-端】19］。圖2為灤河河水及淺層地下水的陰陽離子組成。圖2a表明入?？谝陨?剖面I-W)河水陽離子組分分布在Ca2+—Mg2+線上，且微偏向Ca2+端，Ca2+、Mg2+、(Na++K+)離子濃度變化不大，濃度范圍分別集中在38%?50%、23%?38%、19%?37%。陰離子以HCO」、SO42-為主，靠近HCO3-端，HCO3-濃度范圍集中在60%?80%。推測在入?？谝陨希铀瘜W(xué)組分

受碳酸鹽溶解作用的影響較大。而入?？冢ㄆ拭鎃）的離子組分分別在SO2-—Cl-線上及靠4近（Na++K+）端，表現(xiàn)出海水的特性。同時入?？谔幒铀赡艽嬖谡舭l(fā)鹽巖的溶解。根據(jù)地下水陰陽離子的三角圖（圖2b）可以得出：山間盆地（剖面I、11）和沖洪積扇（剖面III-V）地下水淺層陽離子分布在Ca2+—Mg2+線上，且微偏向Ca2+端。陰離子大部分靠近HCO3-端，但分布較為分散。離子濃度由大到小的順序?yàn)镠CO3->SO42->Cl-,HCO3-是該區(qū)地下水的主要控制因素。由于該地有白云石、方解石等碳酸鹽礦物分布，由此推知該區(qū)淺層地下水化學(xué)組分受碳酸鹽溶濾作用控制。位于沖積海積平原的剖面W地下水的陽離子位于（Na++K+）端，陰離子分布在HCO3-—Cl-線上，靠近HCO3-端，SO：-含量相對穩(wěn)定，占陰離子組成的10%?20%，HCO3-仍是主要的控制離子。入?？谄拭婕由椎叵滤畼覰a+和Cl-濃度分別占陽、陰離子各組成的50%以上，由此推測沖積海積平原的近海區(qū)可能受到海水入侵影響，致使Na+、Cl-濃度的顯著增高。?削而?削而I0剖面II*削血皿*制而Y■剖面VIX"S\-.[■-rm淺厚弛下水rm淺厚弛下水圖2主要離于組成三角圖Fig.2lernarygraphsMmajorkinsinlhel.umiheriveridndtheshaJkm^njundwaler4水化學(xué)類型形成作用1溶濾作用溶濾作用是指在水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中，溶濾作用的結(jié)果，巖土失去一部分可溶物質(zhì)，地下水則補(bǔ)充了新的組分。

通過對世界地表水化學(xué)組分的分析，Gibbs將天然水組分的控制因素分為三個類型：大氣降水控制型、巖石風(fēng)化控制型和蒸發(fā)一結(jié)晶控制型［20］。并利用TDS—Na+/(Na++Ca2+)關(guān)系圖和TDS—Cl-/(Cl-+HCO3-)關(guān)系圖劃分出三種主要控制因素下天然水體的特征區(qū)域(圖3)。 3將河水和地下水的水化學(xué)數(shù)據(jù)繪入Gibbs模型中?？梢钥闯觯瑸春雍铀脱匕兜叵滤^大部分落在Gibbs模型中。(1)入海口剖面W河水位于Gibbs模型的右上端，進(jìn)一步表現(xiàn)出海水的特性。(2)入?？谝陨?剖面I—W)河水分布于巖石風(fēng)化控制區(qū)與蒸發(fā)/結(jié)晶控制區(qū)之間，更靠近蒸發(fā)/結(jié)晶控制區(qū)，表明控制河水水化學(xué)特征的主要作用是巖石風(fēng)化作用和蒸發(fā)/結(jié)晶作用，并且受蒸發(fā)/結(jié)晶作用的影響程度更大。(3)地下水點(diǎn)在兩圖中有所差異，但地下水點(diǎn)大部分分布于巖石風(fēng)化控制區(qū)與蒸發(fā)/結(jié)晶控制區(qū)之間，表明其水化學(xué)組成受兩種作用共同控制。綜上，入?？谄拭婧铀@示出海水特性；灤河沿岸地下水和入?？谝陨虾铀乃瘜W(xué)組分形成主要受巖石風(fēng)化和蒸發(fā)/結(jié)晶作用控制。IW二乏u多PWu.uO.U山20.4U.6U.S1.0Cl-ICI+H8JIlh'HYl￡..蓉KSJUlxrIW二乏u多PWu.uO.U山20.4U.6U.S1.0Cl-ICI+H8JIlh'HYl￡..蓉KSJUlxr100.0眼(1.4攸(J.S1a■(t：i*HonJI叫北II4irii)ri<K囹3灤河下澹水化學(xué)Gibbs分布模式(h：Gibbs!水化學(xué)BuQjnjcnuigEnVftepe模SLh.￡：水化學(xué)組成Gibbs分布)F也,3 Pltilsuf(hemyju-riuhhm-illiintheGiIhIklMJU[iicrLUkj>vrivelupeLitIhcdkinDKstrciunRiuntfecRiverwaler(Aslto-wsLiveGilvbiiliuQ[iicrjii|?inudeEBtukdCsbuw11*cuIloikwildaiduitsliirL'erwslcrandjjruLuidwuler

ulunjj.IbeLum“heRiverinlheGlIpIps[ihkIlI)此外，C1-離子與TDS和Na++K+離子的比值也可以反映研究區(qū)可能存在的溶濾作用。C1-/TDS隨TDS的變化有兩個趨勢(圖4a)，一個是隨著TDS的增加基本保持不變，另一個是隨著TDS的增大而增大，表明地下水存在巖鹽溶解，并且受蒸發(fā)作用的影響】10］。(Na++K+)/C1-的相互關(guān)系可以進(jìn)一步確定離子是否存在硅鋁酸鹽礦物的溶解［ 20］，通過C1-—Na++K+關(guān)系圖(圖4b)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)地下水點(diǎn)位于C1-=Na++K+線附近，部分點(diǎn)分布在該線兩側(cè)，說明該區(qū)不僅發(fā)生了巖鹽的溶解，同時發(fā)生硅鋁酸鹽礦物等的溶解。研究區(qū)水體中Mg2+、Ca2+主要來自含鎂和鈣的硅鋁酸鹽或碳酸鹽的溶解，通過(Mg2++Ca2+)一丫(HCO-+SO42-)散點(diǎn)圖可以推斷其來源［22?23］。圖4c顯示，河水位于(Mg2++Ca2+)/(HCO-+SO42-)=1的兩側(cè)，表明河水水化學(xué)形成的主要作用是碳酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物的溶解。地下水絕大部分落在(Mg2++Ca2+)/(HCO-+SO42-)=1的下方，硅鋁酸鹽礦物的溶解是該區(qū)淺層地下水形成的主要作用，同時可能存在碳酸鹽的溶解。Y(SO2-+Cl-)—YHCO-散點(diǎn)圖(圖4d)反映水體溶解碳酸鹽的情況。圖4d顯示河水位于HCO-/（SO2-+Cl-）=1的上方，表明河水主要來自碳酸鹽3 4的溶解;而地下水大部分位于HCO3-/（SO42-+Cl-）=1的上方，少數(shù)點(diǎn)位于該線下方，表明地下水來自碳酸鹽的溶解，部分來自蒸發(fā)鹽巖的溶解。綜上所述，灤河河水主要存在碳酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物溶解，入海口處可能受蒸發(fā)鹽巖溶解的影響。而硅鋁酸鹽溶解、碳酸鹽的溶解以及蒸發(fā)鹽巖的溶解是淺層地下水水化學(xué)類型形成的主要作用。nTSfmfr'Li fCllrrwi-Lf 卻￥?0,*5<\**1?中1p T（MJ.J-iC|-Xnwq/Lf國4高于比侑相關(guān)圍1卻，4HydrvthjeniiuiIrvhiti'ixuihipji theratehnftheMilctttdinn^ntwaterxumpLes2蒸發(fā)濃縮作用由研究區(qū)水文地質(zhì)條件可知，從出山口到入?？跍\層地下水埋深逐步變淺，地勢逐漸平坦。沖積海積平原（剖面W、W），降雨量相對較小，地下水徑流緩慢，給蒸發(fā)濃縮作用提供了有利條件。上述分析已經(jīng)顯示出蒸發(fā)作用對河水和淺層地下水的影響。而入海口處（剖面W）的水體受到較強(qiáng)的蒸發(fā)作用。蒸發(fā)濃縮作用導(dǎo)致地下水的TDS濃度逐漸上升，通常形成TDS>1g/L的HCO3?Cl型水。在沖積海積平原存在的Cl?HCO3型，則是蒸發(fā)濃縮作用較強(qiáng)的另一指示。3陽離子交替吸附作用陽離子交替吸附作用是在一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽離子，而將其原來吸附的部分陽離子轉(zhuǎn)化為地下水中的組分。陽離子交換的典型反應(yīng)方程式如下：Ca2+（水）+2Na+（巖）—Ca2+（巖）+2Na+（水）Mg2+（水）+2Na+（巖）—Mg2+（巖）+2Na+（水）從出山口到入?？?，河水和地下水的鈉吸附比（SAR）不斷增大（圖5），說明陽離子交替吸附作用逐漸增強(qiáng)，在沖積海積平原（即剖面W、W）陽離子交替吸附作用很強(qiáng)。地下水中Mg2+、Ca2+、Na+濃度的分布顯示，從出山口到入海口，山間盆地和沖洪積扇頂（即剖面I—III）Mg2+、Ca2+、Na+的濃度變化不大，但基本呈現(xiàn)Ca2+含量不斷減少，Na+含量不斷增加、Mg2+含量基本不變的趨勢。也表明發(fā)生陽離子交替吸附作用。沖積海積平原Na+含量大幅度增加，Ca2+含量有所下降，Mg2+含量緩慢下降，進(jìn)一步表明陽離子交替吸附作用增強(qiáng)。相對距離而nI圖5鈉吸明比（SAR）變化圖Fig.5Scxliumads^rplkmralk冶＜）Tdifkrentwaternamples4.4混合作用混合作用是成分不同的兩種水匯合在一起，形成化學(xué)成分與原來兩者都不相同的地下水。灤河下游河水和淺層地下水之間存在密切的水力聯(lián)系。由于地形等對地下水流動的控制，從出山口到入海口，各水體間存在不同程度的混合作用。山間盆地含水介質(zhì)顆粒較粗，黏性土多以透鏡狀分布，上下水力聯(lián)系好，地下水循環(huán)積極，形成低溶解性總固體的重碳酸型水。磁鐵礦存在地段，地下水TDS增加到1g/L以上，低溶解性總固體的河水滲漏補(bǔ)給地下水后，使得該區(qū)地下水的溶解性總固體有所減小。沖洪積扇河水與淺層地下水的水力聯(lián)系復(fù)雜，相互補(bǔ)給，河水與地下水相互控制。4.5人類活動影響人類活動對研究區(qū)淺層地下水組分的影響主要包括引灤工程、地下水開采等方式。這些人類干擾導(dǎo)致了地下水補(bǔ)給條件的變化，對溶濾、混合作用等產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。為解決津唐地區(qū)的缺水問題及提高下游灌溉用水保證率，國家先后在灤河修建了潘家口水庫、大黑汀水庫、引灤樞紐工程以及桃林口水庫。這些工程運(yùn)行之后，導(dǎo)致灤河下游徑流量大幅度減少，改變了地下水的補(bǔ)給條件，河水與地下水的補(bǔ)給關(guān)系發(fā)生變化。同時隨著該區(qū)開采量的增加，導(dǎo)致地下水降落漏斗的產(chǎn)生，咸淡水界面發(fā)生移動。使混合作用、溶濾作用、陽離子交替吸附作用在時間和空間及強(qiáng)度上發(fā)生改變。5結(jié)論從山間盆地至沖洪積扇再到?jīng)_積海積平原，地下水類型由HCO3型過渡到HCO3?SO4(SO4?HCO3)型，再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃l?HCO3型，而陽離子則由Ca(Ca?Mg)向Na?Ca(Na)型轉(zhuǎn)化。除入?？谔幒铀瘜W(xué)類型為Cl—Na型以外，河水水化學(xué)類型主要為HCO3?SO4—Ca?Mg(SO4?HCO3—Ca?Mg)型。山間盆地和沖洪積扇地下水呈現(xiàn)Ca2+>Na+>Mg2+>K+、HCO3->SO42->Cl-，沖積海積平原地下水樣陽離子均呈現(xiàn)Na+>Ca2+>Mg2+>K+，剖面W上地下水水樣陰離子仍然呈現(xiàn)HCO->SO2->Cl-，而剖面W地下水陰離子呈現(xiàn)Cl-3 4>HCO3->SO42-變化趨勢。淺層地下水以形成過程中既有鹽巖的溶解，又有硅鋁酸鹽礦物(石英、長石、云母等)的溶解，同時還存在白云石、方解石等碳酸鹽礦物的溶解。此外，形成過程受地形地貌以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制。溶濾作用是控制地下水水化學(xué)變化的主要作用，并且向下游隨著含水介質(zhì)顆粒變細(xì)，地下水徑流緩慢，溶濾作用減弱，蒸發(fā)濃縮作用逐漸增強(qiáng)，溶濾作用逐漸被陽離子交替吸附作用代替，到?jīng)_積海積平原，水化學(xué)作用以陽離子交替吸附作用和蒸發(fā)濃縮作用為主。河水的水化學(xué)形成優(yōu)勢機(jī)制是蒸發(fā)濃縮作用，同時溶濾河床中的碳酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物，沖積海積平原可能存在蒸發(fā)鹽巖的溶解。此外，人類活動對水化學(xué)演化的各過程都有不同程度的影響。致謝：感謝長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院研究生張糅、王宇航、魏哲、趙亞瓊、張在勇等在樣品采集過程中給予的支持與幫助。感謝中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西測試研究所在樣品測試中給予的支持。參考文獻(xiàn)：[1]章光新，鄧偉，何巖，等.中國東北松嫩平原地下水水化學(xué)特征與演變規(guī)律[J].水科學(xué)進(jìn)展，2006，17(1):20-28.[ZHANGGX，DNEGW，HEY，etal.HydrochemicalcharacteristicsandevolutionlawsofgroundwaterinSongnenPlain，NortheastChina[J].AdvancesinWaterScience，2006，17(1):20—28.(inChinese)][2]趙振華，袁革新，吳吉春，等.西北某放射性廢物處置預(yù)選區(qū)地下水水化學(xué)特征及地球化學(xué)模擬[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，38(4):1-7.[ZHAOZH，YOANGX，WUJC，etal.HydrochemicalcharacteristicsandhydrogeochemicalmodelingofgroundwaterinacertainpotentialradioactivewastedisposalsiteinNorthwestChina[J].Hydrogelogy&EngineeningGelogy，2011，38(4):1-7(inChinses)][3]王文祥，王瑞久，李文鵬，等.塔里木盆地河水氫氧同位素與水化學(xué)特征分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2013,40(4):29-35.[WANGWX，WANGRJ，LIWP，etal.AnalysisofstableisotopesandHydrochemistryofriversinTarimBasin[J].Hydrogeolog&EngineeringGeology，2013，40(4):29-35.(inChineses)][4]WANGWKDUANL，YANGXT，etal.ShallowGroundwaterHydro-chemicalEvolutionandsimulationwithSpecialFocusonGuanzhongBasin，China[J].EnvironmentalEngineeringandManagementJournal，2013，12(7):1447-1455.[5]荊秀艷，王文科，張福存，等.銀北平原淺層地下水的水化學(xué)特征及成因分析[J].人民黃河，2012,34(1):65-68.[JINGXY，WANGWK，ZHANGFC，etal.HydrochemicalcharacteristicsandFormationAnalysisofUnconfinedGroundwaterofNorthernYinchuanPlain[J].YellowRiver，2012，34(1):65-68.(inChinese)][6]MoussaAB，ZouraiK，MarcV.HydrochemicalandIsotopeEvidenceofGroundwaterSalinizationProcessesontheCoastalPlainofHammamet-nabeul，North-easternTunisia[J].PhysicsandChemistryoftheEarth，2011，36(5):167-178.[7]沈照理，朱宛華，鐘佐燊.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)W.北京：地質(zhì)出版社，1993.[SHENZL,ZHUWHZHONGZSHydrogeochemistryBasis[M].Beijing:GeologicalPubishingHouse,1993.(inChinese)][8]蒲燾，何元慶，朱國鋒，等.麗江盆地地表一地下水的水化學(xué)特征及其控制因素[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33(1):48-54.[PUT，HEYQ，ZHUGF，etal.GeochemistryofSurfaceandGroundWaterintheLijangBasin，NorthwestYunnan[J].EnvironmentalScience，2012，33(1):48-54.(inChinese)][9]CarolE，KruseE，MasplaJ.HydrochemicalandisotopicalevidenceofgroundwatersalinizationprocessesonthecoastalplainofSamborombonBay，Argentina[J].JournalofHydrology，2009，365(3-4):335-345.王文科，王雁林，段磊，等.關(guān)中盆地地下水環(huán)境演化與可再生維持途徑[M].黃河水利出版社，2006.[WANGWK，WANGYL，DUANL，etal.GroundwaterEnvironmentEvolationandRenewableMaintenanceApproachinGuanzhongBasin[M].YellowRoverWaterConservancyPress，2006.(inChinese)]安樂生，趙全升，葉思源，等.黃河三角洲淺層地下水化學(xué)特征及形成作用[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33(2):370-378.[ANLS，ZHAOQS，YESY，etal.HydrochemicalCharacteristicsandFormationMechanismofShallowGroundwaterintheYellowDelta[J].EnvironmentalScience，2012，33(2):370-378.(inChinese)]ZhuGF，LiZZ，SuYH，etal.HydrogeochemicalandIsotopeEvidenceofGroundwaterEvolutionandRechargeinMinqinBasin，NorthwestChina[J].JournalofHydrology，2007，333(2):239-251.BennettsDA，WebbJA，StoneD，etal.UnderstandingtheSalinisationProcessforGroundwaterinanAreaofSouth-easternAustralia，UsingHydrochemicalandIsotopicEvidence[J].JournalofHydrology，2006，323(1):178-192.徐芬，馬騰，石柳，等.內(nèi)蒙古河套平原高碘地下水的水文地球化學(xué)特征[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39(5):8-15.[XUF，MAT，SHIL，etal.HydrogeochemicalcharacteristicsofhighiodinegroundwaterintheHetaoplain，ZnnerMongolia[J].Hydrogeolog&EngineeringGeology，2012，39(5):