地下水水化学系统分析
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发布时间：2022-04-27 03:52
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时间：2022-06-25 18:59
一、水化学系统划分
地下水是含有气体成分、离子成分、微量元素、有机质和微生物的一个复杂的溶液。受含水层系统、地下水循环特征的控制，以及地形地貌、水文气象、土壤植被等水文地球化学环境的影响，在不断变化着。同时，地下水是各种化学物质的载体，所以在地下水的补给、径流、排泄（或储存）过程中，各种元素亦随着载体而溶滤、迁移，其地下水化学场与地下水动力场相关密切。
地下水含水层系统是在长期地质作用下逐渐形成的。其中的基岩裂隙水含水层亚系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水含水层亚系统、第四系松散岩类孔隙水含水层亚系统，都赋存着质量不同的地下水。地下水系统是各种化学物质强大的搬运者，对元素的迁移、聚集、离散起了巨大的作用。特别是潜水含水层，它是浅层地下水水化学系统中最活跃的一种因素。
根据含水层系统对地下水化学特征的形成与控制作用，我们把三江平原地下水划分成3个水化学系统，即第四系松散岩类孔隙水水化学系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统和前第四系基岩裂隙水水化学系统。然后每个系统内再根据迁移交替作用的不同，水化学是否活泼来划分1～3个亚系统。最后每个亚系统根据原生水化学类型和人为污染状况，进一步细划为子系统（表5-5）。
表5-5 三江平原地下水水化学系统分区
这些亚系统之间具有直接或间接联系与影响，同时又各自具有自己的水化学特征。一个水化学系统接受一定的水和物质成分的输入，然后在系统内发生一些水化学变化，最后将其变为某种水化学的输出。最主要是系统内部含水层（体）系统是控制地下水水化学成分的输入、输出、传导与功能特征。同时本区人为活动影响剧烈，局部地区改变了天然水化学的传输功能。
二、水化学系统特征
（一）第四系松散岩类孔隙水水化学系统
本系统是相对独立的，与残丘及山地为隔水或弱透水边界。在垂向上，系统的底部边界为古近-新近系泥岩隔水层或弱透水层。系统输入主要有：①降水入渗；②丰水期江河水的侧向补给；③人工灌溉及渠道入渗。系统的输出主要有：①枯水期向江河岸边的透水边界排泄；②包气带水的蒸发；③人工开采地下水。
人类活动对系统影响主要有：一是城区及水稻种植区大量开采地下水，局部改变了系统的边界，同时水动力系统发生变化，影响水化学系统也发生变化。二是大面积农业灌溉水的入渗，也影响地下水的数量和质量。三是工业、农业和生活污染源星罗棋布，这些污染源通过各种渠道向地下水中输送有毒有害元素和物质，使地下水水化学系统遭受污染。
系统的内部特点是：岩性以细砂、砂砾石为主，上覆薄层粉质粘土，中夹淤泥层，下伏细砂、砂砾石。介质中化学成分主要为二氧化硅和三氧化铝，其次为三氧化二铁、氧化铁和氧化锰、氧化钙、氧化钠、氧化钾等；微量元素以钛为最丰，平均达450×10-6；最少为镉，平均为0.06×10-6。地下水最古老年龄为2×104 a左右。含水层厚度大，水量丰富，渗透系数多为50～100m/d，但由于水力坡度小，地下水径流缓慢，所以整个系统相对化学作用不强烈。
系统水化学多为重碳酸型水。浅层地下水受人为活动影响剧烈，地表水入渗、污水灌溉、大气降水均可携带污染物进入本系统中，多数地段遭受不同程度的污染。比如在城区工业污染、居民点附近有三氮污染等。
在这个系统内，由浅部（埋深小于10m）、中部（10～50m）到深部（大于50m），地下水的流速向下逐渐减小。因而水力交替迁移的能力减弱，而扩散水流模式则逐渐变得更加明显。地下水环境也由氧化环境过渡到还原环境；水化学也由活泼区渐变到惰性区。特别由于淤泥层的存在，使所有化学组分受到吸附和解吸作用。受人为活动因素影响少，水质较好，多为重碳酸钙型水。但在淤泥层附近，形成高腐殖水和高铁水，特别是在地下水强烈开采地段，形成氧化区，富集大量铁锰离子。由于上层污染水的垂向补给，使系统内水化学也发生了演化。实际上，在地下水系统中，每种选定的水化学参数都有活泼区，可能活泼区和惰性区，即在活泼水化学区存在惰性水化学小区。这是由于地层中各向异性，离子本身特点，输入系统控制等决定的。比如三氮在系统上部都是活泼区，但无污染源地段它又是惰性区；二价铁在活泼区处于缺氧区；在包气带，可以存在一个氯化物活泼区，其蒸发作用改变氯化物含量。这个包气带系统的其余部分可以形成一个惰性区。
（二）古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统
该类型的地下水埋藏较深，迁移交替作用较弱，因此水化学属不活泼区。同时由于地下水径流迟缓，导致一些离子含量较高，形成高铁水、高氟水、高硬度水。水化学类型为HCO3-Ca，pH值为7～7.5，地下水TDS为0.5g/L左右。人为活动影响因素少，地下水基本没有污染。
（三）前第四系基岩裂隙水水化学系统
本系统由基岩风化裂水水质亚系统和构造裂隙水水质亚系统组成，含水介质为花岗岩、火山岩、砂岩，地下水溶滤这些岩石形成重碳酸钙水。
（1）风化裂隙水水化学亚系统
在亚系统上部，地表以下0～10m区间，岩石风化裂隙发育，连通性较好，大气降水入渗后经短途径流，最后以泉的形式排泄沟谷中。因此亚系统上部交替迁移作用较强，水化学处于活泼区，多数离子均不超标，且人为污染仅限于一些居民点。在亚系统的下部，岩石风化裂隙逐渐减弱，交替迁移作用缓慢，水化学呈惰性区，铁锰含量也增高。
（2）构造裂隙水水化学亚系统
构造裂隙水，赋存于前第四系基岩的构造裂隙中，各项化学指标均适中，TDS多小于0.35g/L，水化学类型为HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型。该水化学系统交替作用较强，参与水文循环积极，且循环深，距离远，最终排泄到风化裂隙水中或第四系松散岩类孔隙含水层中。
