安徽涡河地区浅层地下水化学特征分析

马 涛，张朝君

(安徽省地质调查研究院，安徽 合肥 230001)

1 研究区概况

研究区位于安徽利辛县、蒙城县、涡阳县三县的交界部位(图1)，属于淮北平原，地势平坦，海拔21.8～88.0 m，呈西北高、东南低；区内河床堤岸、河漫滩、河间平地、河间洼地以及残丘相间分布，具有“大平小不平”的地形特征，地表岩性大多由棕红色、灰黄色粉质粘土、黄色粉质粘土和粉土组成，仅东部有齐山、狼山、黄伯山和尖山4处粉砂岩与页岩残丘分布，最高海拔达88 m(涡阳狼山)。研究区内除零星的剥蚀低丘以外，总体为典型的黄淮堆积型地貌，由河谷平原(I)、河间地块(II)和残丘(III)组成，根据微地貌情况又可细分为河床堤岸(I1)、河漫滩(I2)、河间平地(II1)、河间洼地(II2)、残丘(III)5个微地貌组成(图1)。

根据地下水的赋存条件，含水层岩性、水理性质及水力特征，可将研究区内的地下水按照从自浅至深可分为：浅层孔隙水含水岩组、中层孔隙水含水岩组及深层孔隙水含水岩组三个含水层。

1.1 浅层孔隙水含水岩组

浅层孔隙水含水岩组由晚更新世-全新世蚌埠组(Qp3-Qhb)和中—晚更新世茆塘组(Qp2-3m)的粘土、粉质粘土、粉砂、细砂组成，地下水一般为潜水和微承压水。根据其含水层的特点又可细分为潜水含水层和第一承压含水层。

1.2 中层孔隙水含水岩组

中层孔隙水含水岩组由中更新世(Qp2l)临泉组、早更新世(Qp1t)太和组的粘土、粉质粘土、粉土、粉砂、粉细砂组成，具多层结构，地下水为承压水。根据其含水层的特点又可细分为第二承压含水层和第三承压含层。

1.3 深层孔隙水含水岩组

深层孔隙水含水岩组由新近纪上新世(N2g)固镇组和中新世(N1x)下草湾组的棕红色夹灰白色、灰绿色粘土、棕黄色、棕红色粉砂、细砂、中细砂组成， 具多层结构，地下水为承压水。

图1 研究区地貌图

2 地下水水化学特征

通过对研究区浅层地下水的水化学指标进行统计，如表1所示。

表1 研究区浅层孔隙水化学参数统计特征 mg/L

主量元素中的阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)以K+变异系数最小(29.64%)，说明浅层地下水中K+相对稳定，其余阳离子相互较为接近(57.26%～80.22%)；主量元素中的阴离子(Cl-、HCO3-、SO42-)以HCO3-变异系数最小(32.54%)说明浅层地下水中HCO3-相对稳定，其余两个阴离子变异系数均较为接近(110.32%、143.47%)。浅层地下水水化学类型在阴阳离子组成上，较为接近(均小于100%)，即所指示的沉积环境是基本一致的，早期地下水中来源于天然环境的成分，本底值在区域分布上差异不大[1]。

三氮指标中，亚硝酸盐、氨氮和硝酸盐的变异系数均较大。其中亚硝酸盐的变异系数达298.62%，氨氮为232.29%，硝酸盐为241.30%。显示出三氮指标在空间分布上不均匀，单个水点的三氮含量，受水点所在小范围的环境影响极大。三氮指标的大变异系数，除本身形态较为不稳定外，还指示了浅层地下水受化肥、污水、粪便等农业污染和生活污染的影响显著[2]。

铁、锰指标属于研究区地下水含量较高的背景指标，其在区内的地下水中普遍存在。其中铁的变异系数为193.18%，锰的变异系数为124.41%，其变异系数一般，主要与区内地下水所属的水文地质单元有关。浅层含水层岩性以茆塘组棕黄色粘土、粉质粘土为主，普遍含铁锰结核和铁锰浸染膜，受地下水淋滤作用影响，浅层地下水中铁、锰含量普遍较高[3]。

重金属元素中，六价铬(Cr6+)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)的变异系数普遍偏高，除铜(Cu)为272.56%外，其余均达600%～1 100%，显示局部地段该类指标受人类活动影响污染产生异常的可能性很大[4]。

无机毒理指标中，砷(As)、碘化物(I-)变异系数一般，砷(As)的变异系数为151.70%；碘化物(I-)的的变异系数为123.33%，显示研究区该类指标受人类活动影响污染产生异常的可能性不大。

3 地下水TDS与硬度特征

TDS和总硬度是评价地下水质量优劣的重要指标。根据研究区地下水分析结果，浅层地下水TDS的范围在0.133～3.063 g/L，以淡水为主，局部地区分布少量微咸水，咸水在区内无分布。其中淡水广泛分布于整个工作区，呈面状分布；微咸水主要分布于涡阳西侧、十五里井、双庙镇—楚店—胡碱一带、高炉—王集一带、曹市周边地区、龚花园—王大楼一带以及王市周边，呈零散不连续分布。如图2所示为研究区浅层地下咸水与淡水分布区。根据微咸水分布情况推测该处为局域地下水排泄点，受蒸发浓缩作用影响[5]。

图2 研究区浅层地下水咸淡水分布图

如图3所示为研究区浅层地下水总硬度分布图，区内浅层地下水总硬度总体自补给区-径流区-排泄区呈现出逐渐增大的趋势。软水主要分布于地势较高的地下水补给地带；微硬水主要分布于地下水的径流区；硬水和极硬水分布于地势低洼的地下水的排泄区，主要集中于朱集-孙集-张老庄-中疃一带以及牛王辅-母集-关帝集一带。因浅层地下水排泄区地势低洼，浅层地下水水位埋藏极浅，受蒸发淋滤作用影响，离子富集，含量较高，很好地指示了地下水的补径排方向与特征[6]。

图3 研究区浅层地下水总硬度分布图

4 地下水水化学类型

影响水化学形成的因素很多,主要有地形地貌、地质、水文地质条件及人类活动等因素[7]。在研究区所特有的条件下，形成了第四纪孔隙水比较复杂、组合类型较多的特点，且具有一定的分带性。按照舒卡列夫分类法，区内浅层地下水共有15种水化学类型，但主要类型有11种，如表2所示。

表2 研究区浅层地下水水化学类型统计表

根据表2来看，区内浅层地下水以HCO3-Na型最多，占总数的28.57%；其次为HCO3-Na·Mg型水，占总数的18.49%；再次为HCO3-Na·Ca·Mg型水，占总数的14.29%；而后依次为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na，占总数的比例分别为7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。其余12种水化学类型每个类型出现的个数一般仅1～2组，共22组，合占总数的11.34%。

如图4所示，研究区浅层地下水阴离子以HCO3-为主，含量一般为200～800 mg/L；阳离子主要为Na+，含量为50～500 mg/L；其次为Ca2+，含量为20～290 mg/L，Mg2+含量为8～194 mg/L，部分采样点Cl-的含量在300～500 mg/L之间。从地下水中主要阴、阳离子变化来看，主要是含量相对变化，而无明显规律性；从地下水化学类型来看，横向无明显分带性。

图4 研究区浅层地下水Piper三线图

如图5所示，HCO3-Na型水广泛分布于工作区，主要分布于公吉寺-楚店-周集-西阳-高炉一带，分布面积达到30%左右，HCO3-Ca型水主要分布于王大楼周边、赵楼-纪王场一带、西潘楼-陈营一带、曹市周边、牛王辅周边；HCO3-Na·Mg型水主要分布于十五里井-双庙-丹凤一带、江集周边、后冯楼周边以及母集周边；HCO3-Ca·Mg型水主要分布于马集周边、张老庄南侧、望疃镇周边、中心集周边等地；HCO3-Na·Ca·Mg型水主要分布于张村周边、王市的西北侧、黄庄周边等；HCO3·Cl-Ca·Mg型水主要分布于曹市-单集林场一带、陈营的南侧等；HCO3·Cl-Ca型水主要分布于李大庄-赵楼一点以及望町集的西南侧；HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型水主要分布于单集林场周边、十五里井西北侧等；HCO3·Cl-Na·Mg型水主要分布于牛王辅的南侧、路集的周边等；HCO3·SO4-Na型水主要是由于人类活动造成的，分布于公吉寺、马集城镇周边地区。

图5 研究区浅层地下水水化学类型图

5 结语

(1)研究区的浅层地下水化学类型在阴阳离子组成上较为接近，所指示的沉积环境是基本一致的，早期地下水中来源于天然环境的成分。此外三氮指标的高变异系数，指示了浅层地下水受化肥、污水、粪便等农业污染和生活污染的影响显著。由于受到地下水淋滤作用影响，导致浅层地下水中铁、锰含量普遍较高。浅层地下水中的重金属含量普遍较高，表明了受人类活动影响污染产生异常的可能性很大。

(2)TDS和总硬度自补给区-径流区-排泄区呈现出逐渐增大的趋势。软水主要分布于地势较高的地下水补给地带；微硬水主要分布于地下水的径流区；硬水和极硬水分布于地势低洼的地下水的排泄区。因浅层地下水排泄区地势低洼，浅层地下水水位埋藏极浅，受蒸发淋滤作用影响，离子富集，含量较高，很好地指示了地下水的补径排方向与特征。

(3)研究区浅层地下水主要以以HCO3-Na型最多，占总数的28.57%；其次为HCO3-Na·Mg型水，占总数的18.49%；再次为HCO3-Na·Ca·Mg型水，占总数的14.29%；而后依次为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na，占总数的比例分别为7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。