馮穎，吳清華，劉帥

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 德州 253015)

德州市深層淡水資源比較豐富且分布范圍廣，德城區(qū)1965年就將深層地下水作為供水水源，1985年隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，需水量急劇增加，各縣區(qū)深層地下水的開采量也急劇增加。而由于長時間大量的開采，引發(fā)了一系列的地質(zhì)環(huán)境問題[1-5]，如深層地下水降落漏斗和地面沉降等。為了緩解供水壓力，很多地區(qū)已經(jīng)飲用地表水，但仍有部分居民以深層地下水作為飲用水水源，因此研究深層地下水水化學(xué)類型和水化學(xué)主要組分的動態(tài)演化具有十分重要的意義。

1 深層地下水水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀

德州市對深層地下水水質(zhì)的監(jiān)測時間較早，但監(jiān)測的連續(xù)性較差，且取樣數(shù)量較少，僅在少數(shù)幾個縣區(qū)進(jìn)行了深層地下水取樣。該次德州市深層地下水水化學(xué)動態(tài)特征分析的數(shù)據(jù)資料來自于德州市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站開展的地下水水化學(xué)動態(tài)監(jiān)測。

該次研究選取了五個數(shù)據(jù)連續(xù)性較好且較典型的水質(zhì)進(jìn)行水化學(xué)動態(tài)分析，分別為德城區(qū)、臨邑縣城、武城縣城和齊河縣城、禹城縣域。其中德城區(qū)水質(zhì)資料為1998—2017年，每年一期；臨邑縣水質(zhì)資料1998—2017年，每年一期；武城縣水質(zhì)資料為2009—2017年，每年一期；齊河縣水質(zhì)資料為2011—2017年，每年一期；禹城縣水質(zhì)資料為2012—2017年，每年一期。選擇主要離子(礦化度、硫酸根、氯離子和重碳酸根離子)研究深層地下水動態(tài)變化規(guī)律。

2 深層地下水水文地質(zhì)特征

深層地下水含水層厚度和埋藏分布主要受基底構(gòu)造、中層咸水底界面和古地理環(huán)境的控制。由于咸水底界面起伏變化，深層地下水埋藏深度不盡相同，在區(qū)內(nèi)總體上表現(xiàn)為中間淺兩邊深。平原-陵城區(qū)-寧津一線以西和樂陵以東深層地下水含水層埋藏深度大于200m，中間地帶深層地下水埋藏深度多小于200m。

古太行水系在德州市西北部形成了大面積的河湖相地層，含水砂層顆粒較細(xì)，厚度相對較大，主要呈層狀展布，地下水富水程度相對較強；南部齊河、禹城一帶為泰沂山山前沖積地層，顆粒較粗，但厚度較薄。從南部石灰?guī)r分布區(qū)流入?yún)^(qū)內(nèi)的地下水中，含有大量的鈣質(zhì)成分，隨著徑流距離的增長，逐漸富集沉淀，形成大量鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖、底礫巖，使得南部深層含水砂層極不發(fā)育，地下水富水程度相對較弱。

根據(jù)含水層巖性、厚度和單位涌水量將深層地下水大致分為豐富區(qū)、較豐富區(qū)和貧乏區(qū)3個區(qū)。

圖1 德州市深層地下水水文地質(zhì)圖

(1)深層地下水豐富區(qū)。除慶云、樂陵北部和齊河一帶外，在區(qū)內(nèi)廣泛分布。砂層累計厚度大于40m，砂層巖性以粉砂、細(xì)砂和中砂、中細(xì)砂為主，單位涌水量多在50～75m3/d·m之間；在寧津縣、德城區(qū)附近和禹城—平原一帶砂層累計厚度大于60m，單位涌水量達(dá)100～200m3/d·m，其中，德城區(qū)是全區(qū)最大的開發(fā)利用地段。

(2)深層地下水較豐富區(qū)。主要分布在慶云、樂陵兩縣的東北角和齊河仁里—安頭一帶，砂層厚度20～40m，巖性為細(xì)砂、中砂夾砂巖，單位涌水量小于50m3/d·m。

(3)深層地下水貧乏區(qū)。主要分布在齊河-廣饒大斷裂南側(cè)的齊河沿黃一帶，呈NE向的條帶狀展布，含水砂層薄，累計厚度小于20m，巖性為中砂、中細(xì)砂，由于其中多含泥質(zhì)砂或形成半膠結(jié)狀的砂巖，富水性較差，單位涌水量小于50m3/d·m。

3 水化學(xué)演化過程

3.1 水化學(xué)類型演變

表1 德州市深層地下水水化學(xué)類型

綜合分析，除個別年份個別監(jiān)測點的水化學(xué)類型發(fā)生改變外，大部分監(jiān)測點的水化學(xué)類型能保持多年不變。通過進(jìn)一步研究，水化學(xué)類型發(fā)生變化的原因也僅僅是因為某個離子的摩爾百分?jǐn)?shù)在25%左右變化，但水質(zhì)并未發(fā)生實質(zhì)性的改變。

3.2 主要水化學(xué)指標(biāo)演變

3.2.1 德城區(qū)

重要組分多年動態(tài)曲線圖顯示：德城區(qū)深層地下水代表點重要離子中除礦化度2002年較1998年有一個比較大幅度的升高外，多年離子含量比較平穩(wěn)，呈小幅度的波浪狀變動(圖2)，其礦化度多年均小于1000mg/L。

圖2 德城區(qū)監(jiān)測點主要化學(xué)組分多年動態(tài)曲線圖

礦化度含量2000年以前較低，在650mg/L左右，2002年就升至891mg/L，隨后幾年一直維持在800～1000mg/L之間，2017年與1998年相比升高288mg/L；氯離子含量比較穩(wěn)定，1999—2017年均小于60mg/L，1998年氯離子含量較大為76mg/L；硫酸根離子2014年含量較低，為57mg/L，2012年含量最高為134mg/L，2017年與1998年相比升高12mg/L；重碳酸根離子2017年與1998年相比含量上升98mg/L，其中2016年重碳酸根離子含量最高為506mg/L(表2)。

表2 德城區(qū)深層地下水主要化學(xué)指標(biāo)變化(mg/L)

3.2.2 臨邑縣城

根據(jù)主要組分多年動態(tài)曲線(圖3)可以看出：臨邑縣城代表點地下水化學(xué)組分含量除2012年礦化度和硫酸根離子急劇上升外(可能與取樣位置發(fā)生變化有關(guān))，均呈比較平穩(wěn)的趨勢，未發(fā)生太大的波動。

圖3 臨邑監(jiān)測點主要化學(xué)組分多年動態(tài)曲線圖

臨邑縣代表點礦化度在2012年時含量達(dá)到最大值為1780mg/L，其他年份含量比較穩(wěn)定，2017年與1998年相比含量升高74mg/L；氯離子含量多年維持在250mg/L以內(nèi)，僅2016年降至最低值194mg/L；硫酸根離子整體呈降低的趨勢，2017年與1998年相比含量降低76mg/L，僅2016年達(dá)到最高值571mg/L；重碳酸根離子除2015年和2016年含量超過400mg/L外，其他年份含量均低于400mg/L，但整體呈現(xiàn)上升的趨勢(表3)。

表3 臨邑深層地下水主要化學(xué)指標(biāo)變化(mg/L)

3.2.3 武城縣城

根據(jù)主要組分多年動態(tài)曲線可知(圖4)，武城縣深層地下水代表點主要化學(xué)組分比較穩(wěn)定，各離子都未出現(xiàn)大的波動。

圖4 武城監(jiān)測點主要化學(xué)組分多年動態(tài)曲線圖

2009—2017年之間，武城代表點礦化度比較穩(wěn)定，多年含量均在1000mg/L左右；氯離子含量均在50mg/L左右，僅2012年為131mg/L，其他年份硫酸根離子含量有新波動，但總體保持穩(wěn)定；重碳酸根離子含量整體也呈上升趨勢，2017年比2009年含量上升122mg/L，其中2016年達(dá)到573mg/L(表4)。

表4 武城深層地下水主要化學(xué)指標(biāo)變化(mg/L)

3.2.4 齊河縣城

根據(jù)主要組分多年動態(tài)曲線(圖5)可以看出：齊河代表點地下水化學(xué)組分含量除2013年礦化度和硫酸根離子急劇上升外(可能與取樣位置發(fā)生變化有關(guān))，都呈比較平穩(wěn)的趨勢，未發(fā)生太大的波動。

圖5 齊河監(jiān)測點主要化學(xué)組分多年動態(tài)曲線圖

齊河縣深層地下水水質(zhì)較好，礦化度含量比較低，2011—2017年均低于500mg/L，其中2012年含量最低為348mg/L，2017年比2012年含量升高104mg/L；氯離子含量也較低，且比較穩(wěn)定，最大含量僅為28mg/L；硫酸根離子含量2016年最低為19mg/L，2017年最高為67mg/L；重碳酸根離子含量多年來均小于300mg/L，2017與2011年相比，含量升高36mg/L(表5)。

表5 齊河深層地下水主要化學(xué)指標(biāo)變化(mg/L)

3.2.5 禹城縣城

根據(jù)主要組分多年動態(tài)曲線(圖6)可以看出：禹城代表點主要化學(xué)組分含量在2013年有一個明顯升高的趨勢，2013年與2014年基本持平，2015年又出現(xiàn)下降趨勢，隨后各離子含量呈比較平穩(wěn)的趨勢。

圖6 禹城監(jiān)測點主要化學(xué)組分多年動態(tài)曲線圖

禹城代表點礦化度含量在2013年和2014年時達(dá)到最大值，在1600mg/L左右，礦化度含量整體呈上升趨勢，2017年與2012年相比含量上升305mg/L；氯離子含量除2012年為256mg/L最低外，其他年份均在350mg/L左右；硫酸根離子含量整體比較穩(wěn)定；重碳酸根離子含量均小于300mg/L，僅2017年達(dá)到305mg/L(表6)。

表6 禹城深層地下水主要化學(xué)指標(biāo)變化(mg/L)

4 水化學(xué)演化原因分析

根據(jù)深層地下水多年水質(zhì)動態(tài)曲線發(fā)現(xiàn)，深層地下水化學(xué)成分含量年際變化較小。說明深層地下水水化學(xué)動態(tài)受外界人為因素和自然變化影響較小，主要是地下水在開采過程中，隨著地下水壓力及氧化-還原環(huán)境條件的改變而發(fā)生變化，其水化學(xué)組分含量的變化是由自身的水化學(xué)地球環(huán)境影響所致[6-16]。

5 結(jié)論

(1)德城區(qū)和武城縣城水化學(xué)類型比較穩(wěn)定，未發(fā)生變化，臨邑和齊河個別年份的水化學(xué)類型發(fā)生變化，但水質(zhì)并未發(fā)生實質(zhì)性的改變。

(2)就主要水化學(xué)組分含量而言，5個地區(qū)多數(shù)離子含量呈上升趨勢，但變化幅度相對較小。德城區(qū)深層地下水大多數(shù)離子含量呈上升趨勢，僅氯離子含量下降；臨邑縣深層地下水礦化度與重碳酸根離子含量上升，氯離子和硫酸根離子含量下降；武城縣深層地下水各離子含量以上升為主；齊河縣除氯離子含量持平，其他離子含量均上升；禹城縣各主要離子含量均上升。