黄河下游岸边浅层地下水环境演化

黄河下游岸边浅层地下水环境演化研究系统分析了郑州北郊水源地多年来的地下水水位和水质资料，认为该水源地浅层地下水水质良好。同时，对20多年来在人类活动条件下黄河岸边浅层地下水动力场、水化学组分的演变进行了研究，结果表明：黄河水与岸边浅层地下水联系密切，黄河水质的好坏直接影响着浅层地下水的水质；人为开采改变了岸边浅层地下水的流场特征，同时也改变了岸边浅层地下水水化学组分，岸边浅层地下水水质朝着恶化的方向发展。

郑州北郊水源地位于黄河南岸，距离市区20km，其允许开采量为20万m3/d。郑州市城市供水的50%～60%来自地下水源，地下水环境的变化直接影响着城市的发展和居民的身体健康。笔者通过对水源地地下水水质、水量的调查，了解浅层地下水水质现状，分析人类活动条件下黄河岸边浅层地下水动力场、化学场的演变特征以及黄河对水源地地下水质的影响，以期为保护浅层地下水资源提供依据。

1黄河郑州段水文地质条件

1.1含水层分布特征

郑州北郊水源地位于黄河冲积扇中上部。黄河冲积扇埋藏有丰富的地下水资源，地下水贮存于粗颗粒相的细中砂、中粗砂、含砾粗砂含水层中。根据含水层埋藏及水力特征，可将地下水划分为浅层潜水、浅层微承压水和深层承压水。浅层潜水由于埋藏浅，受河水及大气降水入渗补给，冲积扇中上部及河流主槽地带的含水层颗粒粗、厚度大、富水性好、透水性强且水质优良，因此是城市供水的首选水源。

浅层水是该区的主要含水层，也是水源地的目的开采层位。含水层底板埋深：南部及西部，28～50m；北部及东部，60～75m。其地层岩性主要为全新统和中更新统、晚更新统黄河冲积的粉细砂、细中砂、中粗砂。含水层厚度一般为30～50m，自西向东、自南向北，含水层厚度由薄变厚，含水层颗粒一般由北向南变细。根据含水层埋藏条件及水力特征，可将其划分为上、下两段含水层组，之间有粉质黏土、黏土隔水层存在，上层水为潜水，下层水为微承压水。潜水层岩性以全新统沉积的粉细砂、细砂为主，多含淤泥质，厚3～10m，底板多由粉土组成。水位埋深一般为1～3m，高出下层微承压水0.5m左右。该层一般无单独开采，但降水入渗通过该层越流补给微承压含水层。微承压水层岩性以更新统中砂、细砂、中粗砂、含砾粗砂等为主，在含水层较厚的北部夹有1～2层粉土，其中一层较稳定，其顶板埋深为33～42m，厚2～5m，部分地段粉土缺失，上下含水层组相连形成统一水位。该含水层厚度一般为30～50m，自北而南变薄。水源地单井出水量为140～220m3/h。

1.2地下水补给、径流、排泄特征

现行黄河为“地上悬河”，河床底部是近代黄河沉积物——细粒相的泥质粉细砂，与岸边含水砂层相连。根据地下水流场、放射性同位素氚、氢氧稳定性同位素组成特点综合分析，认为黄河侧渗补给两岸地下水的影响范围郑州剖面黄河南岸约为5.1km，北岸约为6.4km；中牟—新乡剖面南岸约为13.7km，北岸约为18.0km；开封剖面南岸约为13.1km，北岸约为23.2km；濮阳剖面西岸约为19.2km［1］。以上资料表明，北岸含水层颗粒粗、导水性强，黄河对其影响较南岸远。地下水除受黄河水补给外，还受大气降水入渗补给、农业灌溉入渗补给、渠道渗漏入渗补给及西部山区侧向径流补给。地下水排泄以径流、蒸发和开采为主。天然条件下区内浅层地下水位埋深浅，蒸发强烈。开采后除河边线有蒸发消耗外，其他地段基本无蒸发量。

2浅层地下水流场特征及其变化

2.1浅层地下水水位动态特征

在天然状态下，浅层地下水主要受水文、气象因素制约，随着距离黄河水边线的距离由近至远，浅层地下水受黄河的影响由强渐弱。地下水动态类型亦随之由水文型、气象-水文型、水文-气象型过渡到气象型。在人类活动影响下，黄河岸边地下水水位的动态特征受开采强度、开采规律的控制，由水文型变化为水文-开采型。地下水流向的总趋势为西北—东南，地下水动态主要受开采、黄河及气象因素制约。水源地开采区地下水位升降与开采量密切相关，并在开采量较大、开采井位置相对集中时形成开采降落漏斗。

2.2地下水流场特征及其变化

为了说明几年来地下水流场变化情况，可将1978年的地下水流场图作为参考，当时地下水开采量较小，仅在西部木马村菜区形成一个小椭圆形漏斗。漏斗中心水位埋深4.25m，标高86.55m，87m等水位线闭合面积约为1.5km2，区内尚未形成大的地下水开采漏斗，基本上可以代表大规模开采地下水以前的流场特征。地下水径流以黄河迎宾馆—张弓庄—西唐王—姚店堤为界，这条线以北的地下水流向为北西—南东，水力坡度在0.6‰～1.5‰之间；以南流向则为南西—北东，水力坡度在0.25‰～2.00‰之间，二者汇集后流向为东南。

从1995年地下水等水位线图可以看出，地下水流向以杓袁—唐王—刘江庄—刘集为边界，这条线以北地下水流向为北—南东，水力坡度在0.7‰～2.5‰之间，在唐王—马头岗—大贺庄一带形成一个椭圆形降落漏斗，漏斗中心水位埋深4.96m，水位标高81.78m。83m等水位线闭合面积约为14km2。与1978年相比，区内地下水位大部分下降0.5～4.0m，平均下降2.0m；近黄河地带水位下降0.5～1.5m，靠近市区柳林村一带水位下降2.20～3.10m，马头岗—大贺庄—小贺庄—新石桥村一带水位下降2.2～4.0m。区内东南部姚桥—陈三桥一带地下水位变化不大。

从1999年流场图可以看出，唐王—大贺庄—姚店堤一带形成一个椭圆形降落漏斗，漏斗中心水位埋深6.0～8.0m，水位标高79～81m，82m等水位线闭合面积约为30km2。另外，在黄岗庙渔塘集中带也形成了一个降落漏斗，83m等水位线闭合面积约为6.0km2，与1995年同期流场相比，监测区外围水位下降0.03～1.28m，平均下降0.37m。水源地开采后，地下水流场发生了明显的变化，从水源地2004年地下水位等值线图可以看出，在凌庄滩地中、东部形成一个椭圆形降落漏斗区，漏斗中心水位埋深10m左右；在西马林村—姚店堤—刘江庄一带，形成一个椭圆形降落漏斗区，漏斗中心水位埋深8～10m，标高77m左右；与水源地建设期同时段地下水流场相比，降落漏斗面积、漏斗中心水位埋深均有明显增大。

总之，自1978年以来，随着地下水开采量的不断增加，地下水位下降0.5～4.0m，年平均下降0.10m。特别是1994年以后，渔业开采逐年增多，致使漏斗逐年增大，漏斗中心水位逐年下降。1994～1998年，漏斗面积增大了近16km2，中心水位下降了1.04m。地下水位逐年下降这一趋势值得重视。

3浅层地下水水化学组分特征及其变化

3.1水化学组分的空间变化特征

为了研究浅层地下水主要化学组分的空间变化特征，笔者根据水源地多年水质监测资料进行了分析，认为：1978年，黄河大堤以南沿河地带由于地下水水力坡度大，黄河水与地下水交替循环快，因此地下水水化学特征与黄河水极为相近，矿化度为0.34～0.44g/L，总硬度为220.45～311.30mg/L，水化学类型为HCO3-Ca?Mg?Na或Ca?Na?Mg型；中部地下水处于南北地下水径流汇合地带，径流条件差，矿化度、硬度均有所增高，矿化度为0.55～0.66g/L，总硬度为397.34～463.74mg/L，水化学类型为HCO3-Ca或Ca?Mg型；南部东风渠两岸由于引污水灌溉入渗，因此使浅层地下水遭受了不同程度的污染，矿化度为0.72～0.99g/L，总硬度大于446mg/L，Cl-含量为104～155mg/L。祭城镇庙张村等地下水Hg含量为0.002～0.010mg/L，超出了生活饮用水标准，出现了HCO3?Cl-Na?Ca或Mg?Na?Ca型水。1994年以来，地下水水质自北向南具有明显的水平分带，近黄河地带为HCO3-Ca?Mg?Na或Ca?Na?Mg型，向南过渡到HCO3-Ca或Ca?Na型。矿化度也由近河地带的0.5g/L左右过渡到远河地带的1.0g/L左右，自北向南有明显的增大趋势，研究区北、中部矿化度逐年升高。南部局部地带地下水的矿化度超过1.0g/L，出现了HCO3?Cl型，HCO3?Cl?SO4型水等，这些水化学类型及高矿化度与局部污染源及污染程度有关。精厕概水源地开采以勿来，浅层地下疲水的水化学类医型主要墙为饼HCO3-C选a?Mg?N版a雕型蔬或汉Na?M创g上型，据地下水雅水质监测分析哲成果，浅层地焦下水矿化度脂为攀0.3虑7仁～备1.48g徐/低L该，多年平均值剩为证0.81g水/遮L批，企p衡H山值琴为注7.0逼5英～被8.7惑0军，总硬度免为盗23毫6碑～恋591.59炸mg/纵L寒，属低矿化弱饺碱性淡水。黄劝河水水化学组切分逼中宾Na存+戚、窑Cl烟-金、附SO42天-饥等含量明显高惑于地下水花，宁Fe3谢+档、恋Mn2哗+强及总硬度明显陈低于地下水，准其他组分差异缘不大。地下水学中润Na馆+率、吐Cl删-旁、欲SO42渣-享、释Ca2优+拣、丸HCO3结-凉、总硬度的含呆量自北向南有钉逐渐增高趋势代，这与黄河水潜补给地下水有哀关：距离黄河妇越近，其影响疏越大；越远影士响则越小。授驴肆综上所述，虫从躲197纤9唇年至今，黄河究以南浅层地下响水化学类型仍伐以重碳酸型为拨主，没有大的膊变化。地下水伤水质自北向南踏具有明显的水基平分带，由近辨黄河地带孤的烫HCO3-C扭a?Na?M卖g蜜或雷Ca?Mg?牢N暂a目型向南逐渐变铲为窜HCO3-C遇a?N切a章或挨HCO3-C壤a剥型。矿化度自咸北向南有明显驴的增大趋势。垫南部东风渠沿籍岸污灌区浅层夕水已遭受不同纲程度的污染，削水化学类型复穴杂，出现仓了绪HCO3?C拒l棋型水捆，贫H施g政含量超出饮用窝水标准。目前论监测区北、中犬部矿化度比水誉源地初勘、勘逐探阶段有所升炕高，在南部局耀部污灌区矿化隆度超过编1.0g乓/收L娘，出现梳了卧HCO3?C时l?SO使4讯型水泉及祖HCO3?C虹l权型水，表明这惩些地带污染程值度及面积比过掏去有明显的加共大。草

3.缝2蜘水化学组分骡随时间的变化驰不同深度含水规层地下水中离询子含量变化显籍著，浅层潜水并（＜辩30m漏）旗中猾Na座+巡、剪Ca2针+衫、调Cl清-尿、畅HCO3随-习、索NO3-海男的含量及总硬琴度、矿化度均训高于浅层微承痰压水颗（蹦3香0陵～掉80拳m锐）中的离子含栋量。越

19旬7占8还年以前，地下果水水化学特征蒜主要受各种天弦然条件（包括写地质条件、水佩文地质条件、翅水文地球化学堵条件、水文条爬件及气候条件盈等）控制。但读进交入英2妨0税世由纪犁8登0倒年代后，人类按活动的增强使敲研究区内河渠厕污染严重，水永质均为唱Ⅴ翠类。目前浅层六地下水受其影绑响不大，但从缓长远看从，项Cl扑-欢、瓦SO42来-充、畜HCO3坡-架、硝酸盐含量渣及总硬度均有结逐年增高趋势束，浅层地下水蝶存在潜在的污痛染。总之，人米类活动的直接辱影响是引起研还究区地下水化析学组分变化的帮主要因素卸［卵2仅～朵4慰］。苍峰4宁结语舍黄河下游岸边想浅层地下水与扁黄河水有密切较的联系，人为芬开采地下水加押剧了河水对地爷下水的补给，岭对地下水的水闻质产生影响积。框2托0经多年来，地下喉水开采量日益浮增加，导致地煎下水水位逐年响下降，破坏了棉地下水天然流矮场的平衡；另氏一方面，人类始活动产生的污肌染物进入地下摇水，使地下水记的化学组分浓淹度增高，水质摸有恶化趋势。迎表现携为宁Cl敢-填、迹SO42撞-闯、伸HCO3制-办、硝酸盐含量独及总硬度均有恼逐年增高趋势摆，缝且跳SO42渣-呆增速大裤于藏Cl嫩-雁。因此，研究五黄河近岸浅层哪地下水水位和平水质的时空变锣化规律，科学诊合理地开发利间用黄河水资源蜂是十分必要的唐。潜伯妈参考文献：确雾属［州1档］赵云肉章钻.版黄河水对两侧馋地下水补给范使围的初步研究卫［四J慧］沫.创人民黄河苏，烦2003(1