本文摘要：提要：為查明長春新區(qū)地下水特征及演化，支撐東北老工業(yè)基地建設(shè)，本文在調(diào)查取樣的基礎(chǔ)上，充分利用前人成果資料，應(yīng)用SPSS分析軟件、地下水污染分析軟件等工具，通過對長春新區(qū)的地質(zhì)條件、水化學(xué)參數(shù)空間分布特征、地下水化學(xué)類型、地下水化學(xué)成因分析，
提要：為查明長春新區(qū)地下水特征及演化，支撐東北老工業(yè)基地建設(shè)，本文在調(diào)查取樣的基礎(chǔ)上，充分利用前人成果資料，應(yīng)用SPSS分析軟件、地下水污染分析軟件等工具，通過對長春新區(qū)的地質(zhì)條件、水化學(xué)參數(shù)空間分布特征、地下水化學(xué)類型、地下水化學(xué)成因分析，得出長春新區(qū)地下水的硬度較高且礦化度較大,HCO3-在地下水的離子中占據(jù)主導(dǎo),Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水中的絕對質(zhì)量濃度較高;PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-的質(zhì)量濃度相對穩(wěn)定;地下水離子以HCO3-和Ca2+為主;Na+和K+同時來自巖鹽和硅酸巖的溶解;Ca2+和Mg2+主要來源于碳酸鹽的溶解。區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量可分為四級，其中Ⅴ類水未評出。總體來看，Ⅰ類水占7.50%，Ⅱ類水占32.10%，Ⅲ類水占20.80%，Ⅳ類水占39.60%。較好以上地下水占60.4%，水質(zhì)總體情況較好，這對保障該區(qū)人們健康生活提供了良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：地下水;水化學(xué);水質(zhì)特征;生態(tài)健康;水文地質(zhì)調(diào)查工程;長春新區(qū);吉林
1引言
長春新區(qū)是2016年國務(wù)院在長東北經(jīng)濟(jì)區(qū)的基礎(chǔ)上批準(zhǔn)的國家級新區(qū)，包括朝陽區(qū)的雙德鄉(xiāng)，寬城區(qū)的奮進(jìn)鄉(xiāng)，二道區(qū)的龍嘉鎮(zhèn)，九臺區(qū)的西營城街道，規(guī)劃控制面積499平方公里。建設(shè)好長春新區(qū)作為推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)、加快新一輪東北地區(qū)等老工業(yè)基地振興的重要舉措，為促進(jìn)吉林省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和東北地區(qū)全面振興發(fā)揮重要支撐作用。
水是生命的源泉、農(nóng)業(yè)的命脈、工業(yè)的血液、城市的靈魂,是人類和一切生物生存不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。而長春又是嚴(yán)重缺水的城市，研究長春新區(qū)地下水水質(zhì)特征對未來新區(qū)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)意義重大。地下水化學(xué)特征及形成作用是水文地質(zhì)學(xué)科的重要研究內(nèi)容，開展相關(guān)研究對區(qū)域地下水資源的利用和管理及生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與保護(hù)都具有十分重要的意義(錢會和馬致遠(yuǎn),2005;沈照理等,1993)。地下水化學(xué)特征由物源的沉積環(huán)境及沉積組合特征決定，并受自然和人為因素交互影響(章光新等,2006;謝振華等，2010;李旭光等，2019;安樂生等，2012)。
當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者主要采用數(shù)理統(tǒng)計(張濤等，2018;孫立梅和劉曉潔，2005;王水獻(xiàn)等，2007;邢立亭等，2015;陳倩等,2012)、Piper三線圖、舒卡列夫分類法、相關(guān)性分析等技術(shù)方法對地下水水質(zhì)量、水化學(xué)特征進(jìn)行研究(孫斌和邢立亭，2010;張偉敬等,2010;袁建飛等,2016;孫岐發(fā)等,2017;孫岐發(fā)等,2019)。地下水在運移過程中，與介質(zhì)發(fā)生多種多樣的物理化學(xué)作用，其中包括溶解/沉淀、酸堿平衡、吸附/解吸及氧化還原作用等(馮億年等，2015;楊炳超等,2016;章光新等,2006;姜凌，2009;孫厚云等,2018;楊磊等,2015)。
依據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的不同，這些作用往往控制著一個地區(qū)地下水的化學(xué)成分，利用離子比例系數(shù)法認(rèn)識地下水的形成及演化。依據(jù)我國地下水質(zhì)量狀況和人體健康風(fēng)險,參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水質(zhì)量要求，高彥偉等，2008;王意惟和王宇昕，2009;任光等，2015;尹華等，2009在長春地區(qū)作過地下水質(zhì)評價以及后備水源地評價，但針對長春新區(qū)地下水還沒有人專門進(jìn)行過研究。
2研究區(qū)概況
長春新區(qū)分布在長春市外圍的西南和東北兩面，地理坐標(biāo)：東經(jīng)125°12′-125°53′;北緯43°40′-44°11′，地勢東南高，西北低。按成因類型、形態(tài)特征，分為構(gòu)造剝蝕、剝蝕堆積、堆積三個成因類型和大黑山丘陵、黃土波狀臺地、一級階地及漫灘三個形態(tài)單元。其中黃土波狀臺地分布最廣，其次為一級階地及漫灘。
屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季涼爽早霜，冬季寒冷漫長。全區(qū)降水多年平均為576.7mm，降水主要集中在6-9月份，占全年降水的60-80%，蒸發(fā)量全區(qū)1741mm，是降水的3倍。較大的水系為霧開河、飲馬河與伊通河。石頭口門水庫位于研究區(qū)東北部，庫區(qū)有一小部分位于研究區(qū)內(nèi)。石頭口門水庫位于飲馬河中游，集水面積4944km2，庫容量為7.02億m3。研究區(qū)主要地層有侏羅系、白堊系和第四系。地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水三種類型，地下水富水性差別大。
3研究方法
3.1地下水水樣采集與測試方法
地下水采樣點分布于長春新區(qū),采樣時間為2016年7月,采樣點控制面積為499km2,共采集地下水水樣48組(其中平行樣1組),水樣嚴(yán)格按《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(H/164-2004》進(jìn)行采集、保存和送樣。水樣測試由國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試完成。利用全譜直讀等離子體光譜法(ICP-OES)測定Na+、K+、Ca2+、Mg2+，用離子色譜法(IC)測定Cl-、SO42-，用紫外分光光度法(UV)測定H2SiO3，用重量法(GR)測定溶解性總固體(totaldissolvedsolid,簡寫TDS)，容量法(VOL)測定HCO3-，K+檢測下限為0.05mg·L-1，Na+檢測下限為0.01mg·L-1，Ca2+、Mg2+檢測下限為1.0mg·L-1，SO42-檢測下限為5.0mg·L-1，NO3的檢測下限為0.2mg·L-1。采用陰陽離子平衡檢驗方法對水樣數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性檢驗,取陰陽離子平衡的相對誤差E的絕對值小于5%為可靠數(shù)據(jù)，經(jīng)檢驗，所有數(shù)據(jù)均為可靠數(shù)據(jù)。
3.2數(shù)據(jù)分析方法
本次利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法應(yīng)用SPSS19軟件，構(gòu)建地下水中主要離子間相關(guān)系數(shù)矩陣，分析地下水中主要離子特征;應(yīng)用地下水分析軟件，繪制地下水Piper三線圖，同時，根據(jù)舒卡列夫分類法分析確定地下水水化學(xué)類型;利用離子系數(shù)比方法進(jìn)行地下水水化學(xué)成因分析。依據(jù)我國地下水質(zhì)量狀況和人體健康風(fēng)險,參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水質(zhì)量要求,依據(jù)各組分含量高低(pH除外),分為五類。I類;地下水化學(xué)組分含量低,適用于各種用途;Ⅱ類:地下水化學(xué)組分含量較低,適用于各種用途;Ⅲ類:地下水化學(xué)組分含量中等,以GB5749-2006為依據(jù),主要適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水;Ⅳ類:地下水化學(xué)組分含量較高,以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水質(zhì)量要求以及一定水平的人體健康風(fēng)險為依據(jù),適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水,適當(dāng)處理后可作生活飲用水;V類:地下水化學(xué)組分含量高,不宜作為生活飲用水水源,其他用水可根據(jù)使用目的選用。
4結(jié)果
由于整個東北地區(qū)地下水的典型特征是鐵、錳普遍超標(biāo)，所以本次評價沒有將鐵、錳計算在內(nèi)。區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量可分為四級，其中Ⅴ類水未評出。總體來看，Ⅰ類水占7.50%，Ⅱ類水占32.10%，Ⅲ類水占20.80%，Ⅳ類水占39.60%。較好以上地下水占60.4%，總體情況較好。從評價結(jié)果看NO3-是影響長春新區(qū)地下水質(zhì)量的主要因素，同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍大量使用硝酸鹽化肥有關(guān)，需要引起足夠重視，科學(xué)施肥，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，關(guān)愛身體健康。
5討論
5.1主要化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計分析
為了解該地區(qū)的地下水水化學(xué)特征,對長春新區(qū)淺層地下水水樣CaCO3、TDS、PH、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SO42-、Fe、H2SiO3、Sr、Cl-、NO2-、HCO3-檢測結(jié)果用SPSS19軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析,得到水化學(xué)組分統(tǒng)計特征值。反映長春新區(qū)或調(diào)查時間段內(nèi)地下水水化學(xué)成分的概略面貌。可以看出,TDS(溶解性總固體簡稱)、總硬度較高,說明地下水的硬度較高且礦化度較大,在離子組分方面,HCO3-質(zhì)量濃度的平均值最大,Ca2+、Cl-、SO42-、Na+次之,表明其在地下水的離子中占據(jù)主導(dǎo),又因Ca2+、Cl-、SO42-、Na+的平均值較大,說明其在地下水中的絕對質(zhì)量濃度較高。
可以看出研究區(qū)淺層地下水的PH值為5.87-8.6之間，平均值為7.03，中性。變異系數(shù)是變量變幅和穩(wěn)定性的特征,變量變幅越小,穩(wěn)定性越強(qiáng),變異系數(shù)就越小,反之亦然。較大的變異系數(shù)說明地下水化學(xué)組分形成及演化的影響因素復(fù)雜。PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-變異系數(shù)較小,反映其在該地區(qū)的地下水中的質(zhì)量濃度相對穩(wěn)定,HCO3-不僅質(zhì)量濃度較高,且穩(wěn)定;而NO2-、Fe、K+、SO42-的變異系數(shù)較大,說明其在不同區(qū)域質(zhì)量濃度值相差較高,易受水文氣象條件、地形地貌,含水層介質(zhì)和人類話動等因素的影響。
5.2地下水中重要參數(shù)的相關(guān)性分析
利用各離子含量之間的相關(guān)性分析，可以推測出地下水中各離子之間是否為相同來源(田輝等，2017;劉裕等，2019;霍吉祥等，2018;錢程和武雄，2016)。采用SPSS19軟件對區(qū)域水質(zhì)起重要作用的TDS、PH、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO2-及H2SiO3列出相關(guān)系數(shù)矩陣。將各類離子或指標(biāo)之間相關(guān)性定量化清楚地表示出來加以分析。
6結(jié)論
(1)區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量可分為四級，其中Ⅴ類水未評出。總體來看，Ⅰ類水占7.50%，Ⅱ類水占32.10%，Ⅲ類水占20.80%，Ⅳ類水占39.60%。較好以上地下水占60.4%，總體情況較好，這對保障該區(qū)人們健康生活提供了良好的基礎(chǔ)。
(2)HCO3-、Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水的離子中占據(jù)主導(dǎo);Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水中的絕對質(zhì)量濃度較高;PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-的質(zhì)量濃度相對穩(wěn)定;而NO2-、Fe、K+、SO42-在不同區(qū)域質(zhì)量濃度值相差較高,易受水文氣象條件、地形地貌,含水層介質(zhì)和人類活動等因素的影響。
(3)長春新區(qū)地下水的硬度較高且礦化度較大;地下水化學(xué)類型以HCO3–Ca型為主，Na+和K+同時來自巖鹽和硅酸巖的溶解;Ca2+和Mg2+主要來源于碳酸鹽的溶解;淺層地下水發(fā)生了陽離子交換作用。
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