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发表于 2021-8-6 18:03:42
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本帖最后由 楚之游侠 于 2021-8-6 18:06 编辑
武汉市多要素城市地质调查示范——长江新城地下水化学特征及成因分析报告
一、引言
2018年武汉市地下水资源量为10.54亿立方米，占水资源总量的30.15%，地下水含水层层厚、埋蔽浅、量丰富且开发便利。然而，由于江汉平原东北部岩土中铁、锰、砷等元素含量偏高，加之城镇化进程加快及人类活动的加剧，导致武汉市地下水水质开始呈现恶化趋势，2018年武汉市水资源公报显示，30%以上的地下水为Ⅳ或V类，地下水质量较差，其水质安全问题在武汉地区十分突出。
近年来，科研人员在武汉市开展了大量的地下水研究工作，主要集中在地下水资源分布、地下水特征及水质分析、地下水污染状况及地下水对工程建设的影响等方面，然而对于武汉市地下水化学演化过程及其成因机理研究尚未见报道，对地下水演化过程与规律的认识仍显不足。地下水的化学组分是地下水演化的直接结果，可以帮助人们分析地下水的演化规律，识别地下水污染来源。因此，有必要对武汉市地下水的演化规律进行分析，以便识别地下水化学的控制因素，更科学有效地指导水资源的合理分配利用与保护。
长江新城涵盖了武汉典型地质地貌与不同类型地下水，水资源富多样，区内存在3个相对完整的水文地质单元，因此，科学认识该地区地下水化学特征及形成机制对于保障整个武汉乃至江汉平原类似地区地下水资源可持续开发利用具有重要意义。报告以武汉**江新城为例，高精度采集地下水样，运用数理统计、离子比值分析、矿物饱和指数等方法对长江新城不同类型地下水特征及关键驱动因素进行分析研究，揭示地下水化学成分的主要形成作用，以期为武汉广大地区地下水开发利用提供水化学依据。
二、研究区概况
长江新城位于武汉中北部长江边，面积约为550平方公里，处于江汉平原的东部，属北亚热带季风性湿润气候，冬寒夏暖，冬夏漫长而春秋短，年内平均气温为16.7℃，降雨多集中在夏季，多年平均降雨量为1284m。
长江新城毗邻长江、府河、滠水河、倒水河和武湖、后湖、涨渡湖等众多河流湖泊(图1)。整体位于低海拔区域，地形起伏较小，地势特征为北东高南西低，海拔为16~70以平原地貌为主，残丘孤岗时断时连，三水环抱，湖泊
环绕。滠水河、倒水河由北自南汇入长江。
研究区东西边界分别为倒水河、滠水河，南边界为长江，北部为变质岩，中部为武湖，长江新城可分为3个大的水文地质单元：西部的三里桥、中部的武湖和东部的桃树湖水文地质单元。
其中，三里桥水文地质单元主要含水层为第四系松散堆积物和白垩-新近系泥质粉砂岩、砂岩，主要接受大气降雨补给，地下水顺层自北东向西、向南汇入滠水、长江。中部的武湖水文地质单元主要含水层为白垩-新近系砂岩、泥质粉砂岩和南华系变质岩、早白垩花岗岩，四周高、中部低，接受大气降雨补给，地下水通过岩石裂隙自四周向中部汇流入武湖。东部的桃树湖水文地质单元主要含水层为白垩-新近系砂岩、泥质粉砂岩，西部高、东部低，主要接受大气降雨补给，地下水通过岩石风化裂隙自西向东汇入倒水河。
研究区地下水主要为承压水，可分为第四系孔隙水、碎屑岩裂隙水、变质岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶水。第四系孔隙水广泛分布于长江及滠水河沿岸的第四系松散层覆盖物中，岩性主要为砂砾石，孔隙相对较大；碎屑岩裂隙水位于第四系孔隙水之下，在研究区东部零星出露于地表，含水层由白垩-新近系泥质粉砂岩、含砾砂岩、砾岩组成，上部由于风化裂隙发育，富含裂隙水；变质岩裂隙水分布于研究区西北部，含水层主要为南华系变质岩及少量早白垩花岗岩；碳酸盐岩岩溶水仅在研究区西南角有少量分布。第四系孔隙水和碎屑岩裂隙水是研究区地下水的主要赋存形式，第四系孔隙水主要以承压水的形式存在，碎屑岩上部裂隙发育，向深部裂隙逐渐不发育。
三、样品采集与测试
为了解长江新城地下水水化学背景及其污染情况，于2019年7-9月对长江新城不同含水层地下水和地表水进行了系统采样，共采集地表水样23件，地下水样85件，覆盖长江新城全境，包括第四系孔隙水(取样深度15~30m)23件、屑岩裂隙水(取样深度30~50m)49件、变质岩裂隙水（取样深度2-20m)10件、碳酸盐岩岩溶水（取样深度3040m)3件。按照《水质采样方案设计技术规范》(HJ495-2009)、《地下水环境监测技术规范》(HJ/T164-2004)等规范要求对工作区水样采样点进行合理布设。
在不同的水文地质单元、地下水及重点河流湖泊等地布设相关水样采集点，具有二元结构含水层的地区，在不同深度采集不同类型地下水，在地下水补给、径流、排泄区均布设水点控制，使得布设水点在总体和宏观上能够反映所在区域水环境质量状况和空间变化，并具有一定代表性。
采用便携式多参数仪测定水样pH、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)。样品采用预清洗干净的高密度聚乙烯瓶采集，取样前均用待取水样润洗3次。用于金属元素分析的水样加酸酸化至pH值<2。
阴离子采用离子色谱仪测试，阳离子采用电感耦合等离子体发射仪测试。所有元素分析误差控制在5%以内，测试精度为±0.001mg・L。样品水化学分析在中国地质大学（武汉）分析测试中心完成。
四、结果与讨论
1水化学组成特征
地下水化学特征及其演化规律研究是建立在对有关水化学参数进行统计分析的基础上完成的，数理统计分析的结果可以反映研究区一定时间内地下水组分的基本情况。长江新城地下水和地表水水化学指标统计见表1。
统计结果显示，长江新城地表水和不同类型地下水pH值总体均呈弱碱性。除个别碎屑岩裂隙水和变质岩裂隙水总溶解固体(TDS)超过1000mg·L外，地下水TDS浓度总体较低，平均值为327.05~558.80mg·L。碎屑岩裂隙水总硬度(TH)最高，平均值为418.66mg·L，其次为碳酸盐岩岩溶水和变质岩裂隙水，第四系孔隙水总硬度最低，平均值为253.96mg·L。从离子浓度均值来看，不同类型地下水中浓度最高的阳离子均为Ca2+，浓度最高的阴离子均为HCO3，说明含水层地下水组成具有一定的相似性，各含水层之间可能存在水力联系。地下水各主要离子浓度均高于地表水，可能是由于地表水流动迅速、更新快，主要通过大气降水补给，导致水体中各离子浓度均较低。
区内地下水和地表水中主要阳离子浓度关系为Ca2+>Mg2+=≈Na+>K+，主要阴离子浓度关系为HCO3>Cl≈SO42；地表水和地下水主要阴、阳离子浓度关系相似，说明其补给来源密切相关。
Schoeller图是一种常用的水化学特征图示方法，可用于分析水样中主要离子浓度变化和水化学变化趋势。从图2可以看出，长江新城地下水与地表水、不同地下水间曲线变化趋势基本一致，进一步说明研究区内地表水与地下
水、不同类型地下水的补给来源密切相关。位于相同地点而取样深度不同的3组地下水（GW13和CW60、CW11和GW29、GW19和GW63)各参数比较，发现深部裂隙水各主要离子较浅部第四系孔隙水富集，这是因为裂隙水的水交替循环速度低于孔隙水，水岩作用时间充分，地下水中各离子更容易富集。
不同类型地下水均存在不同程度的“三氮(NO3、NO2、NH4)超标现象，第四系孔隙水NO3、NO2、NH4最大浓度分别为125.63、12.99、4.26mg·L，均超过Ⅲ类地下水标准限值（20、1.0、0.5mg·L)，超标率分别为13%、17%、9%；碎屑岩裂隙水NO3、NO2、NH4最大浓度分别为291.64、4.80、0.66mg·L，均超过Ⅲ类地下水标准限值，超标率分別为49%、14%、2%；变质岩裂隙水NO3、NH4最大浓度分别为240.85、0.73mg·L，超过Ⅲ
类地下水标准限值，超标率分别为80%、20%；碳酸盐岩岩溶水NO3最大浓度为97.06mg·L，超过Ⅲ类地下水标准限值，超标率为67%。
进一步研究发现，不同类型地下水中NO3与TDS浓度线性拟合关系较好，TDS随NO3浓度升高而增大(图3)，同时区内NO3超标较NO2和NH4严重，超标率较高。地下水中NO3一般来源于天然有机氮或腐殖质的降解、硝化和人类活动（化肥及农家肥的施用、工农业、生活污水）等。而本次NO3浓度超标主要出现在研究区东北部，长江新城东北部大部分地区为农用地，说明农业施肥造成了地下水中NO3浓度升高，进一步导致了TDS浓度的升高。
仅第四系孔隙水中存在Fe浓度超标现象，Fe浓度最高达0.43mg·L,超过地下水Ⅲ类水标准限值(0.3mg·L);除变质岩裂隙水外，第四系孔隙水、碎屑岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶水均存在Mn超标现象，Mn最高浓度均超过地下水Ⅲ类水标准限值(0.1mg·L),Mn超标率大于Fe超标率。Fe、Mn超标区均位于长江新城西南部，上部为第四系孔隙水，下伏其他含水层。相关研究表明江汉平原第四系沉积物中Fe、Mn含量相对较高，导致地下水中Fe、Mn含量也较高。由于研究区不同含水层之间存在水力联系，导致不同含水层中均出现Fe、Mn超标现象。
由 Piper三线图(图4)可以看出，不同类型地下水中主要阳离子均为Ca2和Mg2，阴离子组成则略有不同。第四系孔隙水主要阴离子为HCO3；碎屑岩裂隙水以HCO3为主，但存在部分地下水以SO42和Cl为主；变质岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶水主要阴离子为HCO2和Cl。
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发表于 2021-8-6 17:12:34
主要还是造价啊。。13的设站密度，怎么都不能当市域用。两边踢到市域已经是极限了。