河北衡水龙店乡地区地下水质量评价与咸淡水界面变化研究.pdf

摘 要 本次研究区位于河北平原中东部黑龙港流域水资源匮乏区域，区内地下水是工 业、农业和生活用水的主要来源，随着对区内地下水的过量开采，引起了一系列的地 质环境问题，特别是局部浅层咸水入侵到深层淡水中，威胁本区供水安全，使得地下 水的供需矛盾更加突出，制约了当地社会经济的快速发展。 本次研究主要针对区内地下水中咸水入侵问题，主要通过开展地面调查、钻探、 地下水位统测及室内外试验等方面研究工作，结合收集整理研究区的自然地理、地质 及水文地质等资料，运用沉积学、地质学及水文地质学原理深入分析区内 350m 深度 范围内的地层结构及水文地质条件，采用多种数理统计方法对区内地下水水质特征进 行了深入分析。同时，依据《衡水市地下水超采综合治理方案》、《衡水市国民经济和 社会发展第十三个五年规划》，设定了两种不同的地下水开发利用方案，通过构建研 究区地下水流模型以及溶质运移模型，分别分析不同方案下区内未来十年地下水中 TDS 变化趋势及咸淡水界面演化情况，探讨其形成机制，揭示咸水体的影响范围，可 为区内地下水的开发利用及保护提供重要的科学依据。 目前，本次研究取得的主要结论如下： （1）结合研究区地质和水文地质条件，对地下水中主要离子采用相关性分析得 + 2+ 2- - 出，第Ⅰ含水层地下水中 Na 、Mg 、SO4 、Cl 对 TDS 的贡献较大；第Ⅱ、Ⅲ含水层 地下水中 Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ 对 TDS 的贡献较大。通过对比分析水中γ /γ 值和 N Cla N Na γ Cla /(γ +γ ）值可知，研究区地下水中的钠并不是只来源于盐岩的溶滤作用，还来自 + + + 于地下水中的 Ca 、Mg 和岩石矿物中 Na 发生的阳离子交替吸附作用。 （2 ）依据研究区相关地质与水文地质资料以及前人的研究成果，深入分析区内含 水岩组结构以及边界条件，构建研究区准三维非稳定流水流模型及溶质运移模型，结 合《衡水市地下水超采综合治理方案》、《衡水市国民经济和社会发展第十三个五年规 划》，设定现状规模开采以及压采两种不同的地下水开发利用方案，通过数值模型的 计算结果表明：现状开采情况下，咸水体会持续向下移动，其下移速率为 0.3m/a ；压 采情况下，到 2020 年咸淡水界面向下移动速率明显减弱，2021~2030 年期间，咸淡水 界面基本处于稳定状态。 （3 ）通过综合分析研究区内水文地质条件、准三维非稳定流水流模型及溶质运 移模型计算结果，区内地下水中的 Na+含量主要受溶滤作用和阳离子交替吸附作用影 响，咸水体的变化主要受地下水动力场的影响，咸水体主要通过弱透水层越流、连通 浅层咸水体和深层淡水的水井以及“自然天窗”等三种途径进入深层淡水。 关键词：水质分析; 咸淡水界面; 数值模拟; 溶质运移 I Abstract The study area is located in the water scarcity area of the Heilonggang River Basin in the central and eastern Hebei Plain. The groundwat