丹江口水庫老灌河流域地下水水化學特征

代貞偉， 王磊， 伏永朋， 章昱， 張方亮， 董芯岑， 賀小黑

(1.中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢 430205； 2.中南地質科技創新中心，武漢 430205； 3.河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院，鄭州 450000； 4.東華理工大學水資源與環境工程學院，南昌 330013)

0 引言

全球淡水資源越來越緊缺，對地下水資源進行合理保護越來越受到人們的關注。地下水水化學特征研究是地下水資源評價的重要內容，也是水文地質學研究的重點[1-4]。地下水在循環過程中與巖石圈、生物圈及大氣圈進行復雜的物質、能量和信息交換，其水化學特征受地層巖性、地形地貌、土壤類型、地表徑流和人為活動控制，具有一定的時空差異性[1,5-6]。對重點水資源保護區開展地下水水化學特征及演變過程研究，不僅可以掌握水資源循環規律，揭示地下水與環境的作用機制，還可為區域地下水資源可持續開發、利用及環境保護政策的制定提供科學參考[7-11]。

為解決華北地區水資源短缺問題，自2002年始，我國實施了南水北調工程。丹江口水庫作為南水北調中線工程的水源地，其地下水水質關系著南水北調工程建設的成敗[11]。近年來，對丹江口水源地水資源的研究主要集中在基于對整個庫區調查的水源地生態環境[12-15]、水庫調水前后的水質變化與水化學特征[16-20]及農業面源污染[21-22]等方面，對小流域的水質變化特征及規律研究較少。隨著丹江口水庫周邊地區社會經濟的快速發展和城鎮化水平的不斷提高，入庫支流小流域因受自然和人為因素影響較大，將進一步影響丹江口水庫水源地生態平衡的保持和社會效益的發揮。

本文以丹江口水庫老灌河流域為研究區，通過對該區地下水進行系統采樣，分析地下水的水化學特征，揭示老灌河流域地下水水質演變過程，為區域水資源可持續開發、利用及環境保護政策的制定提供參考。

1 研究區概況

1.1 地理概況

丹江口水庫位于漢江中上游(圖1)，分布在湖北省丹江口市和河南省南陽市淅川縣，水域橫跨鄂、陜、豫三省，素有“亞洲天池”之美譽，是漢江的天然水位調節器。庫區上游流域每年接納廢水約0.61×109m3，并逐年增長； 庫區周圍神定河、泗河、官山河、澗河、老灌河和浪河等支流存在污染跡象[12]。本文對丹江口水庫淅川縣老灌河流域開展調查及研究，老灌河支流從槐樹洼流入淅川縣，經上集—黃莊匯入丹江，河床寬250～800 m，河槽深5～7 m，底坡降1.7‰～3.3‰。

圖1 研究區地理位置及概況圖Fig.1 Location and general situation of the study area

1.2 地質概況

研究區位于秦嶺東段伏牛山南側，地面高程<800 m，地貌類型主要為侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕丘陵及沖洪積帶狀河谷平原。由老至新，出露的地層主要為震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、白堊系和第四系，僅東北部出露新元古界變質巖。變質巖主要為變玄武質凝灰巖和玄武質角礫晶質凝灰巖夾變玄武巖； 沉積巖主要為灰巖、白云質灰巖、白云巖、泥質條帶灰巖、粉砂巖、砂巖、泥巖和砂礫巖； 第四系為粉質黏土、粉土、砂和砂礫石，主要分布在丹江和老灌河等河谷、河漫灘和階地[23]。

研究區位于秦嶺褶皺系中南秦嶺華力西褶皺帶，以褶皺為主，總體構造方向為NW—SE向。斷裂多數為NW向張性正斷層，屬丹江斷裂帶及其次級斷層束，另有少量NE向或近SN向斷裂。

1.3 水文地質概況

研究區地下水具有補給距離近、徑流途徑短、補給地表水等特點，大氣降水是該區地下水的主要補給源，地下水的水位動態與大氣降水入滲、補給密切相關。該區地下水主要劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水4種類型。松散巖類孔隙水主要分布在丹江和老灌河兩側的河漫灘和階地，含水介質以砂、卵礫石等松散巖土體為主，富水性較強。碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在丹江兩岸白堊系砂礫巖、泥巖和粉砂巖中，富水性較弱。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要分布在荊紫關—師崗復向斜兩翼的丘陵低山區，賦存于灰巖、白云質灰巖、白云巖和泥質條帶灰巖溶蝕孔洞和溶蝕裂隙內，富水性不均勻?；鶐r裂隙水主要賦存于荊紫關—師崗復向斜兩翼的帶狀泥巖、砂巖裂隙和元古宇變質巖風化裂隙及構造裂隙中，部分基巖裂隙水以泉的形式溢出，富水性中等[23]。

2 研究方法

2.1 樣品采集

考慮季節變化影響，分別于2016年10月(豐水期)和2017年3月(枯水期)在淅川縣老灌河兩岸上游毛堂鄉—下游白嶺入江口的16個地下水采樣點(15個機民井點，1個泉點)采集32個樣品(圖2)。

圖2 研究區采樣點分布圖Fig.2 Distribution of sampling points in the study area

泉點水樣取表面水下50 cm處，機民井點采樣前先抽水3～5 min。在樣品采集過程中，用預采樣品對采樣瓶沖洗3次以上后再取樣。

2.2 樣品測試

2.3 數據處理與統計

用SPASS數理統計軟件對各測試點水質指標參數進行統計及分析，運用軟件AquaChem V.3.70分析豐水期和枯水期淺層地下水的水化學類型及其分布特征，結合區域地質資料，探討丹江口水庫老灌河流域地下水水化學分布特征和變化規律。

3 結果與討論

3.1 水化學成分統計

對丹江口老灌河流域豐水期和枯水期淺層地下水的水化學成分進行統計，結果見表1。

3.2 水化學成分之間的相關性

運用SPASS軟件分別計算研究區豐水期和枯水期淺層地下水主要水化學成分之間的Pearson相關性系數。結果分別見表2和表3。

表2 丹江口水庫老灌河流域豐水期淺層地下水的水化學成分相關性矩陣Tab.2 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringhigh-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01級別相關性顯著，*表示在0.05級別相關性顯著。

表3 丹江口水庫老灌河流域枯水期淺層地下水的水化學成分相關性矩陣Tab.3 Correlation matrix of hydrochemical parameters of shallow groudwater duringlow-water period in Laoguanhe River Basin of Danjiangkou Reservoir

注：**表示在0.01級別相關性顯著，*表示在0.05級別相關性顯著。

3.3 水化學類型及分布

運用軟件AquaChem V.3.70分析丹江口老灌河流域枯水期和豐水期淺層地下水的水化學類型，采用舒卡列夫法進行水化學類型分類(圖3)。

(a) 枯水期 (b) 豐水期

圖3 丹江口老灌河流域枯水期和豐水期淺層地下水水化學類型分類

Fig.3Hydrochemicaltypesofshallowgroundwaterduringhigh-waterandlow-waterperiodsinLaoguanheRiverBasinofDanjiangkouReservoir

綜上可知，丹江口老灌河流域地下水的弱酸根離子遠多于強酸根離子，說明研究區地下水在自然環境影響下的蒸發濃縮作用不強烈，水化學過程以風化-溶濾作用為主。

4 結論

(1)丹江口水庫老灌河流域地下水水化學類型空間分布受季節變化影響較小，地下水整體呈弱堿性，屬低礦化水，地下水水化學類型分布與地層巖性分帶基本一致。