引温济潮受水区地下水水文地球化学特征及水质变化趋势.pdf

引温济潮受水区地下水水文地球化学特征及水质变化趋势杨红遍1，刘然2，李炳华3，戈印新3（1.石家庄供水有限责任公司,石家庄050011；2.北京市朝阳区水土保持与科技管理中心,北京100024；3.北京市水科学技术研究院,北京100048）摘要：为探讨河道生态补水对受水区地下水水质的影响，收集引温济潮受水区 2007 年、2013 年和 2018 年不同含水层的地下水水质数据，采用描述性统计分析水质参数的变化特征，利用 Piper 三线图分析生态补水后受水区不同含水层地下水水化学相，同时利用吉布斯（Gibbs）图与离子比值图分析地下水水化学特征的控制因素，并通过改进的综合水质指数法(MIWQI)对受水区进行水质评价。结果表明：不同含水层中阴阳离子分别以 HCO3和 Ca2+为主导；水岩相互作用和人类活动是地下水中离子变化的主要驱动因素；引温济潮生态补水后受水区地下水水质有所改善。其中：2007 年较差水质点位占 4.4%，2013 年河道生态补水 5 年后，没有较差水质点位；对评价方法所选水质指标进行敏感性分析，其敏感性指标较小，未超过 2.0%，表明所选指标能较好表征水质评价结果。关键词：引温济潮；受水区；水化学特征；水质评价中图分类号：TV211;X832文献标志码：ADOI：10.13476/ki.nsbdqk.2023.0081近年来为恢复潮白河流域生态环境1-2，在流域内开展了一系列河道再生水利用工程，如引温济潮一期及二期工程。随着再生水利用规模的提高3-4，生态补水在改善潮白河生态环境的同时也对受水区地下水环境产生持续影响5。在引温济潮受水区中，由于地层岩性基本为渗透性能良好的砂砾石，再生水长期入渗通过混合及水岩相互作用影响地下水中溶解盐类的浓度6-7，可能会造成地表风险源中风险因子向地下含水层迁移6,8-9。因此，对于再生水作为生态水源补给地下水对地下水环境产生的影响日益受到人们的关注9。针对河道补水对地下水质量影响的问题，国内外已开展了一些调查和研究。He 等4开展再生水恢复下的冲积层地下水动态变化的研究，分析补水后含水层的水质变化情况。孟庆义等5分析了再生水回用于北京景观水体后地下水水质的变化。刘立才等10结合南水北调工程调水契机，开展动态含水层模拟试验，分析了南水北调水源进入含水层过程中地下水水质变化情况，并利用溶质运移模型，在不考虑吸附、降解等水岩相互作用等条件下，模拟了试验土柱中各常规组分的水质变化。除此之外，生态补水会导致地下水水位产生波动，而随着地下水位的变化，可能使包气带中的可溶解污染组分进入地下水，造成一定程度的地下水污染。目前研究11-13表明，生态补水和当地地下水在水化学指标种类或指标含量存在差异，但是补给到地下水后水质变化趋势难以准确预测。以引温济潮受水区 2007 年、2013 年和 2018 年不同含水层的地下水数据为例，采用描述性统计对研究区水质参数的变化特征进行分析，通过 Piper三线图分析地下水水化学相，同时利用吉布斯（Gibbs）图与离子比值图分析地下水水化学特征的控制因素，并利用改进的综合水质指数法对地下水水质进行评价并分析不同含水层综合水质指数的收稿日期：2023-03-02修回日期：2023-07-21网络出版时间：2023-08-02网络出版地址：https:/ 35km，流域面积 445.8km2。引温济潮工程位于潮白河冲积平原区向阳闸以下潮白河河道。向阳闸至河南村橡胶坝河段全长约 7.3km，河道宽度为 200400m。城北减河位于顺义城区北侧，全长约 4.0km，在潮白河向阳闸下入潮白河14。引温济潮工程补水范围北起向阳闸，南至河南村橡胶坝。截至 2016 年底，引温济潮工程累计引水量 2.02 亿 m3。为研究河道受水以来，潮白河河道周围地下水环境，在河道外围布设了地下水水质监测井，监测井分布见图 1。监测井的监测层位主要为30m、50m 深的含水层。监测井布设后，不仅监测了河道受水前的地下水背景水质，并在河道受水后持续监测地下水水质变化。由河道水文地质断面图（图 2）可知，自向阳闸至河南村橡胶坝，地层岩性层数由多变少。按照相对稳定的弱透水层，可以划分为 3 个含水层，按埋藏位置从上至下依次命名为第一到第三含水层：第一含水层埋深30m；第二含水层埋深3050m；第三含水层埋深5065m，含水层岩性主要为砂卵石和粉质黏土。在地面以下 30m 范围内，其主要岩性为砂砾石及粉质黏土，同时存在粉质黏土隔水层，最大厚度为 6m。对于该层的粉质黏土隔水层来说，其特征对地下水化学组分具有较强的阻滞和吸附降解作用。而在 50m深的含水层中，其岩性以中细砂及粉质黏土为主，会进一步对地下水水化学组分产生阻滞和吸附降解作用。本文将监测井的监测层位布设在 30m 及50m 含水层中，以探究生态补水经多层粉质黏土层后地下水水质的变化情况。图例潮白河河南村橡胶坝减河向阳闸BNA监测井乡镇边界河流图1引温济潮受水区地下水监测井分布Fig.1Distributionofgroundwatermonitoringwellsinthewater-receivingareaofwaterdiversionproject25A80.0 m向阳闸图例中砂粉质黏土细砂砂卵石卵石80.0 m河南村橡胶坝80.0 m土坝B20151050510高程/m1520253035404550图2引温济潮受水区水文地质断面Fig.2Hydrogeologicalprofileinthewater-receivingareaofwaterdiversionproject1.2样品采集与分析考虑水文地质条件及河道周边机井分布，分别在 2007 年 10 月、2013 年 5 月和 2018 年 4 月采集30m、50m 含水层地下水水样各 23 个。在水样采集前，先抽取地下水约 10min，以准确反映当地地下水情况。然后将地下水样本储存在预先清洗过的 500mL 聚乙烯瓶中，贴上标签并储存于 4 下的培养箱中，直到实验室分析。分析测试的指标包第21卷第4期南水北调与水利科技（中英文）2023年 8 月690括 TDS(溶解性总固体)、TH(总硬度)、pH 值及 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl、SO42、HCO3、CO32、NH4-N、NO3-N、NO2-N 的质量浓度。地下水样品的采集、储存、运输和分析严格按照 HJ/T162004地下水环境监测技术规范执行15。其中 TDS、TH 和 pH值采用多参数水质分析仪(HACH-HQ40D)检测。主要阳离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)的质量浓度采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-6300)测定，主要阴离子(Cl、SO42、HCO3、CO32)的质量浓度采用离子色谱法(ICS-3000)测定，NH4-N、NO3-N、NO2-N的质量浓度采用气相分子吸收光谱法(GMA3376)测定。为验证样品测试的准确性，只接受电荷平衡误差小于5%的水样16。电荷平衡误差表示为ECB=NcNaNc+Na100%（1）NcNa式中：ECB为电荷平衡误差，%；和为所有阳离子和所有阴离子的当量浓度，meq/L（1meq/L=1mmol/L离子价态）。ECB在 5%以内被认为是最合适进行理化分析的，本研究中最高的 ECB为 4.83%。1.3研究方法采用描述性统计分析地下水化学的一般特征。利用 Piper 三线图17阐明地下水水化学相，利用吉布斯（Gibbs）图和离子比值图对主要离子源进行分析18，揭示不同含水层地下水水化学特征的控制因素；通过改进的综合水质指数法对地下水水质进行评价12,19。1.3.1水文地球化学分析Piper 三线图是由 Piper17提出的，它由中心菱形场和两个三角形图组成，一对三角形分别表示阴离子图和阳离子图。阳离子当量浓度百分数与阴离子当量浓度百分数形成的单点，两个单点以三角形外边线作射线，在菱形区域内相交于一点，这一点可代表地下水化学相和类型。因此，通过三线图可以归纳出研究区地下水的水化学类型。Gibbs 图 是 根 据 Na+/（Na+Ca2+）和 Cl/（Cl+HCO3）与 TDS 的比值阐述地下水化学的控制因素。一般将 Gibbs 图分为 3 个区域：岩石优势区、蒸发优势区和降水优势区。因此，Gibbs 图可用于揭示了岩石风化、蒸发和降水对地下水的影响以及主要离子源18。离子比值图是根据 Na+和 Cl、(SO42+HCO3)和（Ca2+Mg2+）、Ca2+和 Mg2+、(SO42+HCO3 Mg2+Ca2+)和（Na+K+Cl）当量浓度的比值确定控制地下水化学主要因素。一般借助 y=x 关系线确定水样指标分布位置，以此判断驱动地下水化学特征的主要因素。1.3.2改进的综合水质指数法（MIWQI）对于多因子复杂环境的地下水水质状况，采用MIWQI 法能够定量且直观地评价。计算步骤如下：构造初始矩阵，表达式为X=C11C12C1nC21C22C2n.Cm1Cm2Cmn（2）i 1,2,mj 1,2,n式 中：Cij为 i 水 样 j 指 标 的 质 量 浓 度，mg/L，=为 样 品 的 个 数，=为 指 标 的个数。rij归一化初始矩阵，标准矩阵 R()可以表示为R=r11r12r1jr21r22r2j.ri1ri2rij（3）rij=CijCij,minCij,maxCij,min（4）rijijCij,maxiCij,mini式中：为 水样 指标的标准值；为 水样 j 指标质量浓度的最大值，mg/L；为 水样j指标质量浓度的最小值，mg/L。通过增加信息熵的计算改进综合指数法，信息熵计算公式为ej=1lnmmi=1fijlnfij（5）fij=(rij+104)/mi=1(rij+104)（6）ejj式中：为 指标的信息熵；104用来确保公式有意义。基于 MIWQI 的地下水水质评价，公式为wj=1ejnnj=1(1ej)（7）qij=CijSj100qpH=CpH78.57100（8）IIWQ=nj=1wjqij（9）杨红遍，等引温济潮受水区地下水水文地球化学特征及水质变化趋势691wjjqijijSj式中：为 指标的权重；为 水样 指标的指数值；为 j 指标的在 WHO(2011)20中的限值；qpH为 i 水样pH 指标的指数值；IIWQ为改进的综合水质指数值。根据 IIWQ，地下水水质可以分为 5 类，从水质优良到水质极差。基于 MIWQI 的地下水水质分类见表 121-23。表1水质指数分类Tab.1Waterqualityindexclassification水质类别优良较好中等较差极差IIWQ252550507575Na+Mg2+K+，以 Ca2+为主导，分别占阳离子总质量浓度的 63.8%、46.7%、44.0%。地下水常规阴离子平均质量浓度排序为 HCO3SO42ClCO32，以 HCO3为主导，分别占阴离子总质量浓度的 74.1%、71.6%、68.8%。在 2007年和 2013 年，NH4-N 的年平均质量浓度均高于 WHO 标准，而 2018 年的 NH4-N 的年平均 质 量 浓 度 低于 WHO 标 准。然 而，NO3-N 和NO2-N 的年平均质量浓度在研究时段都低于 WHO标准。表2地下水样品水化学参数统计分析Tab.2Statisticalanalysisofhydrochemicalparametersofgroundwatersamples水质指标WHO标准(2011)2007年2013年2018年AvgS.D.maxminAvgS.D.maxminAvgS.D.maxmin30m含水层TDS1000.0601.39136.53875.00338.00548.43189.49917.00273.00489.96165.69953.00192.00TH450.0438.4895.50609.00278.00327.57151.09640.00113.00264.56137.48552.0065.30pH6.58.57.600.278.127.057.740.258.257.268.020.429.567.26Ca2+200.0110.5565.83270.00080.0636.43163.0021.6066.7441.30171.0010.90Mg2+150.028.3916.7057.80029.7814.2166.0011.2023.859.9441.202.72K+2.481.989.6002.781.869.410.693.532.3911.801.46Na+200.031.9220.8793.30058.6417.0499.2030.3057.7117.7596.4020.60Cl250.049.2728.75141.0015.0073.2026.33136.0030.4076.9621.88125.0031.90SO42250.084.9148.13179.0011.0070.1641.58151.009.9959.1342.23169.000.13HCO3250.0386.43192.11634.000363.83162.31674.00102.00303.10150.38640.0048.60CO320.581.657.8200.891.645.440.151.134.6022.700.15NH4-N0.50.850.964.630.020.580.672.740.030.450.683.100.03NO3-N20.01.001.635.220.033.027.4936.400.031.212.169.380.03NO2-N1.00.010.020.070.000.020.080.4200.030.060.230.00第21卷第4期南水北调与水利科技（中英文）2023年 8 月692在 50m 含水层中，年平均 pH 值均大于 7.77。其中：2018 年 pH 最大值，为 8.26；2007 年 pH 最小值，为 8.16，即地下水呈中性至微碱性。TDS 的年平均值都低于 WHO 标准，其质量浓度呈先上升后下降的趋势。年平均 TH 值均大于 269.26mg/L 呈下降趋势。地下水常规阳离子平均浓度排序为Ca2+Na+Mg2+K+，以 Ca2+为主导，分别占阳离子总质量浓度的 57.3%、46.3%、47.2%。地下水常规阴离子平均质量浓度排序为 HCO3SO42ClCO32，以 HCO3为主导，分别占阴离子总质量浓度的 82.1%、75.8%、74.1%。在 2007 年和 2018 年，NH4-N 的年平均质量浓度均低于 WHO 标准，而 2013 年，NH4-N 的年平均质量浓度高于 WHO 标准，然而，NO3-N 和 NO2-N 的年平均质量浓度在研究时段都低于 WHO 标准。2.2地下水水化学相本研究采用 Piper 三线图揭示地下水化学相，结果见图 3。不同含水层中阳离子主要分布在三角区的底部偏向 Ca2+轴线，阴离子分布在三角区的E 区，表明 HCO3占主导地位。对于 30m 含水层：2007 年地下水的阳离子 Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子总量的 20.12%、49.84%、30.04%，阴离子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 18.39%、22.79%、58.81%，水化学类型主要为 HCO3-CaMg 型。2013年地下水的阳离子 Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子 总 量的 30.94%、42.62%、26.43%，阴 离 子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 11.46%、13.57%、74.97%，水化学类型主要为 HCO3-CaMg 型。2018年地下水的阳离子 Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子 总 量的 35.77%、39.57%、24.66%，阴 离 子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 29.72%、13.60%、56.46%，水 化 学 类 型 主 要 为Cl HCO3-NaCaMg 型。对于 50m 含水层：2007 年地下水的阳离子Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子总量的 22.39%、49.68%、27.58%，阴离子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 11.46%、13.57%、74.97%，水化学类型主要为 HCO3-NaCaMg 型。2013 年地下水的阳离子 Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子总量的 27.58%、41.76%、30.66%，阴离子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 20.63%、11.99%、67.38%，水化学类型主要为 HCO3-NaCaMg 型。2018 年地下水的阳离子 Na+K+、Ca2+、Mg2+分别占阳离子总量的 27.35%、41.61%、31.04%，阴离子 Cl、SO42、HCO3分别占阴离子总量的 23.40%、10.62%、65.98%，水化学类型主要为 HCO3-NaCaMg 型。研究表明对于同一含水层，在 2007 年、2013 年和 2018 年的地下水化学表2（续）Tab.2(Continued)水质指标WHO标准(2011)2007年2013年2018年AvgS.D.maxminAvgS.D.maxminAvgS.D.maxmin50m含水层TDS1000.0453.22126.88780.00273.00475.6595.33669.00311.00440.96151.89704.00128.00TH450.0334.65100.21646.00208.00295.6574.85427.00137.00269.26115.10499.0048.00pH6.58.57.770.188.167.417.850.178.227.597.930.248.267.43Ca2+200.085.0835.20156.00069.6126.50126.0025.8064.3334.05135.0011.60Mg2+150.027.539.3343.90029.677.9649.5016.3026.858.6838.005.78K+2.170.853.6801.840.593.100.612.031.256.520.33Na+200.033.7611.4852.00049.1515.2180.1027.1043.0617.4678.807.02Cl250.033.1924.39114.003.4959.2226.83104.0014.1061.2832.99151.002.00SO42250.048.2832.79124.001.2849.6930.75109.002.9144.0236.56123.000.13HCO3250.0379.39108.16622.000343.6199.82536.00149.00302.11107.65474.0090.50CO321.182.489.2000.851.425.440.150.150.000.150.15NH4-N0.50.320.311.200.020.561.013.760.020.330.722.780.03NO3-N20.01.422.8212.400.030.871.384.480.030.891.305.030.03NO2-N1.00.010.010.0500.010.030.1500.020.060.280注：Avg代表指标的平均值；SD代表指标的标准差；max代表指标的最大值；min代表指标的最小值；除pH为无量纲外，其余单位均为mg/L。杨红遍，等引温济潮受水区地下水水文地球化学特征及水质变化趋势693类型基本相同，而对于不同含水层，地下水化学类型从 30m 含水层的 HCO3-CaMg 型向 50m 含水层的 HCO3-NaCaMg 型转变。A.钙型B.混合型C.镁型D.钠型E.重碳酸型F.硫酸盐型G.氯型1.Ca-HCO3 型2.Na-Cl 型3.Mixed 型4.Ca-Cl 型5.Na-HCO3 型1008060Mg2+402001001008060402001008060402008060Cl+SO42+402001001008060CO32+HCO3402008060Na+K+Ca2+Mg2+SO42402001008060C431235BBEGFADCa2+Cl402000202007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)406080100图3地下水水化学 Piper 三线图Fig.3Piperdiagramofgroundwaterhydrochemistry2.3地下水水化学特征的控制因素Gibbs 图分析。地下水化学的主导因素一般受大气降水、水-岩相互作用和蒸发控制。本研究利用 Gibbs 图揭示地下水化学特征的控制因素，其结果见图 4（a）和 4（b）。含水层地下水样品的 Na+/(Na+Ca2+)比 值 在 0.150.85，Cl/(Cl+HCO3)范 围为 0.010.80，含水层的样品大都落入了水-岩作用主导区，说明水-岩相互作用在地下水化学演化中起着重要作用。蒸发和降水对地下水化学组分的影响作用远不及水-岩相互作用。离子比值图分析。地下水中主要离子的比值可以进一步确定控制地下水化学的主要因素。利用Ca2+/Na+和 HCO3/Na+、Cl/Ca2+和 NO3-N/Na+揭示岩石风化溶解作用，结果见图 5（a）。地下水主要分布于硅酸盐岩和碳酸盐岩之间，表明地下水化学离子主要受硅酸盐岩和碳酸盐岩风化水解影响，蒸发盐岩的溶解对其影响较小。从图 5（b）可以看出，不同时段不同层位含水层的地下水都受到农业活动的影响，50m 含水层环境相较于 30m 含水层环境更为封闭，说明 50m 含水层比30m 含水层受到人类活动形成的污染物影响更小。因此，建议将 30m 含水层作为地下水污染控制及地下水管理的重点。100 000(a)Na+/(Na+Ca2+)和TDS比值图(b)Cl/(Cl+HCO3)和TDS比值图蒸发结晶岩石风化大气降水蒸发结晶岩石风化大气降水10 0001 0001001010.10.20.30.40.50.6Na+/(Na+Ca2+)Cl/(Cl+HCO3)TDS/(mgL1)100 00010 0001 000100101TDS/(mgL1)0.70.80.91.00.200.40.60.81.02007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)图4地下水 Gibbs 图Fig.4Gibbsdiagramofgroundwater1001010.1HCO3/Na+Ca2+/Na+Cl当量浓度/(meqL1)Mg2+当量浓度/(meqL1)(Ca2+Mg2+)当量浓度/(meqL1)(SO42+HCO3)当量浓度/(meqL1)(Na+K+Cl)当量浓度/(meqL1)Na+当量浓度/(meqL1)Ca2+当量浓度/(meqL1)(Ca2+Mg2+HCO3SO42)当量浓度/(meqL1)硅酸盐岩碳酸盐岩农业生产活动碳酸盐岩硅酸盐岩蒸发岩离子交换方解石溶解y=xy=xy=xy=0.5x硅酸盐风化反向离子交换城市蒸发盐岩Cl/Na+0.0151512963642464321010864200.010.101246810234503212346912151101000.0010.010.11101010.10.01NO3/Na+0.0012007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)r=0.01 S=0.01r=0.09 S=0.13r=0.43 S=0.59r=0.31 S=0.53r=0.51 S=0.95r=0.47 S=0.48(a)Ca2+/Na+和HCO3/Na+比值图(b)Cl/Na+和NO3/Na+比值图(c)Na+和Cl比值图(d)SO42+HCO3和Ca2+Mg2+比值图(e)Ca2+和Mg2+比值图(f)Na+K+Cl和Ca2+Mg2+HCO3SO42比值图第21卷第4期南水北调与水利科技（中英文）2023年 8 月6941001010.1HCO3/Na+Ca2+/Na+Cl当量浓度/(meqL1)Mg2+当量浓度/(meqL1)(Ca2+Mg2+)当量浓度/(meqL1)(SO42+HCO3)当量浓度/(meqL1)(Na+K+Cl)当量浓度/(meqL1)Na+当量浓度/(meqL1)Ca2+当量浓度/(meqL1)(Ca2+Mg2+HCO3SO42)当量浓度/(meqL1)硅酸盐岩碳酸盐岩农业生产活动碳酸盐岩硅酸盐岩蒸发岩离子交换方解石溶解y=xy=xy=xy=0.5x硅酸盐风化反向离子交换城市蒸发盐岩Cl/Na+0.0151512963642464321010864200.010.101246810234503212346912151101000.0010.010.11101010.10.01NO3/Na+0.0012007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)r=0.01 S=0.01r=0.09 S=0.13r=0.43 S=0.59r=0.31 S=0.53r=0.51 S=0.95r=0.47 S=0.48(a)Ca2+/Na+和HCO3/Na+比值图(b)Cl/Na+和NO3/Na+比值图(c)Na+和Cl比值图(d)SO42+HCO3和Ca2+Mg2+比值图(e)Ca2+和Mg2+比值图(f)Na+K+Cl和Ca2+Mg2+HCO3SO42比值图图5地下水中主要离子之间的关系Fig.5Therelationshipsbetweenmajorionsinthegroundwater一般情况下，岩盐溶解会释放出等量的 Na+和Cl，即 Na+与 Cl的比值应等于 1127。如图 5（c）所示，大部分水样落在 y=x 关系线的上下两侧，表明岩盐的溶蚀作用不是影响地下水化学成分的主要因素。此外，地下水中的 Na+可能来源于硅酸盐岩石的风化或阳离子交换过程。在图 5（d）中，水样主要分布在 y=x 关系线附近或下侧，说明阳离子交换和硅酸盐的风化作用是驱动地下水水化学特征的主要因素。在图 5（e）中，地下水水样主要落在方解石溶解和硅酸盐风化控制的区域，说明碳酸盐岩和硅酸盐风化是影响地下水水化学特征的主要原因28。此外，更多的水样落在 y=0.5x 关系线上部，说明更多的水样受到了碳酸盐岩风化作用的影响。如图 5（f）所示，SO42+HCO3Mg2+Ca2+与 Na+K+Cl的比值用于 识 别 含 水 层 中 阳 离 子 交 换 发 生 的 情 况。SO42+HCO3Mg2+Ca2+表示含水层中除石膏、方解石、白云石贡献外，Ca2+和 Mg2+的增加量和减少量，Na+K+Cl表示除氯盐外，Na+增加或减少的量。斜率（s）越接近1 意味着含水层 Na+、Mg2+和 Ca2+的阳离子交换作用越显著。在 30m 含水层：2007 年、2013 年和 2018 年阳离子交换的相关系数（r）分别为0.01(s 为0.01)、0.09(s为0.13)和0.43(s 为0.59)。在 50m 含水层：2007 年、2013 年和 2018年阳离子交换的 r 分别为0.31(s 为0.53)、0.51(s为0.95)和0.47(s为0.48)。结果表明：50m 含水层阳离子交换比 30m 含水层更为显著。2.4地下水水质综合评价本研究采用改进的综合水质指数评价地下水水质。水质指标权重利用熵权法确定，权重结果见表 3。经过计算发现水质指标的权重值没有明显差异，表明每个水质指标均在水质评价过程中起作用。如图 6 所示，对于 30m 含水层 2007 年、2013年和 2018 年地下水 IIWQ范围分别为 27.8281.27、27.06106.29 和 15.4965.92：2007 年的 23 个地下水样品中，只有 1 个水质较差的样品，占总样品的4.4%，其他 95.6%的样品为中等、较好和优良水质；2013 年的 23 个地下水样品中，水质较差和水质极差 的 样 品 各有 1 个，占 总 样 品 的 8.70%，其 他91.30%的样品为中等、较好和优良水质；2018 年地下水样品全部为中等、较好和优良水质。杨红遍，等引温济潮受水区地下水水文地球化学特征及水质变化趋势695表3地下水水质指标的确定Tab.3Determinationofgroundwaterqualityindex水质指标2007年2013年2018年30m50m30m50m30m50mTDS0.080.080.080.080.080.08TH0.080.080.080.080.080.08pH0.080.080.080.080.080.08Ca2+0.080.080.080.080.080.08Mg2+0.080.080.080.080.080.08K+0.080.080.080.080.070.08Na+0.080.080.080.080.090.08Cl0.080.080.080.080.080.08SO420.080.080.080.080.080.07HCO30.080.080.080.080.080.08CO320.040.050.040.040.000.08NH4-N0.070.070.070.050.060.05NO3-N0.050.050.050.050.050.06NO2-N0.060.050.030.040.050.02注：除pH为无量纲外，其余单位均为mg/L。对于 50m 含水层 2007 年、2013 年和 2018 年地下水 IIWQ范围分别为 26.1255.75、23.5073.88 和13.7863.58。2007 年、2013 年和 2018 年地下水样品全部为中等、较好和优良水质。可以看出，对于不同年份同一层位的含水层，2007 年、2013 年和 2018年总体上 IIWQ有逐步变小的趋势，地下水水质随着时间推移逐渐变好。对于同一年份不同深度的含水层，2007 年、2013 年和 2018 年从浅层到深层，IIWQ逐渐减小，地下水水质从浅层到深层水质越来越好。2.5敏感性分析根据敏感性分析表明，在去除各输入参数对IIWQ的影响下，各参数的平均敏感度较小，见图 7。在 2007 年、2013 年和 2018 年不同含水层中，去除HCO3指标对 IIWQ影响最大，敏感度分别为 1.281%、1.898%、1.396%、1.552%、1.298%、1.557%。Ca2+的影响最小，敏感度分别为 0.067%、0.127%、0.015%、0.028%、0.055%、0%。敏感度均较小未超过 2%，说明去除任意一个参数都不会影响水质评价的稳定性。因此，IIWQ对任意一个参数都不具有依赖性，不同含水层地下水数据的水质评价结果及敏感性分析，表明去除任何一个参数都不会影响水质评价的稳定性，同时，亦可说明指标选取合理，水质评价结果可靠。HCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTH00.20.40.60.8Sk/%1.01.21.2811.8980.5500.5490.5490.5440.4830.3530.3150.2790.2610.2550.2520.1320.1271.2320.6020.5490.5491.3961.2981.5570.5490.5490.5420.5250.4980.4940.2670.2320.2270.1690.1240.1080.0000.5490.5490.5200.5100.5010.4900.3260.3020.2040.1990.1000.0720.0551.5520.5940.5490.5490.5370.5060.4640.2850.2580.2510.1980.1870.1690.0280.7680.5490.5490.5380.4360.4070.2900.1830.1780.1560.1550.1220.0150.5390.5090.3650.3290.326(a)2007-(30 m)(b)2007-(50 m)(c)2013-(30 m)(d)2013-(50 m)(e)2018-(30 m)(f)2018-(50 m)0.1730.1500.0960.0671.400.51.01.5Sk/%2.000.20.40.60.8Sk/%1.01.21.400.51.01.5Sk/%2.000.51.01.5Sk/%2.000.51.01.5Sk/%2007-(30 m)2013-(30 m)2018-(30 m)2007-(50 m)2013-(50 m)2018-(50 m)1251007550IIWQ250246810121416182022监测井优良较好中等较差极差图6不同时间、含水层深度的地下水水质分类Fig.6Classificationofgroundwaterqualityatdifferenttimeandaquiferdepth第21卷第4期南水北调与水利科技（中英文）2023年 8 月696HCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+Ca2+ClTDSSO42pHNH4-NTHHCO3CO32K+NO2-NNO3-NNa+Mg2+C