天津市西青区王稳庄地区不同含水组地下水化学特征研究

田景荣，王士国，武 恒，樊勇军

(天津市地质工程勘测设计院有限公司，天津 300191)

天津市属于典型的水资源匮乏而开采地下水的特大城市。近些年，随着天津市城镇经济的发展，地下水开采量的逐年增加，超采尤为明显，而超采区以西青区和武清区等尤为明显。因此，通过综合分析西青区王稳庄地区地下水垂向水质变化规律，探寻本地区咸淡水的分布界线和水质较好的含水层位，为进一步优化开发利用地下水资源提出指导性建议。

表1 天津市平原区沉积地层时代及岩性

1.1 地层

研究区位于天津市平原区南部，地层主要包括新近纪上新统和第四纪地层，自下而上依次为上新统(N2)明化镇组、下更新统(Qp1)杨柳青组、中更新统(Qp2)佟楼组、上更新统(Qp3)塘沽组、全新统(Qh)天津组。根据现有研究成果，第Ⅰ含水组底界埋深60～90 m，其埋深大致相当于上更新统地层底界；
第Ⅱ含水组底界埋深160～220 m，其埋深大致相当于中更新统底界；
第Ⅲ含水组底界埋深260～340 m，其埋深大致位于杨柳青组；
第Ⅳ含水组底界埋深360～430 m，其埋深大致相当于明化镇组的顶部；
第Ⅴ含水组底界埋深一般在500～550 m左右，为上新统明化镇组(王家兵等，2006)。天津市平原区沉积地层年代及岩性情况见表1。

1.2 含水层组划分

受不同地质历史时期沉积环境、古气候和新构造运动的控制，研究区松散含水层在垂向形态分布、富水性、循环交替强度和水文地球化学等水文地质特征存在着差异，因此，以第四系时代分层和沉积物岩性特征为基础，以水文地质条件为依据，以地下水开发利用为目的，根据将松散含水岩系进行了含水组的划分，自上而下划分为5个含水组，其中前3个属于第四系，后2个属于新近系上段(杨吉龙等，2014)，各含水组底板埋深含水层岩性等情况见表2。

本次研究于2021年12月16日采集了地下水样品，共采集西青区王稳庄地区590 m以浅的不同含水层的地下水样品8组，地下水样品采样深度及层位见表3。本次测试委托国土资源部天津矿产资源监督检测中心(天津市地质矿产测试中心)对8组地下水样品进行了水质简分析，测试方法采用《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)推荐分析方法。

3.1 离子浓度特征

分析结果显示，本研究区各地下水含水组阳离子Na+含量最高，占阳离子总量的70%以上，其次依次为Mg2+、Ca2+、K+；
从各阳离子垂向分布来看，各离子浓度由上向下总体呈逐渐减小趋势。地下水样品各离子浓度见表4和图1。

表2 天津市平原区地下水含水组划分

各含水组中地下水阴离子种类基本一致，以Cl-、SO42-为主，HCO3-次之；
Cl-含量占阴离子总含量的45%以上，其中第Ⅰ含水组含量最大，达73%；
SO42-含量占阴离子总含量的5%以上，其中第Ⅱ含水组含量最大，达33%。

本次以地下水矿化度≤1.0 g/L划分为饮用水，以矿化度≤1.7 g/L划分为灌溉用水，对本研究区地下水可开采和可使用情况进行分析可知，本研究区第Ⅱ含水组下段、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水组地下水矿化度较低，分别为0.903 g/L、1.14 g/L、0.597 g/L、0.724 g/L，均可作为饮用水开采使用，也可作为灌溉用水开采使用。

表3 地下水监测井采样情况

3.2 地下水化学类型

地下水化学类型不仅可以简洁反映地下水主要离子成分相对含量，还可以在一定程度上解释水文地质条件和水流系统演化情况。本次采用舒卡列夫分类法将地下水中七种主要离子的相对含量进行组合，以离子含量≥25%的离子参与组合。

通过对研究区各含水组水化学组分的计算获得了各含水组水化学类型：第Ⅰ含水组上部含水层地下水为Cl-Na型水，第Ⅰ含水组下部含水层地下水为Cl-Na·Mg型水；
第Ⅱ含水组上部含水层水为Cl·SO4-Na型水，第Ⅱ含水组下部含水层水为Cl-Na型水；
第Ⅲ含水组地下水为Cl-Na型水；
第Ⅳ含水组地下水为HCO3·Cl-Na型水；
第Ⅴ含水组地下水为Cl-Na型水。

图1 各含水层离子浓度变化趋势图

表4 各地下水样品离子浓度 mg/L

3.3 不同含水组水化学演化特点

通过对研究区各含水组地下水中主要离子浓度与深度变化的分析可知：(1)第Ⅰ含水组主要阴离子为Cl-、SO42-和HCO3-离子；
(2)第Ⅱ含水组上部含水层受第Ⅰ含水组影响，离子浓度较第Ⅱ含水组下部含水层明显偏高，矿化度较高；
(3)第Ⅱ含水组下部含水层和第Ⅲ含水组地下水均为Cl-Na型水，与第Ⅱ含水组上部含水层地下水类型存在明显差异，表明第Ⅱ含水组上部含水层受到了第Ⅰ含水组的影响较为明显。

分析可知，第Ⅱ含水组上部含水层受气象活动、人类活动等因素影响，离子浓度明显较高，矿化度较高；
第Ⅱ含水组下部含水层及第Ⅲ含水组、第Ⅳ含水组、第Ⅴ含水组受人类活动影响较小，补径排等水文地质条件相对稳定，侧向径流作用平稳，与上部垂向水循环作用较弱。

3.4 咸水底界埋深

根据王兰化等人研究，天津市地区地下水由北部山区全淡水区向南部逐渐变为有咸水区，咸水底界埋深由北部小于40 m向东南大港地区逐渐变为160～200 m，且咸水含水层逐渐增厚，其中本研究区咸水底界埋深在120 m左右；
第Ⅱ含水组承压水水位埋深由北部宝坻地区0 m向东南部逐渐变深至埋深70～80 m，其中本研究区水位埋深30～40 m。

为准确了解本区域地下水咸淡水分界的埋深，通过对各含水组埋深、含水组岩性和地下水化学特征进行了分析，获得该地区在第Ⅰ含水组矿化度高达17.676 g/L，在第Ⅱ含水组上部含水层112.4～124.4 m处矿化度为6.773 g/L，矿化度总体随埋深增加呈递减趋势，在第Ⅱ含水组下部含水层175.8～207.4 m处矿化度为0.903 g/L，水质较好，此外该含水层较厚，是良好的储水含水层，可作为灌溉用水和工业用水开采使用。通过对区域水文地质资料的收集，结合本次监测井的含水组地层、地下水水位等分析，本研究区第Ⅱ含水组下部含水层水位埋深为35.7 m，咸水底界埋深位于124 m左右，与区域水文地质情况基本一致。

(1)本文通过对天津市西青区王稳庄地区590 m以上地层的研究，结合区域水文地质资料，掌握了本研究区较准确的水文地质条件、地层分布情况、各含水组含水层分布情况，为本区域地下水开发利用提供了依据。

(2)通过对各含水组地下水采样分析，取得了本区域不同含水组的地下水化学特征及其在垂向上变化规律，并在此基础上确定了本研究区咸淡水界面。