探析唐山沿海地区地下水化学特征及演化趋势
摘要：在广泛收集唐山沿海地区地表水、浅层地下水和深层地下水水化学分析资料的基础上，研究了区内地下水化学类型分布规律、水化学形成的主要作用和演化趋势。结果表明：唐山沿海地区地下水化学类型具有一定的水平分带规律性。由于区内地下水持续大量开采，造成区内浅层地下水咸化和深层地下水硬度增大。同时，对区内深层地下水进行反向水文地球化学反应路径模拟，模拟结果表明: 在模拟水流路径上，深层地下水主要发生方解石、白云石、岩盐、萤石溶解反应和石膏沉淀反应，同时伴随着阳离子交换作用，使得Na+和Cl-含量明显增加，Ca2+和SO42-含量减少，水化学类型将由HCO3-Na型向HCO3·Cl-Na型转变。
关键词：水化学；主离子；地球化学模拟
唐山沿海地区主要包括乐亭县、滦南县、丰南区、唐海县的一部分区域。在区内大规模区域开发的背景下，对水资源的需求量越来越大。持续大量的开采地下水，将可能造成一系列的环境地质问题。对于地面沉降、海（咸）水入侵、湿地退化等环境地质问题的研究已经比较深入，而对于地下水化学特征变化的研究还相对滞后。基于此，本文在深入分析唐山沿海地区地下水水化学特征的分布规律的基础上，对地下水化学特征的形成及演化过程和趋势进行定量的研究。
1 研究区水文地质概况
1.1 区域水文地质分区
根据成因类型，唐山市平原区划分为山前冲洪积倾斜平原和滨海平原两大水文地质区［1］。冲洪积倾斜平原水文地质区分布于平原区北部，由规模大小不等的冲洪积扇组成。滨海平原水文地质区主要为河流冲积及海湖积而形成，分布于平原区南部，是本文的主要研究对象。该区内含水层颗粒较细，一般由细砂或粉砂组成。在垂直方向上，由于咸水体的存在，在地下具有双层结构或三层结构［1］。
1.2 区域含水组的划分
唐山市第四系含水层可划分为4个含水组，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组，分别相当于Q4、Q3、Q2和Q1的地层［2］。按水文地质条件和目前开采现状，将这4个含水组概化为浅层地下水和深层地下水（表1）。区内主要开采层集中分布在第Ⅱ含水组和第Ⅲ含水组，大部分开采井深度为200～300 m，利用深层淡水。
1.3 地下水的补给、径流和排泄
唐山沿海地区浅层地下水主要接受大气降水、地表水体入渗和地下水的侧向径流补给。浅层淡水，主要消耗于人工开采及蒸发和以越流的方式补给深层地下水；浅层咸水的主要排泄方式为潜水蒸发及越流补给深层地下水。2009年区内地下水位动态监测资料显示，唐山市沿海地区浅层地下水水位埋深为0～12 m，总体分布规律为北部水位埋深较大，南部水位埋深较小，地下水自南向北流动。
[JP+3]深层地下水的主要补给来源为地下水侧向径流及上覆含水层的越流补给，主要消耗于人工开采［1］。2009年区内地下水位动态监测资料显示，深层地下水水位埋深为20～70 m，总体分布规律为北部水位埋深较小，南部地下水集中开采水位埋深较大，并形成了区域地下水位降落漏斗。
2 研究区水化学特征
2.1 浅层地下水化学平面分布特征
唐山沿海地区浅层地下水水化学类型具有一定的水平分带规律性，自北向南总体变化为HCO3-Ca→HCO3-Ca·Mg→HCO3·SO4-Na·Mg·Ca→Cl·HCO3-Na→Cl-Na，见图1。矿化度由山前平原<0.5 g/L到滨海平原>5 g/L，滨海一带>10 g/L，最高达30 g/L左右。
2.2 深层地下水化学平面分布特征
深层地下水水化学类型分带规律明显，山前平原地下水径流条件较好，循环交换强烈，矿化度一般<0.5 g/L；至滨海平原颗粒变细，径流条件变差，矿化度<1 g/L。区内深层地下水水化学类型自北向南总体变化趋势为:HCO3-Ca·Mg→HCO3-Na·Ca→HCO3-Ca·Na →HC3-Na，见图1。
2.3 浅层地下水水质动态特征
根据多年地下水化学资料分析，唐山沿海地区浅层地下水矿化度、总硬度和主要离子成分变化十分剧烈，升降互现，其中总体趋势为浅层地下水的咸化。以区内柏15孔为代表，见图2。其矿化度由1981年的3 105 mg/L增长到1997年的7 634.8 mg/L，但矿化度并不是单一的直线上升，而是在起伏中呈现上升的趋势。阴离子以氯离子上升为主，阳离子则以钾、钠离子上升为主［3］。
2.4 浅层地下水水质动态特征
唐山沿海地区分布有大面积的浅层咸水，浅层淡水资源较匮乏，多年来一直以开采深层地下水为主。据20世纪70年代的水化学资料，区内大部分地区地下水阴离子以重碳酸根离子和氯离子为主，局部存在硫酸根离子和氯离子为主的地下水,阳离子以钠离子为主［2］。以区内柏14孔为代表，见
总体来看，区内深层地下水矿化度、总硬度和主要离子含量有一定波动变化，变化幅度较小，基本保持稳定状态。但近年来，由于对深层地下水的不合理开采，导致矿化度和硬度呈上升趋势。
3 地下水化学特征的成因分析
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