（水文学及水资源专业论文）河北平原浅层地下水水地球化学评价.pdf

摘要 本文在河北省多目标区域地球化学调查子项目水地球化学调查项目支 持下，对河北平原浅层地下水水地球化学进行调查、评价，并对浅层地下水质量进 行了评价。 通过大量的野外实地调查，采集2 5 4 8 件浅层地下水样品，对其化验分析2 8 种 元素含量。利用水质分析结果绘制研究区各元素水地球化学图件，通过对水地球化 学图件的描述，初步确定元素的分布规律主要由地貌类型决定。在评价区内布置1 2 条剖面，通过对剖面离子含量的分析，进一步确定地貌类型对离子含量高低的影响， 从而分析研究区浅层地下水水地球化学元素的分布及演化规律；利用s p s s 软件统计 计算评价区各元素水地球化学参数，通过相关分析、聚类分析、因子分析分析元素 间组合特征，并根据元素组合含量的高低对研究区进行水地球化学分区；在分析浅 层地下水与地表水及表层土壤相关性的基础上，综合研究典型元素在地下水中的转 化规律和迁移特征；评价研究区浅层地下水质量现状，并评价其对农业生产、人居 环境和地方病的影响，为区域和局部生态地球化学评价以及农业生态功能区划提供 基础资料。在综合评价的基础上，建立河北平原浅层地下水预警预测体系，并对研 究区进行现状水质预警，提出合理可行的开发利用保护建议。 关键词：水地球化学；地球化学图；生态效应：状态预警 s h a l l o wg r o u n d w a t e rg e o c h e m i c a le v a l u a t i o no fh e b e ip l a i n a b s t r a c t t h i st h e s i sw a ss u p p o r t e db ys u b j e c to f ”m u l t i o b j e c t i v eg e o c h e m i c a ls u r v e yi nh e b e i r e g i o n a l c o m p o n e n t w a t e rg e o c h e m i c a ls u r v e y ”，i n v e s t i g a t ea n de v a l u a t ew a t e r g e o c h e m i c a lo fs h a l l o wg r o u n d w a t e ri nh e b e ip l a i n ，a n de v a l u a t et h eq u a l i t yo fs h a l l o w g r o u n d w a t e r t h r o u g hag r e a td e a lo ff i e l di n v e s t i g a t i o n ，c o l l e c t i n g2 , 5 4 8s h a l l o wg r o u n d w a t e r s a m p l e s ，l a b o r a t o r ya n da n a l y s i so fi t se l e m e n t si n2 8k i n d s d r a w i n gw a t e rg e o c h e m i c a l c h a r tb yt h ea n a l y s i sr e s u l t so fw a t e rq u a l i t yo nt h ev a r i o u se l e m e n t s i n i t i a l l ys e tt h e d i s t r i b u t i o no fe l e m e n t sw e r ed e t e r m i n e db yt h et y p e so ft h el a n d f o r mt h r o u g ht h ew a t e r g e o c h e m i c a lm a p sd e s c r i p t i o n s e t t i n g1 2p r o f i l e si nt h ee v a l u a t i o na r e a ，a n df u r t h e r i d e n t i f yt h ei m p a c to ft h et y p eo fl a n d f o r mo nt h ei o nc o n t e n t sh i g ha n dl o wt h r o u g h a n a l y s i s t h ei o n s c o n t e n t a n a l y s i st h ed i s t r i b u t i o n a n de v o l u t i o no f g e o c h e m i c a l e l e m e n t so ft h es h a l l o wg r o u n d w a t e ri nt h es t u d ya r e a c a l c u l a t et h ep a r a m e t e r so fw a t e r g e o c h e m i c a lu s i n gs p s ss o f t w a r e a n a l y s i st h ep o r t f o l i oc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee l e m e n t sb y c o r r e l a t i o na n a l y s i s ，c l u s t e ra n a l y s i sa n df a c t o ra n a l y s i s ，a n ds e p a r a t et h es t u d ya r e a s g e o c h e m i c a lz o n i n gi na c c o r d a n c ew i t h t h ee l e m e n t s h i g ha n dl o wc o m p o s i t i o n c o m p r e h e n s i v es t u d yt h ec o n v e r s i o nl a wa n dm i g r a t i o nf e a t u r eo ft h et y p i c a le l e m e n t s o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so fs h a l l o wg r o u n d w a t e ra n ds u r f a c ew a t e r , a n dt h er e l e v a n c e o ft h es u r f a c es o i l e v a l u a t et h es t a t u s sq u a l i t yo ft h es h a l l o wg r o u n d w a t e ri nt h es t u d y a r e a ，a n de v a l u a t et h ei m p a c to na g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n ，l i v i n ge n v i r o n m e n ta n de n d e m i c d i s e a s e s ，a sw e l la sp r o v i d et h eb a s i si n f o r m a t i o nf o rr e g i o n a la n dl o c a lg e o c h e m i c a l e v a l u a t i o n ，a n dt h ee c o l o g i c a lf u n c t i o no fa g r o e c o l o g i c a lz o n i n g e s t a b l i s he a r l yw a r n i n g a n df o r e c a s t s y s t e mo fh e b e ip l a i n ss h a l l o wg r o u n d w a t e ro nt h eb a s i so ft h e c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t ，a n dm a k i n gw a t e rq u a l i t ys t a t u se a r l yw a r n i n go nt h es t u d y a r e a ，p r o p o s i n gr a t i o n a l u t i l i z a t i o na n d p r o t e c t i o n o ft h ed e v e l o p m e n to fv i a b l e p r o p o s a l s k e y w o r d s ：w a t e rg e o c h e m i s t r y ；g e o c h e m i s t r yc h a r t ；w a t e rq t m l i 哆e a r l yw a r n i n g ；s t a t u se a r l y ， w a r n i n g d i r e c t e db y ：p r o f l i ut i n g x i a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：c h e nw e n j i n g ( h y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s ) ( c o l l e g eo fw a t e rc o n s e r v a n c ya n da “le n g i n e e r i n g , i n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y , h u h h o t0 1 0 0 18 ，c h i n 小 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢阿 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名_ 隧莹蕴一一日期： 劭| ) 86 2 3 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完金了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，印：研 究生在攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业高校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的寥印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 - 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名 指导教师签名 日 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 绪论 1 1 课题研究背景 近年来，世界各国的工农业生产都在迅速发展，区域的城市化进程也在加速前 进，在发展经济的同时，大家对环境污染物来源、危害程度评价、变化趋势预警和 生态环境安全等问题越来越重视，并加大了研究力度。目前，还处于探索阶段的大 尺度区域生态地球化学研究己成为国际上的热点“1 。 2 0 世纪9 0 年代末期，我国国土资源部中国地质调查局组织实施了多目标地球 化学调查这样一项综合基础地质工作强1 。它以区域土壤和水体地球化学调查为依托， 以第四纪地质为研究对象，以土地质量评价为主要内容，以服务于农业生产、环境 保护、矿产资源普查等多领域为目标。该项工作分区域地球化学调查、区域生态地 球化学评价、局部生态地球化学评价和综合研究4 个层次口1 。截止到2 0 0 4 年，多目 标地球化学调查以省部合作的方式，在长江流域、黄河流域、沿海经济带和东北经 济区开展了9 0 多万k m 2 的区域调查和评价工作，按照一定的采样和分析密度，已 获得2 3 1 4 0 0 万件表层土壤、5 7 8 5 0 件深层土壤样品的5 4 种元素和指标的海量高精 度的地球化学数据，这套数据系统地展示了我国重要地区地球化学元素的分布和组 成特征，具有重要理论意义和广泛应用价值，将为地学、农学、环境学、生态学、 生物学以至生命学等各学科领域建立大信息量的、内涵丰富的研究平台h 1 。 1 2 课题研究意义 河北省位于环京津经济圈和环渤海经济区的中，t l , ，区位优势和资源优势明显。 河北省是我国重要粮棉产区，大部分地区农作物两年三熟，主要粮食作物有：小麦、 玉米、高粱、谷子、薯类等；经济作物最重要的是棉花，其次有油料、麻类、甜菜、 烟叶等。河北平原在河北省东南部，面积为7 3 1 2 9 k m 2 ，占全省面积的3 8 ，是河 北省重要的农业生产基地。 地质生态环境是农业生产的基础，与农业生产息息相关。河北平原地质环境质 量相对较差，如：地下水质量较差，有成水区分布面积占平原区面积的一半以上， 并分布有碱性水、高氟水和高碘水；中部平原和沿海地区分布有大面积的盐碱地： 局部地区土壤沙化较严重；工业污水、生活污水的随意排放和污灌等均影响了农作 物的产量和质量。同时，农业生产也对地质环境造成了严重影响，农业灌溉用水量 占河北平原总用水量的8 0 以上( 如2 0 0 3 年为8 3 ) ，农业是勿庸置疑的用水大 户，由于河北平原是严重缺水地区，长期超采地下水造成区域地下水位持续大幅下 降，形成多个影响巨大的地下水位降落漏斗，如石家庄漏斗、宁柏隆漏斗、冀枣衡 漏斗、沧州漏斗、唐海漏斗等，地下水位降落漏斗的存在又引发了地面沉降、岩溶 塌陷地裂缝、海( 成) 水入侵、地下水质恶化等一系列环境地质问题。另外，农 业上大量、不合理地使用化肥、农药、地膜等农资物品对土壤、地下水和农作物造 2 河北平原浅层地下水水地球化学评价 成了严重污染。 河北省是农业大省，为适应我国加入世贸组织后开拓国际市场的需要，增强农 产品市场竞争能力，以提高农产品品质和安全为核心，省委、省政府提出要巩固和 加强农业基础地位，加快农业和农村经济战略性调整，推进农业标准化和无公害生 产，扩大优质产品规模，发展效益农业。因此，为了查明河北省农业及农产品的地 质环境背景，为农业发展规划提供科学、准确的基础资料，促进河北省农业生产从 数量型向质量型转变，2 0 0 3 年5 月，河北省政府向国土资源部提出了合作开展“河 北省农业地质调查”项目的申请。水地球化学调查是河北省农业地质调查 子项目河北省多目标区域地球化学调查的工作内容之一，本文依据水地球化 学调查项目野外采样数据对河北平原浅层地下水水地球化学进行评价。 1 3国内外发展动态 1 3 1 发展历程 环境地球化学是2 0 世纪6 0 年代兴起的一个新的研究领域，它是研究人类赖以 生存的地球环境的化学组成、化学作用、化学演化与人类相互关系的科学。这种关 系主要是指两方面的内容：一是原生环境的地球化学性质与植物、动物和人体健康 的关系；二是人类活动对环境的化学组成、化学作用、化学演化的影响及其环境效 应吲。环境地球化学是在生物地球化学的基础上发展起来的，这既体现在学术思想 的继承和发展方面，也同时体现在研究对象、研究内容以及研究的方法和手段的扩 大和更新等方面。其发展经历了3 个阶段。 ( 1 ) 环境地球化学与健康研究。这时期研究工作的基本特征是以生物地球化学的 思想作指导，把生物地球化学中关于环境与植物、动物健康关系的研究，进一步延 伸到地球化学环境与人体健康关系研究方面来。这一时期的研究积累了相当丰富的 观察资料，不同国家的科学工作者报道了许多种类的地方性疾病与土壤类型、地貌、 植被、饮水硬度及环境中常量和微量元素含量水平之间的相关性阳卜删。英国、北欧、 美国、德国和日本研究较多，我国在环境s e 、m o 、i 、a s 等微量元素与地方人群健 康关系方面作了许多的多学科联合的调查研究，获得了丰富的成果。 我国的医学、环境地球化学等工作者对克山病研究所获得的突破性成果，是我 国在该领域所作出的一大贡献。经过多学科综合研究，首次确认源于黑龙江克山县 的地方性心肌疾病克山病的地球化学环境病因，提出我国存在n e s w 向、与克山病 分布区域相一致的低s e ( 低m o ) 的地球化学环境带，表现出土壤一水体一植物、动 物一人体体系均处于缺s e 低m o 的生态循环状态。在此基础上，以口服亚硒酸钠直 接提高s e 摄入量治疗克山病患者，通过改水、喷施含s e 、m o 的肥料，以矫正土壤 低s e 、低m o 状态，增高粮食、饲料的s e 、m o 含量，提高家禽家畜的摄入量，最终 提高人的s e 、1 i i o 颦入盈。舫止克山病的发生和蔓延，取得了明显效应。因此获国 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 际生物无机化学家协会施瓦茨奖章( 1 9 8 4 年，北京) 。 此外，还有许多因环境中某种( 些) 元素缺乏或过丰而导致的地方病和中毒现 象，如地氟病、大骨节病( 环境缺s e ) 、伽师病( 多种元素过剩及少数元素不足) 、地 方性a s 中毒( 内蒙) 、水误病( 日本、环境汞污染) 、痛痛病( 日本、环境c d 污染) 等。 这些研究成果和实践充分论证了地球化学环境对人体健康的重要影响。在此领 域，环境地球化学还大有可为。中国地域辽阔，地质背景复杂，地球化学环境多样， 研究课题还很多，不仅需要环境地球化学发挥学科优势，与环境医学紧密结合，考 虑环境元素的组合分布、元素的协同和拮抗作用等复杂因素，深入探索地方病、职 业病及中毒症的病因、机制，寻找更好的防治方法；同时需要环境地球化学工作者 依据元素区域分布资料、元素的环境地球化学特性，并考虑人为的环境污染的叠加 因素，与环境医学共同预测可能危及人体健康的因素，发现潜在的疾病，探索改善 环境质量、预防疾病、保障人群健康的最佳方案拍卜船3 。 ( 2 ) 环境地球化学与污染研究。这一时期它不仅研究天然产出的化学元素在环境 中的地球化学行为及其与植物、动物和人体健康的关系，更着重研究人为活动释放 的元素的地球化学行为及其影响；不仅研究碳、氮、硫、磷等生命支撑元素，还研 究人类释放入环境中的各种重金属和毒性化合物m 。们。 环境污染在一些地方已严重制约地方经济的发展，影响居住人群的健康。近年 来，淮河水系的严重污染，给两岸工农业生产带来的损失，对两岸人们生活的严重 影响便是一例。环境污染的严重性还在于污染的全球性、长期滞留性、对生物物种 的毁灭性，环境污染有百害而无一利。因此，环境污染已引起世界各国政府和人民 的重视。环境污染研究领域中环境地球化学所面临的、急需研究的几个主要方向： 区域环境地球化学以填图为手段，通过区域环境背景调查，污染物性质、污 染源及污染范围的调查，从地球化学角度评价环境质量。 从地球化学角度研究人为污染与自然环境的藕合及其对全球环境的影响和 趋势。 污染的地球化学环境效应研究，利用污染物的地球化学特性来建立综合治理 方案。 核废料处置的地球化学研究。 。城镇、都市经济开发区的环境地球化学调查，确定环境质量参数，为同后的 环境质量评价提供对照的基准，并指导开发区选择合理的产业结构。 ( 3 ) 环境地球化学与全球环境变化研究。对局部地区性的环境污染问题的研究和 治理取得重大进展的同时，一些更具深远影响的环境问题又已出现在人类面前阳3 。 比如c 0 2 等温室气体引起全球气候变暖，可能导致全球降雨量、植被、物种等等一 系列的变化。环境问题已不只是一时的环境污染，它将是关系人类生存环境的全球 性环境变化问题 7 。7 8 1 。 4 河北平原浅层地下水水地球化学评价 1 9 8 8 年国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 的确立，就是协调世界各国的科学家开展 多学科的国际协作，对过去全球变化的海洋记录和陆地记录开展研究。具有行星尺 度的全球变化大致可划分为以下的时间尺度：秒一数十小时；数天一数年；数十年 一数百年；数千年一数百万年；数千万年一数亿年。从研究现状看，数十年一数百 年尺度的全球变化记录研究是个薄弱环节。寻找并揭示不同尺度的自然档案一地质 地球化学记录及其意义，并为评价现今环境提供对照基准，已成为环境地球化学近 年来一个重要的发展方向。 稳定同位素的地球化学分馏，使自然档案的61 3 c ，61 8 c ，6d 等指标成为古气候、 古温度及古环境变迁的见证；同位素地质年代学、磁性地层年龄法、氨基酸地层年 代学等为直接测定自然档案的年龄，为历史变迁确立时间坐标提供了方法；自然档 案中元素的分配、组合特征及赋存形式则是古环境的灵敏指示剂。 1 9 8 8 年，我国成立“国际地圈一生物圈计划中国委员会”( c n c i g b p ) ，认定 i g b p 为当前国际前沿科学计划，并组织力量积极参加国际计划，以提供一个中国环 境自然变化的基线值，建立一个中国环境变化的参比记录，几年来己取得了进展。 在这一领域，环境地球化学的任务是，不断地寻找新的、各种时间尺度的地质地球 化学记录，应用地球化学原理不断完善现有手段，发掘新手段，以提高精确度，使 人们能更准确地认识过去，预测未来。 1 3 2 研究现状 环境地球化学在解决人类所面临的各种地质环境问题中发挥着重要的作用，环 境地球化学在其短短的3 0 年发展历程中，显示出良好的发展前景。它对人类健康 和环境的可持续发展做出了极大的贡献。随着全球工业化的不断进步，环境地球化 学在环境领域中的研究越发显示出其重要地位。积极进行环境地球化学研究，将成 为解决全球环境问题的关键p 1 。 地球化学环境与人体健康是环境地球化学的一个重要研究领域。环境的污染改 造了天然的地球化学环境，造成微量元素含量的改变、生态环境的恶化引起了各国 的重视，英国、北欧、美国、德国和日本研究较多。中国在环境s e 、m o 、i 、舡 等微量元素与地方人群健康关系方面作了许多的多学科联合的调查研究，获得了丰 富的成果。如研究表明，地球化学环境是致癌的重要因素之一陋7 0 珀1 。此外，还有许 多因素中某些元素缺乏或过丰导致的地方病和中毒现象，如地氟病、大骨节病等似1 。 1 4 课题研究的目的与主要内容 1 4 1 研究目的 通过采集浅层地下水样品来了解研究区浅层地下水的水质情况。了解元素在地 下水中的转化规律、迁移特征。分析地下水的质量现状及其对农业生产、人居环境、 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 地方病的影响。为区域和局部生态地球化学评价以及农业生态功能区划提供基础资 料，并对浅层地下水水质进行预警预测。 1 4 2 主要内容 本文以水地球化学调查项目为依据，对河北平原浅层地下水水地球化学进 行调查评价。评价区内采集2 5 4 8 件浅层地下水样品，通过对2 8 种元素的分析测定， 绘制各元素的水地球化学图件。通过对地球化学图的描述，分析确定评价区元素含 量的高低主要由地貌类型决定。通过对研究区内布置的1 2 条剖面离子含量的分析， 进一步确定评价区元素的分布主要由地貌类型决定。元素间的组合特征本文主要通 过相关分析、聚类分析及因子分析进行，并根据元素组合含量高低对评价区进行地 球化学分区。并分析了元素在浅层地下水与土壤及地表水间的关系，从而分析典型 元素的迁移转化规律。在对评价区浅层地下水质评价的基础上对评价区水质进行预 警、预测。 1 4 3 技术流程 水地球化学评价 面e 三两旆地球化学参数元素分布 元素空间分布 相t 聚 关类 分分 析一析 一 甄 镰z - i - 粪查。 壤空 塞坚 蒿寺 2 尘 茗英 戈系： 篆。 浅层地管质甓评水地王j 化学段警 价 ”、”“。 一j 丁一 _ t = 二 一 二 地下地下；，e 清农q k 水质趋势预警 水质状态预警 銮篓銮嚣菜并案蒺 ：1 二二一 学类 髓l 平 水计水质 型价价评价 i 图i 技术流程 单仆区域 水质水质 状态状态 顾警预警 6 河北平原浅层地下水水地球化学评价 2 研究区概况 2 1自然地理概况 2 1 1 地理区位 研究区为河北省平原，位于河北省东南部，面积7 3 1 2 9 k m 2 ，占河北省总面积的 3 8 。地理坐标：北纬3 6 0 0 3 4 0 0 0 2 ，东经1 1 4 。1 5 1 1 9 。5 0 。( 图2 ) 。 河北平原北部为燕山山脉，西部为太行山脉。中北部与京津接壤，周边分别与 山东、河南相接，东临渤海。区内交通发达，京广、京九、京沪铁路纵贯南北，已 形成以铁路为骨干，与公路、航空、水运相结合的综合运输网。 研究区包括石家庄、唐山、秦皇岛、邯郸、邢台、保定、沧州、廊坊、衡水等 九市1 1 9 县( 市) 。京津两市将河北平原分割成京津以南、冀东、廊坊地区北三县( 三 河、大厂、香河) 三部分。 j o 。，? 劳缪 l 、二。 ，l 谚_ = ；z 黟 r l 鬈 l ： 赛胃市1 f 。一二，乙，r 。 、河，。丑窗。“ ，赫? 办? t _ t 算 一。 r l r 。u 一1 一 图2 研究区交通位置 2 1 2 地形地貌 河北平原在太行山山前，平原西、西南高，东、东北低，向渤海方向倾斜，地 面标高由l o o m 逐渐下降到2 - 3 m ，地面坡度0 5 d 左右；燕山山前平原地形北高南 ，。一t一荔麓。缝謦辫 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 低，向渤海方向倾斜，地面标高由5 0 m 逐渐下降到2 - 3 m ，地面坡度1 左右。 按地貌形态和成因类型将河北平原地貌类型由山麓至滨海划分为三部分，即山 前冲积洪积倾斜平原、中部冲积湖积平原、滨海冲积海积平原。( 图3 ) 。 f 。哂 二t 7 - j 、_ f l 1l ，一 1 7 ：鼍t 山曩千曩 , i r a p t ， 一棚峨 1p 一- - 肿t tll _ 一曩置臣i ，t t 膏1 口霄一鼻噩正： i 一一一- | h t 瞳l 把拜矾i ti 一州冲囊囊1 匠 n - 坷一干t _ bn 自曩啦州t & 口r 把h + 肛h ； - 啊噜汪t ；，i i p t i l j i l q l i 图3 河北平原地貌区划 ( 1 ) 山前冲积洪积倾斜平原 山前冲积洪积倾斜平原区沿燕山、太行山山麓地带大致呈带状分布，海拔高度 一般1 5 1 0 0 m ，由各河流的冲洪积扇组合而成。自东北向西南有：滦河一洋河山前 冲洪积扇( 裙) 、还乡河冲洪积扇( 裙) 、永定河一潮白河冲洪积扇( 裙) 、拒马河 一唐河冲洪积扇( 裙) 、滹沱河冲洪积扇( 裙) 、漳河一沙河冲洪积扇( 裙) 等。 ( 2 ) 中部冲积湖积平原 中部冲积湖积平原区主要由海河、滦河及古黄河等水系的冲积物组成。区内地 势较低，海拔高度多低于5 0 m 。北部自西北向东南倾斜，南部自西南向东北倾斜至 天津附近地势最低，海拔高度仅3 m 左右。区域地势低洼，河道迂回曲折，形成半 封闭的湖沼洼地、积水洼淀等。可划分为永定河扇前平原区、白洋淀一黄庄津低平 原区、滹沱河扇前平原区、永年沣一千倾沣低平原区、黄河一漳卫河冲积平原区。 囤 ；* - l j t 平原浅层地下水水地球化学评价 ( 3 ) 滨海冲积海积平原 滨海冲积海积平原区大体分布在沿渤海湾西岸和北岸，呈半环状分布于沧州地 区东部和唐山、秦皇岛地区南部。区内地势低平，海拔多在4 m 以下，为冲积海积 平原。第四纪海水几次入侵。多为地势低洼的盐碱地，高出地面2 - 3 m 。由于排水不 畅，多形成泥沼、洼地和沙堤。可分为滨海低平原区、沿海滩涂洼地区。 2 1 3 水文 河北平原的河流分属于海河、滦河两个流域系统( 图4 ) 。海河流域包括北四河、 永定河、大清河、子牙河、南运河五大水系。滦河一陡河及沿海诸河流域，位于冀 东平原。滦河发源于丰宁县巴延屯图古尔山北麓，上源称闪电河。经沽源向北入内 蒙古宝昌与多伦县境，称上都河。折回河北至磴口向南流称滦河。经承德至潘家口、 大黑汀两座大型水库，又经罗家屯峡谷入迁安盆地，从滦县流出丘陵山区进入冀东 平原，在乐亭县东南注入渤海。 图4 河北省水系流域 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 2 2 区域水文地质概况 2 2 1 地下水系统划分 按照河北平原第四系含水系统特征，以水文地质要素及地下水开发利用条件为 依据，综合考虑地下水系统的介质场、水动力场、水化学场和温度场特征，及其与 水文系统的关系，将地下水系统划分为七个系统区见( 图5 ) 。 ( 1 ) 滦河地下水系统区( i ) 滦河地下水系统区位于河北省平原东北部，面积7 4 1 0 k m 2 。东部边界至渤海岸 边，西部沿陡河断裂方向以粘性土弱透水边界与潮白河一蓟运河地下水系统区相 接。 ( 2 ) 潮白河一蓟运河地下水系统区( i i ) 潮白河一蓟运河地下水系统区位于燕山山前平原，跨北京、天津及河北三省市， 该系统河北平原部分面积4 6 8 4 k m 2 ，位于燕山山前平原唐山市区、丰南以西，另一 部分位于廊坊北三县。其西部同永定河地下水系统区为邻；东边界与滦河地下水系 统区相接。 ( 3 ) 永定河地下水系统区( i i i ) 永定河地下水系统区跨北京、天津及河北三省市，位于京津以南河北平原的北 端。东部与潮白河一蓟运河地下水系统区相邻，南部与大清河地下水系统区搭界。 河北部分面积2 2 3 4 k m 2 ，以粘性土为弱透水边界，形成具有统一补、径、排条件的 相对独立的地下水系统。一般与相邻地下水系统区不发生水量交换。 ( 4 ) 大清河地下水系统区( i v ) 大清河地下水系统区，位于京津以南河北平原的北部，永定河地下水系统区的 南部，跨河北、天津两地区，河北部分面积为1 8 6 1 0 k m 2 。西边界为山区平原界线； 东、北边界为沿拒马河冲洪积扇东侧向南向东延伸，经霸州市区南部向东偏北至天 津，即沿着大清河水系与永定河水系的河道间带进入天津地区，成为以粘性土为主 的弱透水边界；其南界基本上沿滹沱河与大沙河、磁河冲洪积扇地带和滹沱河与大 清河之间的河道间带，由西向东延伸，经文安进入天津地区，大致以安国县流各庄 为界：以西由砂性土为界组成透水边界，以东由粘性土为界组成弱透水边界。 ( 5 ) 子牙河地下水系统区( v ) 子牙河地下水系统区，位于京津以南河北平原中南部，北部同大清河地下水系 统相邻，南部与漳卫河系统搭界( 该边界由磁县向北沿冲洪积扇边缘，经北鱼转向 东北经新河一衡水一武邑一兴济镇，向东北延伸至天津地区，为子牙河与漳卫河河 间带粘性土弱透水边界) ，西部为山区与平原分界，东界至冀津界，面积1 5 3 8 5 k m 2 。 在现状流场条件下，地下水流线与系统边界基本平行。本区与邻区之间，基本不发 生水量交换，而是受上述边界条件约束，成为一个具有统一补、径、排条件的相对 独立的地下水系统。 1 0 河北平原浅层地下水水地球化学评价 ( 6 ) 漳卫河地下水系统区( w i ) 漳卫河地下水系统区位于京津以南河北平原中南部，为一不完整的地下水系 统。西起涉县西南，由邯郸南部经邢台地区东部向东北延伸，经衡水、沧州、天津 入渤海，面积1 3 9 6 7 k m 2 。在魏县以南为砂性土透水边界，魏县以北向东北经临西、 清河、大营、泊头至歧口，为河道带粘性土弱透水边界，同古黄河地下水系统区相 邻。在现状地下水流场条件下，地下水流线与系统边界基本平行。本区与邻区之间， 仅在局部地段发生水量交换。在上述边界条件约束下，成为一个具有统一补、径、 排条件的相对独立的地下水系统。 ( 7 ) 古黄河地下水系统区( v i i ) 古黄河地下水系统区位于京津以南河北平原东南端。南起大名县，向东北方向 延伸，经馆陶一临西一清河一景县一南皮一黄骅到渤海湾，属于在省内未完全闭合 的地下水系统，省内面积1 0 8 3 9 k m 2 。它是黄河古河道带，西部与西北部以河道带粘 性土弱透水边界，同漳卫河地下水系统区相邻，东南部到省界为不完整边界。在现 状地下水流场条件下，地下水流线与系统边界基本平行。同邻区不发生或基本不发 生水量交换。在上述边界条件约束下，成为一个具有统一补、径、排条件的相对独 立的地下水系统。 图5 第四系地下水系统分区 2 2 2 含水层组 河北平原第四系，在山前平原厚度为2 0 0 3 0 0 m ，广大低平原区为3 5 0 5 0 0 m 。 内蒙古农业大学硕士学位论文 11 由于受不同地质历史时期的古气候、古地理沉积环境及新构造运动等因素控制，含 水岩层在不同深度的分布形态和发育程度，均存在着差异性，并导致了其水力性质、 水化学、渗透性、导水性、富水性及地下水动态等水文地质条件发生相应变化，成 为由多层交叠的、不同成因类型的砂、卵砾石层以及粘性土构成的几何形态、空间 结构复杂的含水地质体。以水文地质条件为依据( 见水文地质图6 ) ，第四系沉积物 的岩性水平变化规律( 岩性结构、厚度等) 为基础，将河北平原松散堆积物自上而 下划分为四个含水层组。 、，、一。，一甲，一一 ：一k 、毒一一“ 一；0 一 一二_ 一 一 一j 。 盘“ 。 一 围例 一t 鲁一m- 一 。“” ， 1 一”引 一m 一 ” m t - t ”z m t 堋o 叻e o i t ，z n m m h ” = # t k l ，- * _ ，_ o 、 讯_ 。二+ _ ，一一- ? ：，- i u 图6 河北平原浅层水文地质 斧粪，一 1 2 河北平原浅层地下水水地球化学评价 3 采样实验与分析方法 3 1 采样工作方法及样品分析测试 3 1 1 采样工作布置 采样点密度：按照典型剖面与区域取样相结合原则，剖面采样密度为1 个点 1 6 k m 2 ，区域为1 个点3 2 k m 2 。首先将典型剖面和区域采样布置在1 ：5 0 万地理地 图上，并编好取样号，而后将工作布置转绘到1 ：1 0 万地形图上，为了保证样品分 布均匀性，在区域性样品采用“棱型”布点方法。 样品编号：区域上样品编号从上到下从左到右用阿拉伯数字顺序进行编号； 典型剖面从上到下从左到右顺序用罗马数字顺序编号。剖面与区域相重合部分，保 留剖面样品，剖面与剖面相重合部分，保留一个样品编号。 地表水样品分布在山区的大型水库、主要河流，样品编号从南到北依次为b 1 、 b 2 3 1 2 采样方法 3 1 2 1 野外采样 ( 1 ) 野外定点、航迹资料保存及点转绘 野外采用手持g p s 结合1 ：1 0 万地形图确定采样点点位。手持g p s 为统一型 号。参考河北省多目标区域地球化学调查土壤采样各工区g p s 参数，并进行对比， 考虑到廊坊工区处于中心子午线附近全省采用土壤测量廊坊工区参数，即：中央经 线1 1 7 0 ，投影比例1 ，东西偏差5 0 0 0 0 0 m ，南北偏差0 ，d x + 2 5 ，d y 1 2 5 3 ，d z 5 1 9 ， d a 1 0 8 ，d f 0 0 0 0 0 0 0 5 。野外手持g p s 定点误差一般在1 0 m 以内。g p s 航迹格式采 用记录满时从头开始，记录方法：自动，间隔：一般。航迹一般1 0 m 、3 0 s 记录一 次。 j ( 2 ) 取样 取样井一般选择井深1 0 5 0 m 之间，极个别井深超过1 0 0 m 。样品取样前用待取 水洗涤样壶和壶盖3 5 次，取2 5 l 、1 5 l 取样壶两壶，每个样品壶上贴上标签，标 明采样点图幅号、点号、取样人、取样时间。测定水位埋深，水温，水位埋深精确 到1 0 c m ，水温精确到0 1 0 。取完样以后在取样井附近做好标记。 ( 3 ) 样品记录 。 观察沿途情况，如沿途地表岩性，农作物种类，对浅层地下水可能造成污染的 河渠、工厂分布状况，访p - 当地居民，了解井深、水质，取样时认真观察水色、水 臭、水的浊度等。 3 1 2 2 样品野外分析、样品保存、送样 ( 1 ) 样品野外快速分析 浅层地下水样品必测项目：p h 、氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、钴、汞、砷、 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 3 硒、镉、铬、铅、铍、钡、镍、钙、镁、亚硝酸根、氟化物2 1 项，其中要求2 4 小 时之内测定项目两项：p h 、亚硝酸根。由保定中心实验室指派化验员在野外驻地进 行现场分析，一般p h 为取完样当天测定，亚硝酸根取完样第二天上午十点钟以前 完成测定。p h 用p h 仪测定，精度为o 0 1 ，亚硝酸根用比色方法测定。 野外测定的p h 、亚硝酸根异常点均进行复查( 一般复查- - n 两次) ，特高点重 新取样进行核查。 ( 2 ) 样品保存 每2 5 l 取样壶当天在驻地加入由保定中心实验室配置保护剂7 m l ，加入方法 采用移液管或注射器加入。而后加盖塑料布拧紧摇匀。1 5 l 小壶样品野外分析完成 后加盖塑料布拧紧。 样品封好口后按组、取样顺序排好顺序装箱存放在阴凉处，以备送样。 ( 3 ) 送样 水样采集完成后，用计算机打印送样单，及时送往保定中心实验室，每3 5 天 往实验室送一次样品，共送样2 0 次，样品运输过程中注意了防震、防晒、防污染。 3 1 3 测定项目 水地球化学样品测定项目包括2 1 个必测项目和7 个选测项目，分别是：p h 、 氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、钝汞、砷、硒、镉、铬、铅、铍、钡、镍、钙、 镁、亚硝酸根、氟化物、重碳酸根、硫酸盐、钠、氨氮、碘化物、硝酸盐、溶解性 总固体。共计2 8 项。 3 2 数据处理及地球化学图件编制 3 。2 1 数据处理 对浅层地下水区域地球化学调查取得的数据信息应进行参数统计，统计参数包 括样本数( n ) 、面积( s ) 、算术平均值( i ) 、标准离差( s o ) 、变异系数( c v ) 、 逐步剔除平均值加减2 倍标准离差后的算术平均值( 一xo ) 、几何平均值( ig ) 、 中位数( m e ) 以及最大值( x m a x ) 、最小值( x m i n ) 。 3 2 2 图件编制 主要编制浅层地下水地球化学图，以单元素数据勾绘等量线成图。地球化学图 图名为“x x 省x x 地区浅层地下水x ( 中文元素名) 地球化学图”。比例尺为1 ：2 5 万或1 ：5 0 万。 ( 1 ) 地球化学图等量线间隔选取 a 、微量元素一般选取0 1 l g c ( g g 、n g g ) l b q 隔，图面上返回其对应真数值标注 ( 表1 ) 。高含量区或及少数点造成的高值区等量线间隔在图上小于l m m 时应适当 1 4 河北平原浅层地下水水地球化学评价 抽稀，并标注极值点含量。 b 、k 2 0 、n a 2 0 、t f e 2 0 3 、s i 0 2 、a l 2 0 3 、c a o 、m g o 等常量元素可采用算术含 量间隔勾绘等量线，含量间隔大小以满足等量线数8 根左右为宜。p h 值采用算术 含量间隔勾绘等量线，间隔值为1 ，起始值小数点后一位为5 。 c 、为了从图面上更直观地反映异常、划分背景，采用累积频率的分级方法作 图，以0 5 、1 5 、4 、8 、1 5 、2 5 、4 0 、6 0 、7 5 、8 5 、9