（环境工程专业论文）成都地区浅层地下水中三氮含量及变化规律研究.pdf

成都地区浅层地下水中三氮含量及变化规律研究 作者简介：韦玉婷，女，1 9 8 2 年4 月生，2 0 0 4 年从师于李晓副教授，于2 0 0 7 年6 月毕业于成都理工大学环境工程专业。 摘要 地下水为重要的资源，一旦受污染，将难以更新与恢复。成都地区位于成都 平原的东部，具有地下水埋藏较浅、与地表水水力联系密切、易受污染的特点。 氮污染是一种较普遍的污染，对人体健康的危害程度很大。近年来，尽管氮污染 问题受到了较大的关注，还未对成都地区地下水中氮污染进行过专门研究。因此， 对成都地区浅层地下水氮污染的分析、研究是必要的。 根据成都地区浅层地下水中三氮污染的实际情况，结合成都地区的水文地质 条件，通过对近二十年来地下水水质资料的分析，研究了成都地区浅层地下水中 三氮的迁移转化规律以及其影响因素，并对其影响因素进行了回归分析。认为成 都地区浅层地下水中的三氮污染主要受到点源的影响，城市生活污水和生活垃圾 带来的污染日益严重。三氮含量的空间分布具有强异向性的特征并于2 0 0 0 年以 后污染情况明显好转。硝酸盐含量在成都地区的西北角和市中心一带偏高；亚硝 酸盐在犀普镇一塔子山公园一线含量较高；铵根离子含量较高点出现在市中心一 带。三氮迁移转化受到了地下水补径排条件、含水层类型、地下水出露深度和地 下水化学特征的共同影响。在对三氮的含量与地下水化学特征的研究中发现其中 铁、锰离子是影响氮转化的比较关键的元素。而成都地区的含水层中的砂、砂砾 石层中含有原生铁、锰质有利于阻止地下水中氮污染的扩散。总体上来说，近年 来，成都地区地下水中硝酸盐含量及污染面积较小，对水质带来的影响也较小， 主要存在于地下水排泄区。而亚硝酸盐和铵根离子带来的影响较大，污染面积也 较大，并且主要集中在人口密集区。在以后的污染防治中需要加以注意。 关键词：地下水三氮污染硝酸盐污染聚类分析成都 n i 仃o g e nc o n t e n t sa n dv a r i m i o nr u l e so f s h a l l o w g r o u n d w a t e ri nc h e n g d ua r e a i n t r o d u c t i o no fa u t h o r ：w e i y u t i n g ，b o r ni n a p r i l3 0 t l l ，1 9 8 2 u n d e rt h e g u i d a n c eo f p r o f l i x i a o ，g r a d u a t ef r o mc o l l e g eo f e n v i r o n m e n ta n dc i v i le n g n e e r i n g ， c h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c l l l l 0 1 0 9 yo nj u n e ，2 0 0 7 m a j o ri ne n v i r o n m e n te n g n e e r i n g a b s t r a c t g r o u n d w a t e ri sav e r yi m p o r t a n tr e s o u r c e i ft h eg r o u n d w a t e rw a sp o l l u t e d ，i t w i l lr e n e wh a r d l y c h e n g d ua r e ai sl i e si nt h ee a s to fc h e n g d up l a i n i th a ss o m e c h a r a c t e r i s t i c s ，i n c l u d i n gt h r e ea s p e c t sf o l l o w i n g ：s h a l l o wb u r i a lg r o u n d w m e r , c l o s e c o n n e c t i o nw i ms u r f a c ew a t e ra n d e a s yp o l l u t e d n i t r o g e np o l l u t i o ni sag e n e r a lp o l l u t i o n i tc a nc a s eh a r dh a z a r dt oh u m a nh e a l t h t h o u g ht h ep r o b l e mo fn i t r o g e np o l l u t i o nw a sn o t i c e d ，i ti s t d os o m es p e c i a l r e s e a r c h si nc h e n g d ua r e a + s o ，i ti si m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yt od os o m er e s e a r c h a b o u ts h a l l o wg r o u n d w m e ri nt h i sa r e a a c c o r d i n gt ot h er e a l i t yc o n d i t i o n so fn i t r o g e np o l l u t i o n ，c o m b i n i n gw i t ht h e h y d r o g e o l o g i cc o n d i t i o n , t h r o u g ht h ea n a l y s i so fg r o u n d w a t e rq u a l i t yd a t aa b o u t t w e n t yy e a r s ，r e s e a r c ht h et r a n s f e ra n dt r a n s f o r m a t i o no fn i t r o g e ni nc h e n g d us h a l l o w g r o u n d w a t e ra n dr e g r e s si n f l u e n c i n gf a c t o r s i tc a nb ef i n dt h a tt h es h a l l o w g r o u n d w a t e rp o l l u t i o n so f n i t r o g e ni nc h e n g d ua r e aa r em a i n l yc a s e db yp o i n ts o u r c e t h ep o l l u t i o n sb yc i t ys a n i t a r yw a s t ea n dr u b b i s ha r el i g h t e n e d t h es p a c ed i s t r i b u t i o n o fn i t r o g e nc o n t e n t sh a st h ef e a t u r eo fn o n - u n i f o r m t h ec o n t e n t so fn i t r o g e na r e r e d u c e ds h a r p l y t h em o d e so fg r o u n d w a t e rr e c h a r g e ，r u n o f f , d r a i n a g e ，a q u i f a rt y p e ， t h ed e p t ho fg r o u n d w a t e re x p o s u r ea n dg r o u n d w a t e rh y d r o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c i n f l u e n c e dt h et r a n s f e ra n dt r a n s f o r m a t i o no fn i t r o g e n i nt h es t u d yp r o c e d u r e ，f i n d f e 3 + a n dm n 2 + i st h ek e yf a c t o rw h i c hi n f l u e n c et h et r a n f e ra n dt r a n s f o r m a t i o no f n i t r o g e n t h e r eh a v es o m ep r i m a r yf e 3 + a n dm n 2 + i na q u i f a r t h i sc o n d i t i o nt a k e s a d v a n t a g eo fa l l e v i a t e sn i t r o g e nd i f f u s i o n i ns u m ，t h ec o n t e n t so fn 0 3 。a n dp o l l u t e d a r e a sa r es m a l l t h ei n f l u e n c et ow t e rq u a l i t yi sl i g h t n e s s t h ep o l l u t i o ni sc o n c e n t r a t e i nt h er e g i o no fg r o u n d w a t e ro u t o f f t h ei n f l u e n c ea n dp o l l u t i o na r e a so fn 0 2 。，n h 4 + a r eg r e a t e rr e l a t i v e l y t h ep o l l u t i o n sa r ec o n c e n t r a t ei np o p u l a t i o nc o m p a c td i s t r i c t i t m u s tp a ya t t e n t i o nt ot h e s ec o n d u c t i o n s k e y w o r d s ：g r o u n d w a t e r , n i t r o g e np o l l u t i o n ，n i t r a t ep o l l u t i o n ，c l u s t e ra n a l y s i s ， c h e n g d u i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是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的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得越整堡王厶堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同t 作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导帅签名： 学位论文作者签名： 彩 加撺s 月刀日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王盔堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权感壑堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、目编学位论文。 ( 保密的学位论义在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 御年j - 月硝日 第一章前言 第一章前言 1 1 选题依据及研究意义 1 1 1 论题的选题依据 地下水为重要的资源，一旦受污染，将难以更新与恢复。近年来，地下水氮 污染问题在全国范围内均日益严重。自2 0 0 4 年以来，在温江地区进行了有关地 下热水方面的研究，在针对地下水和地表水的调查研究时发现，该地区存在着氮 污染问题。经过进一步的调查研究发现，氮污染对人体有着极大的伤害，而且成 都地区浅层地下水中的氮污染相对于其它污染物已经比较突出。 成都地区位于成都平原的东部，是我国主要的农业生产基地之一。其地下水 埋藏较浅，一般在2 3 米。地表水资源丰富，各水系纵横交错，与地下水之间 的补给关系复杂。一旦地表水或土壤受到污染，其污染物通过与浅层地下水的水 力交替以及对土壤的淋滤、渗漏会很快进入浅层地下水中，造成浅层地下水污染。 而且该地区经济快速发展，城市化进程加快，农业集约化程度明显提高，在各方 面快速发展的同时对地下水水质并没有引起足够重视。成都地区的这三种特点均 为氮污染提供了有利条件。为了弄清成都地区浅层地下水中氮污染程度，防止污 染进一步扩大，本文对成都地区浅层地下水中硝酸盐的情况做出了具体分析，为 工农业活动提供参考依据。这将是有积极意义的。 1 1 2 论文的研究意义 水是人类和各种生命赖以生存的重要物质资源，但随着工农业经济的发展， 地球上的水资源己十分紧张，地下水资源尤其如此。地下水被广泛应用于各种用 途，是全球许多地区的唯一供水水源，也是许多国家和地区的主要饮用水源。 刚剐结束的全国地下水污染调查评价结果表明全国多数城市地下水都受到 一定程度的点状或面状污染。西南地区的主要污染指标有亚硝酸盐氮、氨氮、铁、 锰、挥发性酚等，污染组分呈点状分布于城镇、乡村居民点，污染程度较低，范 围较小。成都和德阳主要监测点的地下水水质较差，其中硝酸盐、亚硝酸盐含量 是增加的主要指标，溶解性固体、硫酸盐等指标含量在个别地区有所增加。三氮 污染已经成为了成都地区地下水污染中的突出成分。 成都理工大学硕士学位论文 地下水中的氮污染主要是硝酸盐污染。硝酸盐对人体健康的危害程度位于第 二位，仅次于农药的危害。含水层对氮的自净能力有限，且氮污染地下水具有 后遗效应”，使得氮污染地下水的环境危害重大。首先，硝酸盐不仅容易诱发糖 尿病，对肾脏造成的损害也十分严重。如果人们摄取了高浓度的硝酸盐，肾脏的 负担加重。容易引起溶血性贫血。其次，进入人体的硝酸盐在细菌和酶的作用下， 可以转化为业硝酸盐。业硝酸盐的毒性是硝酸盐的1 l 倍。它能迅速进入血液， 将血红蛋白中的低铁氧化成高铁，形成无法转运氧气的高铁红蛋白，同时亚硝酸 盐还可以与血红蚤自产牛不可逆反应，形成硝基血红蛋白，这种物质同样不具备 携氧的能力，使人体出现窒息现象。结果造成人体缺氧而患高铁血红蛋白症。此 外，亚硝酸盐还可与仲胺等形成亚硝胺，后者是一种强致癌物质。它们会诱导产生 肠道、胃、脑、神经系统、骨骼、皮肤、甲状腺等肿瘤疾病。日本、英国、智利、 哥伦比豫，均报道过亚硝酸盐、硝酸盐与胃癌发病率的相关性大0 1 ；英格兰沃尔 克索谱城的自来水巾硝酸盐为9 0 m g l ，该城市的胃癌发病率比对照城市要高2 5 “3 ；美国发现饮水中高含量的硝酸赫与高魄压的发病率之间有关系8 1 。我国的 山西省阳城、河南省林县等地区的食道癌高发率与当地水源巾高硝酸盐含量密切 相关。 日常生活中人们接触到硝酸盐的机会非常大。人体摄入的硝酸盐中，蔬菜占 8 1 2 ，作为饮用水源的地下水也是重要的来源途径之一。研究表明，硝酸盐 足进入地下水中最频繁的污染物质”1 。农田施用的氮肥足蔬菜和地下水受到污染 的重要原凼，氮肥中的硝酸盐除了被蔬菜吸收之外，过最施用的氮肥育接进入土 壤，进一步经淋洗等过程进入地下水。掘统计，由于农作物和施肥技术的不同， 氮肥利用率只有2 5 8 5 ，其余的均流失到水、上壤、大气等环境中。除此之外， 居民牛活污水与垃圾粪便的下渗污染；工业十产中排出的大量有机物含量高的废 水和部分以硝酸盐为原材料的工厂生产过程中流失所造成的污染；人气氮氧化 合物干湿沉降污染：污水灌溉等等，都是造成地下水氮污染的原因。 从氮污染4 i 容乐观的现状，巨大的危害和多种多样的来源来看，开展对地下 水氮污染的研究具有很大的实际意义。本次论文就结合成都地区的自然地理条件 和地质背景特征，对氮的来源、含量变化规律、迁移转化情况以及影响因素进行 系统分析，为城市功能分区和t 农业生产提供依据。 1 2 国内外研究现状 近年来，地下水氮污染问题正日益受到国内外研究者的天注。关于这方面的 2 第一章前言 研究主要在以下方面：地下水氮的转化过程与机理；地下水氮污染的来源以及避 免污染的方法措施；地下水硝酸盐、亚硝酸盐的确定方法；如何减少或者除去地 下水中的硝酸盐；另外还有一些地下水氮污染与人体健康的研究等。结合本次论 文的研究重点，将从以下几个方面探讨国内外现状： 1 2 1 地下水中氮的转化过程与机理 氮的转化过程是指系统中的各种形式的氮在一定条件下进行相互转化。其转 化过程主要包括：有机氮的矿化过程、硝化过程、反硝化过程、同化作用和铵吸 附作用。在地下水系统中，氮转化过程主要是前三个。 一直以来，地下水硝酸盐的转化过程与机理的研究一直是氮污染研究的热点 问题。国内外各学者都在其各方面进行了研究。氮在饱和土壤层中迁移转化特征 的研究表明，氮主要以硝酸根的形式污染地下水，其循环迁移与地下水运动密不 可分。对氮迁移转化最有影响的就是硝化作用和反硝化作用。硝化和反硝化作用 主要是一个微生物学过程，凡是对生物活动有影响的因素对硝化和反硝化作用均 有影响。即土壤温度、透气性、土壤水分、土壤p h 值等通过影响土壤中的微生 物而影响氮的迁移转化。m a h e n d r a p p a 等发现，美国北部的土壤硝化作用的最适 温度为2 0 和2 5 ，而南部的土壤则为3 5 。m a l h i 和m e g i l l 报道对加拿大 a l b e r t a 的3 种土壤来说，硝化作用的最适温度为2 0 c ，在3 0 时硝化作用完 全停止。这表明不同温度带土壤中的硝化菌对温度的要求不周。但温度过高或过 低都是不利的，在较低温度下反硝化速率较低。k e e n e y 报道反硝化作用在6 0 7 0 以上时即受到抑制。l i n n 和d o r a n 发现当土壤水饱和率为6 0 时， 好氧微生物过程最活跃；超过8 0 时，厌氧过程变得更为显著，如反硝化作用“”。 i n g w e r s e n 等报道，在1 5 时土壤无机层在体积水分含量达到5 2 时，硝化速 率最大；在土壤的有机层中，体积水分含量在4 2 4 3 5 之间时达到最大“”。 b r e u e r 等却发现，随着水分含量的增加总硝化速率明显的降低“”。说明总硝化速 率显著的受水分含量的影响。土壤水分对反硝化的影响是水分含量通过对土壤的 通气状况和土壤中的氧分压的影响而影响到反硝化作用。w e i e r 等研究了土壤含 水孔隙率对反硝化的影响，结果表明：随w f p s 数值增高土壤的反硝化速率显著 增大，当w f p s 从6 0 增加到9 0 时，砂土和壤土的对照处理的反硝化速率分 别增加了6 倍和1 4 倍“”。r y d e n 研究了降雨后田间土壤含水量的变化及其对反 硝化的影响，结果显示含水量大时反硝化速率值也大“”。长期以来硝化作用都被 认为是仅由自养细菌参与的在中性和弱碱性条件下才发生的一个过程，因为酸性 环境会限制铵的氧化“。目前有研究显示硝化作用可以在酸性条件下进行，酸性 3 成都理工大学硕士学位论文 条件下硝化作用发生的原因可能是由于异养硝化菌的作用或者是由于自养硝化 细菌对酸性环境的适应“。土壤中反硝化作用的最适p h 范围足在6 8 之间的 中性条件下“”，在酸性条件下土壤中的反硝化作用受到抑制，这可能是由于耐酸 的反硝化细菌的数量少或适合于中性条什的反硝化细菌的数量减少造成的“。当 p h 值增大时，上壤有机体主要吸附n i - 1 4 + - n ：而当p h 值降低时，它主要吸附硝 酸盐。这与酱通高等植物不同“”。另外，污水或土壤中的碳源越丰富，硝化及 反硝化越强烈。其反应很人程度上决定于水中的碳氮比( c 供) 。另外，在迁移 转化环境条件相同的情况下，随着土壤颗粒中粘粒含量的增加，土层净化容量也 得剑增强。其中土壤反硝化速率增加是硝酸根去除的决定性因素1 。 地下水氮污染的模拟与变化趋势的研究也是转化机理研究的一项重要内容。 如硝酸盐在含水层中的迁移规律模拟、在区域水文地质系统中的迁移转化模型的 研究，以及解析方法的应用，或尝试将包气带与饱水带联系起来，建寺非饱和土 层一潜水含水层水动力弥散联合数学模型等等。以土壤水及物质迁移为基础。 c r a l l b a l l y o ”等提出一种模式测定、计算土壤植物界而氮迁移转化。张春辉等在大 厚度包气带土层巾氮的迁移转化采用了一维不饱和水质模型进行水质模拟，对包 气带水流的模拟采用了二维模犁，获得了n h 4 + 一n 在包气带土层巾的迁移规律 和污染预测数据。l e a c h m 数学模型在描述土壤水非饱和运动方面，应用了 r i c h a r d 方程，在研究上壤中的氮素运移转化方面运用了对流扩散方程。g e n g 等人分别模拟硝酸盐迁移过程中的各个环节，即土壤中氮循环和硝酸盐渗出模 型，硝酸盐从土壤到含水层的迁移量模犁，以及两者的耦合模犁，并得到了满意 的结果。 1 2 2 地下水氮污染的来源研究 同其它的污染一样，地下水巾的氮污染也是南于人类的工农q k 生产和其他社 会活动所造成的。无论是在工业发达围家还是发展中| 玉| 家，由于农村地区大鼍氮 素化肥的施用，生活污水和含氮工业废水的未达标排放及其渗漏，固体废弃物的 淋滤下渗，污水的不合理回灌，以及地下水的超量开采等，都导致地下水中硝酸 盐浓度呈卜升趋势。 过左1 0 年，全世界性的研究表明，地表与地下水中硝酸盐的广泛来源就足 农业牛产中农用氮肥的施用。高吒盛等”1 对黄淮海平原典型集约农区氮肥污染的 初步调查表明该地区地下水氮污染严重，且高产区和高产田块污染程度明显高于 中低产区和中低产田块，菜地污染程度较粮田严重。毕二平等1 通过对石家庄市 地下水中三氮污染状况的分析，发现在人类活动影响强度小的地区，地下水中的 4 第一章前言 氮污染强度大大低于市区。金赞芳等对杭州市城区2 l 口井取样分析确定了其 地下水氮污染严重，主要是受到了生活污水的污染。并且在居住区还存在如化粪 池之类的点源污染。姜翠玲等对取徐州奎河生活污水进行了饱和灌溉试验，结 果表明，污灌过程中氨化作用、硝化作用和反硝化作用依次成为氨素转化的主要 机制，污灌l o 天之内硝酸盐和亚硝酸盐会造成浅层地下水的严重污染。 2 0 世纪7 0 年代起美国、日本、加拿大、埃及、比利时及南非等国就开始使 用地下水氮污染的同位素研究进行氮污染源识别，国内2 0 世纪9 0 年代以来也开 展了这方面的研究并取得了显著成果。理论上，不同n 源产生的硝酸盐具有不 同的n 、o 同位素组成，化学肥料中的氮主要来自大气，所以5 1 5 n 的值大致为0 ；人类粪便中6 1 柏的含量范围为1 0 2 0 o ；家禽和牲畜养殖场之下的地下水 中6 1 5 n 的含量非常高，高达2 7 o 和3 2 5 。因此利用硝酸盐中n 、o 同位素 区分硝酸盐的不同来源并示踪氮的循环过程，为确定污染源提供了一个直接有效 的方法。自从1 9 7 1 年k o h l 等首次利用6 1 5 n 对地下水中氮污染研究以来，这 方面的研究进展较大。w a s s e n a a r t 2 1 对英国c o l u m b i a 的a b b o t s f o r d 含水层进行研 究，认为地下水中硝酸盐浓度较高的原因是动物粪便和少量的氨肥发生了硝化作 用。杨琰等喃1 在岩溶地区利用1 5 n 和1 8 0 同位素技术证实，饮用水中的硝酸盐主 要来自农家肥和化肥，该地区没有发生有意义的反硝化作用，而以硝化作用为主。 吴登定等应用氮、氧同位素技术对常州地区地下水氮的污染来源进行了研究， 表明：多数潜水和微承压水受到了厩肥和污水的污染，中深层承压水未受到氮污 染，主要来源于早期形成时的大气降水。 1 2 3 避免氮污染的方法措施 从大体上看避免氮污染的方法措施基本集中在两个大的方面：预防和治理。 对已经污染了的地下水进行治理远不如预防有利于环境状况。 在防止地下水氮污染方面，不少研究都集中在农业上西欧国家主要是靠推 行一系列生态农业政策，提高氮肥利用率，降低氮肥使用量，促进高产水平下物 质投入在生产系统内部的良性循环，减缓施肥、农药等对环境的不利影响。美国、 日本等发达国家开始着手改变化肥本身的特性来提高肥料的利用率，相继研制并 推出控释缓释肥料系列产品，使化肥的利用率得以大幅度提高。 在国内，这方面的研究也有不少。胡国臣等b 1 1 采用室内土柱实验法研究了向 土壤中掺入活性炭纤维对地下水氮污染的防治效果。结果表明，将活性炭纤维掺 入土壤中，可以强化土壤反硝化作用，防止硝酸盐对地下水的污染。朱新开等啪1 试验研究了集成型化肥增效剂( c ) 对小麦n 素吸收的影响。结果表明，不同 5 成都理工大学硕士学位论文 生态区不同上壤基施集成肥能增强植株吸收氮的能力，提高氮素的吸收效率。隋 方功等。1 进行的滴灌施肥研究表明了滴灌施肥技术对减轻土壤和地下水氮污染 是十分有效的措施。有研究者研究后得出结论：城市污水经过人工快滤处理后削 于灌溉，将不会导致地下水硝酸盐的超标。 在政策管理层面上，困内外各研究者也做山了不少的努力。针对不同的研究 地区和污染源类型，提出了一系列有针对性的措施。例如，划分水源保护区，对 水资源进行综合防治；调整化肥结构，平衡施肥，确定合理施肥量，提高有机肥 施用量，制定农业合理施肥技术规范等。 对大面积的地下水氮污染进行治理是一个世界性的难题。目前除j ，自然净化 过程中的反硝化作用外并没有特别有效的办法。去除局部地区的氮污染的方法主 要是靠工程措施米解决。如生物脱氮法、混合法、离子交换法等。 综上所述，可以看出国内外对硝酸盐的研究主要集中在i 氮迁移转化的机理 研究、来源研究和控制方法研究上。而且对农业造成的地f 水污染的研究占大多 数，对城市地下水的研究比较少。理论研究较多，实践方而的相对较少。并且在 水文地球化学基础上和水文地质背景下的研究也较少。 根据文献检索的情况来看，成都地区的氮污染的研究比较薄弱。只有一两人 对成都平原地卜水中的硝酸盐情况进行了理论卜的简单分析。总体卜来说，对成 都地区的硝酸盐状况的了解、评价等都未进行过细致分析。因此，木次论文选择 氮污染进行研究足有现实和理论意义的。所以，本次论文将结合前人的研究成果 对氮污染进行深入的分析。 1 3 论文的主要内容 论文主要是根据地i - 水水质监测资料，对成都地区地卜水中三氮的特征分 析，主要内容包括： 1 成都地区水义地质背景的研究 2 成都地区三氮含量特征研究 3 成都地区地下水中氮迁移转化规律及影响因素研究 4 成都地区地下水中氮污染评价及防治对策的研究 6 第一章前言 1 4 研究思路及技术路线 1 4 1 资料来源 本次论文所用的基本数据主要来源于四川省地质环境监测总站1 9 8 8 年以来 的监测资料。 1 4 2 技术路线 根据研究内容和方法，提出以下的技术路线( 图1 1 ) ： 图l l 技术路线图 7 成都理工大学硕士学位论文 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 2 1 自然地理概况 2 1 1 地理位置 成都位于四川省中部，川西甲原腹地，东界龙泉山脉，南临云贵高原，西靠 邛崃山，北依秦岭山脉。是四南地区经济、文化和交通中心，我国幽南地区最大 的城市之一( | 奎i2 - 1 ) 。 图2 - 1研究区交通位置 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 成都是中国西南地区最大的陆路和空中交通枢纽，交通四通八达，极为便利。 以成都火车站为起点的成渝，宝成、成昆、成达等多条铁路线分别通往重庆、贵 州、云南、甘肃、陕西、河南、湖北等省市；川藏、川滇、川陕、川青、成渝等 公路t 线通往西南，西北各省；省内公路发达，有多条t 线或高速公路通往省内 主要城巾，联结各乡县公路，形成了成都平原上的密集交通网。成都也是中国西 南地透最大的航空港，双流国际机场是全国大型机场之一，1 6 0 多条国际国内航 线，飞往国内外6 0 多个人中城市，游客吞吐量居全国前列。 2 1 2 自然地理条件 ( i ) 地形地貌 成都地区位于岷江冲洪积扇的东南边缘瑚。区内地势西北高，东南低( 图 2 - 2 ) ，到城南东一带，转向南倾斜。地面高程自5 1 6 5 3 2 米至4 8 4 4 8 7 米，最高 处于郫县太和场东，赢程5 3 2 米，最低处二瓦窑南崩河坎，高程4 8 4 米。地形 图2 - 2成都地区地形地势略图 9 成都理工大学硕士学位论文 坡降较为平缓，斑竹园一崇义园一上桥一文家场一线北西为3 2 3 5 ，南东 1 9 2 5 6 ，城区以南为1 7 5 。沿河地带因河、渠侵蚀，形成北西一南东向低 于扇面1 2 米的条形槽地，使扇状平原呈微有起伏平原地形。 ( 2 ) 水文气象 研究区内水系发育，属岷汀水系支流。由北至南有府河、磨底河、清水河、 沙河、南海，均属都江堰内江水系，河流由北西流向南东，剑三瓦窑汇合出境。 各河流无论规模，径流量均有差异，与渠系构成测区纵横交错，多功能的输水体 系。河流径流主要由降雨形成，其变化规律受降雨支配，径流量均由都江堰工程 统一调配。 成都地区属亚热带湿润气侯区，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，雨量丰沛， 具云雾多，口照少，霜期短，风速小，静风率高等特点。多年甲均气温1 6 6 。c ， 全年无霜期大于3 0 0 天。只照时数为8 2 4 8 9 2 8 2 小时。五年平均降雨量 8 2 9 2 m m 。降雨分配不均，多集中于6 9 月，占全年的降雨量的7 0 左右，见 表l 一1 。 表2 1成都市2 0 0 l - 2 0 0 5 年降雨量统计表 1 0 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 2 2 区域地质背景特征 2 2 1 区域构造 研究区在大地构造上位于四川盆地西缘新华夏系川西拗陷区中腹啪1 ( 图2 3 ) 。川西拗陷区北西邻龙门山隆裙带，南东接川中块状隆起区，南西连哦嵋一凉 山隆起区，为一继承性的新生代沉降盆地。受区域构造控制，为呈南西宽阔北 东窄细的菱形盆地。， t 川西坳陷区h 川中块状隆起区f h 一蛾嵋一凉山块隆起区 图2 3 区域构造部位路匝 2 2 2 地层岩性 研究区地面广布第四系地层，分布较为不均，总的来说北西厚，东南薄。凤 凰山一茶店子断裂以西第四系厚度一般为5 0 1 1 5 米，最厚在周家场附近厚达2 1 9 米，向西尚有增厚的趋势。东面第四系厚度一般小于4 0 米。 第四系地层下的隐伏地层埋藏深度自西向东呈阶梯状渐次减小b 耵，至东部边 界以外的凤凰山、包江桥始山露于地表，基岩顶面起伏，恰与地表地形相反。研 1 l 成都理工大学硕士学位论文 究区内剖面图如图2 - 4 所示。 0 , s ol 1 , 8 0 抛掷弛 - _ _ 士= = j - _ b ：= | - - = = 一 园l g 歪圆黜t 困t 目目圈墓岩 围2 4 ( a ) 成都地区文家场一祟义桥第四系剖面图 0 - l m - _ ：= | - _ = = j - - d 口l g l 圃嚣雒困勰- 口国图基岩 图2 - 4 ( b ) 成都地区文家场- i i i 大第四系剖面图 乙芏：芒：茎于 田雠- 圆勰t 囤目囹基者 图2 - 4 ( c ) 成都地区犀普镇一石羊场第四系剖面图 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 第四系地层下伏为白垩系上统灌口组( k l g ) 地层，其下依次有夹关组( k t j ) 和天马山组( k l t ) 顶部地层。 ( 1 ) 臼翠系下统天马山组( k i t ) 该层岩性为紫红色、灰紫色钙质胶结中、厚层状中细粒长石岩屑砂岩，其问 分布有不均匀灰绿色钙质粉细砂岩斑点，并夹有薄层粘土岩和粉细砂岩。胶结紧 密，i 轻硬，其中碎屑物占8 5 ，胶结物占1 5 。 ( 2 ) 白垩系上统夹关组( k t j ) 为一套河湖相碎屑岩沉积。岩性为紫红、棕红色中厚层状中一细粒长石石英 岩屑砂岩与薄层粉砂岩夹泥岩不等厚互层。卜部夹有灰绿色、灰白色钙质细砂 岩。该层为泥钙质胶结，水平，斜层理发育，岩心呈饼状。下音l ；部分层段裂隙较 发育，岩性较破碎。该组地层，砂岩占总厚的8 4 5 - 9 6 9 5 ，向南砂岩的比例略 有增加。 该层底部有一层含砾粗砂岩、砾岩，与下伏的天马山组地层呈假整合接触。 砾石组分以石英岩和脉石英为主，磨圆度尚好，局部夹泥砾，砾径较均一，一般 o 5 - 0 8 厘米，人者达2 厘米，系硅钙质胶结，较坚硬，一般厚2 4 2 3 8 4 米，最 厚达7 米。 ( 3 ) 自垩系上统灌口组( k 1 9 ) 广泛分钮十研究区第四系地层之卜i ，为一套河湖相沉积。以紫红，棕红色中 厚层状泥岩、泥、钙质粉砂岩为主，与薄层粉细砂岩不等厚互层。沉积厚度东薄 西厚，一般1 7 0 3 - 2 4 3 5 米。胶结物为泥钙质。 该组地层最显著特征，为卜部普遍有膏盐和钙芒硝沉积，团块状硬石膏，纤 维状石膏，赋存于层面和裂隙间，钙芒硝呈层状，断面呈竹叶状。其岩石矿物成 分以石英为主，次为岩屑、长石；胶结物以泥质和钙质为主。本组地层顶部皆发 育有一层风化壳，早粘土状，风化层总厚2 0 米芹右。其中强风化层4 5 - 9 1 3 米， 其余为弱风化层。 j 2 2 3 地质构造 研究区位于成都断陷东侧。凤凰山一茶店子以东，褶皱和断裂均呈北3 0 - - 4 0 度东，大致平行雁列展布。褶皱呈短轴状，倾角一般小于5 度或近于水平，但断 裂附近产状变化稍大。断裂倾向东，具有压性、压扭性质，属小断距的表层断裂。 成都理工大学硕士学位论文 风凰山一茶店子断裂以西为成都断陷的巾央凹陷东坡，向北西方向倾斜。 区内主要陷伏断裂构造有：凤凰i i f 一茶店子隐伏断裂和磨盘i | l 断裂( 图2 5 ) 。 图2 - 5成都地区隐伏断裂卫星相片解译图 ( 1 ) 凤凰山一茶店子隐伏断裂 该断裂是下作区的分界断裂。南西始于茶店子南，呈北3 0 度东方向延伸， 经凤凰山西侧，至新都柏水寺东南出境，过境长度1 6 5 公里。 该线为第四系厚度突变地带，该线以东厚为8 7 - 4 0 0 米，以西达6 1 9 3 “米， 反映在第四系厚度等值线特别密集，隐伏基岩地形则呈陡坎状。 ( 2 ) 磨盘山断裂 断裂白荆竹坝起，j 匕经凤凰山机场，于回天镇南东进入研究区，沿台地前沿 呈n 6 0 。e 方向延伸，在二河场附近与东西向毗河断裂斜接后出境，境内艮度约 5 公里 1 4 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 2 3 成都地区地下水储存环境及水质基本特征 2 3 1 含水介质及结构特征 第四系松散沙砾石层孔隙水，基岩裂隙水，不但是研究区主要的地下水类型， 也是成都平原主要的地下水类型。区内地下水的补给、赋存、运移，均明显受控 于其所处的自然地理环境，地质构造与第四纪地层、地貌等因素。 第四系孔隙含水岩组，广布于全区，自上而下为一套透水性差异较大，具有 统一水力联系的孔隙含水岩组组成。据钻孔揭露及大量供水钻孔资料分析，该含 水岩组，可分为上、下两段。 ( 一) 第四系上段孔隙水 上段孔隙含水岩组连续分布于全区。由埋藏于扇状平原之下的上更新统上段 ( q ；) 含泥砂砾卵石层及其下的上更新统下段( q ；) ，风化泥砂砾卵石层构成 含水层主体，并与沿河或河渠故道呈带状叠置于其上的近代q 。砂砾卵石层，共 同组成区内第四系孔隙含水岩组主要富水层段，含水层西厚东薄，有效厚度1 0 - 3 0 米。富水程度西部一般1 5 0 0 _ 之0 0 0 米一日，东部一般5 0 0 1 5 0 0 米3 日。东郊与 南郊的部分地区，则为埋藏于残存扇状平原之下的上更新统下段( q ：) ，风化泥 砂砾卵石层中的孔隙微承压水。含水层有效厚度，一般1 0 1 5 米，富水程度小 于1 0 0 0 米3 日。 ( 二) 第四系下段不稳定的孔隙潜水 埋藏于深部的下段极不稳定的潜水含水岩组，分布于凤凰山茶店子断裂以 西，构造部位属成都断陷中央洼陷的东侧，含水层连续分布于上段孔隙含水岩组 之下。由中更新统( q 2 ) 冰水一流水相砂砾卵石层与下更新统( q 1 ) 河湖相泥砂 砾卵石层组成，含水岩组总厚3 5 一1 8 5 米，该含水岩组中，实际含水段只是一些 埋深和厚度不等盼透镜状含水体。这些含水体与上部含水岩组之间，无明显稳定 隔水层存在，但含水层结构与透水性具明显差异，富水性极不均一。 ( 三) 红层砂、泥岩风化带孔隙、裂隙水与层间裂隙水 ( 1 ) 红层砂、泥岩风化带孔隙、裂隙水 主要埋藏于东郊，上更新统下段孔隙微承压含水层之下，由白垩系灌口组 ( k 2 9 ) 顶部之风化泥岩，泥钙质粉细砂岩夹泥岩组成。本层富含石膏及钙芒硝， 风化带层溶孔、溶隙十分发育。风化裂隙与溶孔、溶隙构成地下水储存空间，在 成都理工大学硕士学位论文 条件适宜地段与上部更新统下段含水层构成统一含水层组。但一般在以泥岩为主 时，风化层中摹本不含水，只有在以砂岩为主且岩层十分破碎的情况下，常形成 局部富水段。 ( 2 ) 红层中细粒砂岩l j 薄层粉砂岩、口吐岩层问裂隙水 研究区东侧深埋于2 4 1 3 2 0 米地下，凤凰山一茶店子断裂以西埋藏更深。含 水层由中厚层状中细粒长石石英岩屑砂岩与薄层粉砂岩不等厚互层组成，以砂 岩为主，厚1 6 1 2 2 - 1 8 4 1 l 米。 2 3 2 地下水补给、径流、排泄条件 成都地区地下水的补给一般有以下两个来源，即大气降水补给和地表水补 给。成都地区雨量充沛，多年平均降雨量为9 4 7 0 毫米。全年降雨日达1 4 0 天以 上，大于5 毫米的降雨日数达3 0 天以上，充沛的降雨量足地下水的重要补给来 源之一。但由于降雨时段分配很不均一，多集中存6 - 9 月，尤其7 - 8 两个月，此 时又值稻田充水期，放降雨除补充稻田水以外，多形成地表径流，经河、渠排出 区外。凼此，全年实际补给地下水的降雨量所占比例不大，尽管如此，| 绛雨渗入 补给地下水的作用仍是十分明显的。表现在潜水的升、降与降雨量在年内的分配 具有密切的相关关系。灌溉入渗是区内地下水最主要的补给来源。5 - 8 月水稻生 长期( 约1 2 0 天) 补给作用尤为明显，该时段入渗补给量约占全年灌溉总入渗量 的三分之二。渠系入渗对地下水的补给作用仅次于灌溉入渗，占地下水年天然补 给量的2 8 左右。另外，区内地下水还接受西北边界长达1 8 9 3 公里过水断向的 侧向地卜径流补给。 研究区位于冲洪积扇地下水的径流带与排泄带过渡地区，西部大片地区天然 状态下等水位线与河流流向乖直，反映出径流带的特征，而东南地区则主要以排 泄地卜水为主，等水位线在沿河地带为凸向卜游的弧线，府河( 雍家渡以卜) 、 清水河( 苏坡桥以下) 及南河是主要的地下水排泄河段。地下水流向在市区西北， 受冲洪积扇区域地下水流向的控制，呈北西南东向，平均水力坡度2 - 3 ，部分 地下水流至东部边缘，受台地隔水边界的阻挡，地下水折向南流，市i 又：西南地下 水流向仍保持北西南东向流动。两部分水流征研究区南，均以潜流方式通过含 水层下部及排泄入河流后而流出区外。此外，区内大量开采利用地下水，也足地 下水排泄的途径之一。 1 6 第二章成都地区地下水储存的地质环境特征 2 3 2 地下水化学特征 地下水的水化学特征，主要与含水层的岩性结构，埋藏条件及其水动力特征 有关，同时受气候和环境因素的影响。 ( 一) 第四系孔隙潜水的水化学特征 第四系全新统( q 4 ) 孔隙潜水，埋藏于沿河呈带状分布的近代河流松散堆积 砂层、砂砾卵石层孔隙含水层中。其埋藏较浅，与地表水水力联系密切，加之补 给排泄条件良好，水质类型多以h c 0 3 一c a 型水和h c 0 3 s 0 4 - - c a 型水为主， 局部受人为影响，硫酸根、氯离子增高。矿化度普遍较低，为小于l 克，升的淡 水，少数受污染后大于l 克升。硬度较大，多为1 7 - 2 5 或大于2 5 德国度的硬水。 第四系上更新统( q 3 ) 孔隙水，广布于研究区浅部。其地下水埋藏也较浅， 补给排泄条件也比较好，化学类型多为h c 0 3 - - c a m g 型和h c 0 3 s 0 4 - - c a 型水为主。极少量为h c 0 3 c l c a 型、h c 0 3 c l c a n a 型、s 0 4 h c 0 3 - - c a 型和c 1 - - c a n a 型水。矿化度多小于l 克升，少数大于l 克升。硬度为 1 7 - 2 5 德国度。 第四系中、下更新统( q 2 、q 1 ) 孔隙水，埋藏于深部，水交替循环条件差， 含水层富水性较弱，除原生铁、锰质含量略高外，不易直接受外界第二环境污染， 因此水质较好。水质类型均为h c 0 3 一c a 型水，矿化度小于1 克升。硬度亦小 于2 5 德国度以下。 ( 二) 自垩系基岩孔隙裂隙水水化学特征 白垩系基岩孔隙裂隙水，均埋藏于测区深部仅在测区东部与台地过度地带， 含水层埋藏较浅( 一般小于l o 米) 。据钻孔水质分析资料，水化学特征为： 灌口组孔隙裂隙水，主要赋存于风化带中，地下水交替循环条件较好，经过 长期淋滤作用，水质较好。但风化带以下该层富含石膏、钙芒硝盐类矿物，经溶 滤后多成s 0 4 - - n a 型、h c 0 3 s 0 4 - - c a n a 型和h c 0 3 s 0 4 一c a m g n a 型水，少量c i s 0 4 一n a 型水，矿化度l 克升左右。 。 夹关组层间裂隙水，深埋地下2 0 0 米左右，其上为灌口组砂泥岩隔水顶板， 含水层中含不均匀膏盐沉积，地下水交替循环滞缓，水质较差，一般为s 0 4 一n a 型水，矿化度大于l 克升，个别达6 6 5 克升，硬度大于2 5 德国度为极硬水。 ( 三) 地表水水化学特征 地表水水化学特征：区内河流，除江安河受上游污染外，入境前水质较好， 多为h c 0 3 - - c a m g 型水，矿化度均小于1 克升