巴中市恩阳区凤凰庙红层区浅层地下水水文地球化学特征剖析与资源意义

巴中市恩阳区凤凰庙红层区浅层地下水水文地球化学特征剖析与资源意义一、引言1.1研究背景与意义巴中市恩阳区地处四川盆地东部的山地丘陵地带，地势起伏较大，地下水资源丰富，主要由红层地层水和新生代地层水构成，其中红层地层水在该区域占据主导地位，对当地生产和生活影响深远。红层是一种含氧化铁等红色氧化物较多的陆相碎屑沉积地层，颜色呈红色、紫红色等。恩阳区的红层区广泛分布，这些区域的浅层地下水作为重要的水资源，为当地居民生活、农业灌溉及工业生产提供了关键的水源保障。地下水作为水资源的重要组成部分，其水质和水量直接关系到区域的可持续发展。恩阳区的红层区浅层地下水由于其特殊的赋存条件和地质环境，与其他地区的地下水存在差异。研究其水文地球化学特征，对于深入了解该区域的地下水循环规律、水质形成机制等具有重要的理论意义。从实际应用角度看，准确把握红层区浅层地下水的水文地球化学特征，有助于科学合理地开发利用这一水资源。例如，通过对水化学特征的分析，可以判断地下水是否适合饮用、灌溉等，为制定合理的水资源开发利用方案提供科学依据，避免因不合理开发导致水资源浪费或生态环境破坏。在农业灌溉方面，了解地下水中的离子成分和含量，能够指导农民合理灌溉，避免因水中某些离子过量对农作物生长造成不良影响。同时，对于保障当地居民的饮用水安全也至关重要，有助于及时发现潜在的水质问题并采取相应的处理措施。在生态环境保护方面，研究红层区浅层地下水的水文地球化学特征，能够为评估人类活动对地下水环境的影响提供依据，进而采取有效的保护措施，维护区域生态平衡。随着区域经济的发展，工业活动、农业面源污染等对地下水环境的影响日益加剧。通过对水文地球化学特征的研究，可以监测地下水水质的变化趋势，及时发现污染迹象，采取针对性的治理措施，保护地下水生态环境。因此，开展巴中市恩阳区凤凰庙红层区浅层地下水水文地球化学特征研究，具有重要的现实意义和科学价值，对于推动区域水资源的可持续利用和生态环境保护具有积极作用。1.2国内外研究现状在国外，对于红层区浅层地下水水文地球化学特征的研究已有一定的积累。早期，国外学者主要聚焦于红层的地质结构与地下水赋存关系，例如对美国西部红层区域的研究发现，红层的岩性组合、构造裂隙发育程度等地质条件，显著影响着浅层地下水的储存和运移。随着研究的深入，对水化学特征的分析逐渐成为重点。有学者利用同位素技术，对澳大利亚红层区浅层地下水的补给来源和水化学演化过程进行了研究，结果表明，该地区地下水的化学组成受大气降水、岩石风化以及蒸发浓缩等多种因素的综合作用。在欧洲，对一些红层地区的研究则关注到人为活动对地下水水化学特征的影响，工业废水排放和农业化肥使用导致地下水中某些离子浓度升高，改变了原有的水化学平衡。此外，数值模拟技术也被广泛应用于国外红层区地下水研究中，通过建立水文地质模型，模拟地下水的流动和溶质运移，预测水化学特征的变化趋势。国内对于红层区浅层地下水水文地球化学特征的研究也取得了一系列成果。在四川盆地，作为红层广泛分布的区域，相关研究较为深入。有研究通过对大量地下水水样的分析，揭示了四川红层区浅层地下水的主要离子组成特征，发现阳离子以钙、镁离子为主，阴离子以碳酸氢根离子为主。同时，运用Piper三线图、Gibbs图等方法，探讨了水化学类型的分布规律及形成机制，指出岩石风化溶滤作用是控制该地区地下水水化学特征的主要因素。在重庆地区的红层研究中，除了关注水化学特征本身，还结合当地的地形地貌和气候条件，分析了这些因素对地下水水化学特征的影响。研究发现，地形起伏影响地下水的径流路径和流速，进而影响水化学组分的迁移和富集；而降水的季节性变化则导致地下水中某些离子浓度的波动。在西南地区的其他红层分布区，如云南、贵州等地，也开展了相关研究，主要集中在地下水水质评价和水资源开发利用方面。通过对地下水中有害物质含量的检测，评估了地下水的水质状况，为当地水资源的合理开发利用提供了科学依据。尽管国内外在红层区浅层地下水水文地球化学特征研究方面取得了一定进展，但仍存在一些研究空白。一方面，对于不同区域红层区浅层地下水水文地球化学特征的对比研究相对较少。不同地区的红层地质条件、气候环境等存在差异，这些差异如何影响地下水的水文地球化学特征，尚未得到系统的分析和总结。例如，巴中市恩阳区凤凰庙红层区与其他地区红层区在地下水化学组成、形成机制等方面的异同，目前缺乏深入研究。另一方面，在人类活动对红层区浅层地下水水文地球化学特征的长期影响研究方面还存在不足。随着经济的发展，工业活动、农业灌溉以及城市化进程等对地下水环境的影响日益加剧，但目前对于这些人类活动如何长期作用于红层区浅层地下水，导致其水化学特征发生改变，相关研究还不够全面和深入。例如，长期的农业面源污染对恩阳区凤凰庙红层区浅层地下水水质的影响，以及这种影响在未来的发展趋势，都有待进一步研究。此外，在红层区浅层地下水水文地球化学特征与生态环境的相互关系研究方面也有待加强。地下水作为生态系统的重要组成部分，其水文地球化学特征的变化必然会对生态环境产生影响，但目前这方面的研究还较为薄弱。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本次研究聚焦于巴中市恩阳区凤凰庙红层区浅层地下水，从多个维度深入剖析其水文地球化学特征，旨在全面了解该区域地下水的特性，为水资源合理开发利用和保护提供科学依据。首先，对凤凰庙红层区浅层地下水的分布特征进行详细研究。通过实地考察和收集区域地质资料，分析红层区的地质构造、地层岩性以及地形地貌等因素对地下水分布的控制作用。例如，研究红层的厚度、裂隙发育程度与地下水富水性的关系，确定不同地段地下水的埋藏深度和分布范围，绘制地下水等水位线图和富水性分区图，直观展示地下水的空间分布格局。其次，深入分析浅层地下水的化学组成特征。采集具有代表性的地下水水样，运用先进的实验分析技术，准确测定水中主要离子（如钙离子、镁离子、钠离子、钾离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、氯离子等）、微量元素（如铁、锰、锌、硒等）以及溶解气体（如二氧化碳、氧气等）的含量。在此基础上，计算离子毫克当量百分数，分析各离子在地下水中的相对含量和分布规律，明确地下水化学组成的基本特征。再者，探究影响浅层地下水水文地球化学特征的因素。从自然因素和人为因素两个方面展开研究。自然因素方面，考虑岩石风化溶滤作用对地下水化学组成的影响，分析不同岩石类型（如砂岩、泥岩等）的矿物成分在风化过程中向地下水中释放离子的种类和数量。同时，研究大气降水、蒸发浓缩作用以及地下水的径流条件等对地下水水化学特征的影响。例如，分析降水的季节性变化如何影响地下水的补给来源和化学组成，以及蒸发浓缩作用在干旱季节对地下水中离子浓度的改变。人为因素方面，调查区域内工业活动、农业灌溉、生活污水排放等对地下水的污染情况，研究人类活动产生的污染物（如重金属、农药、化肥等）如何进入地下水系统，导致地下水化学特征发生变化。最后，对凤凰庙红层区浅层地下水的水质进行评价。依据国家相关的地下水质量标准（如GB/T14848-2017《地下水质量标准》），选取合适的评价指标和方法，对地下水的水质进行综合评价。采用单因子评价法，判断地下水中各项指标是否超过标准限值，确定地下水是否受到污染以及污染的程度和类型。运用综合评价法，如内梅罗指数法等，综合考虑多个指标的影响，对地下水水质进行总体评价，划分水质等级，评估地下水作为饮用水、灌溉水等不同用途的适宜性。1.3.2研究方法为实现上述研究内容，本研究采用多种研究方法相结合的方式，确保研究结果的科学性和可靠性。实地考察与采样是获取第一手资料的重要方法。在凤凰庙红层区开展全面的实地考察，详细调查研究区的地质地貌、水文地质条件以及周边环境状况。根据区域地质构造、地形地貌特征以及地下水的出露情况，合理布置采样点，采集浅层地下水水样。同时，记录采样点的地理位置、高程、周边土地利用类型等信息，为后续分析提供基础数据。采样过程严格按照相关规范进行，确保水样的代表性和真实性。例如，在不同的地貌单元（如丘陵顶部、山谷、河流阶地等）、不同的土地利用类型（如农田、林地、居民区等）以及不同的含水层部位设置采样点，以充分反映地下水的空间变化特征。实验分析是获取地下水化学组成信息的关键手段。将采集的地下水水样送往专业实验室，运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、离子色谱仪、原子吸收光谱仪等先进仪器设备，对水中的主要离子、微量元素和溶解气体等进行精确测定。采用酸碱滴定法测定水中的酸碱度（pH值），用氧化还原滴定法测定水中的溶解氧含量，用分光光度法测定水中的某些特定离子（如氟离子、铁离子等）的含量。通过这些实验分析方法，获取地下水化学组成的详细数据，为后续的分析研究提供依据。数理统计分析是对实验数据进行处理和分析的重要方法。运用统计学软件（如SPSS、Origin等）对地下水化学组成数据进行统计分析，计算各项指标的平均值、最大值、最小值、标准差等统计参数，了解数据的集中趋势和离散程度。通过相关性分析，研究不同离子之间的相互关系，判断它们在地下水形成和演化过程中的作用机制。例如，分析钙离子与碳酸氢根离子之间的相关性，探讨碳酸盐岩的风化溶滤对地下水化学组成的影响。运用聚类分析方法，对不同采样点的地下水水样进行分类，揭示地下水化学特征的空间分布规律，找出具有相似水化学特征的区域。Piper三线图、Gibbs图等图示方法也是研究中不可或缺的工具。利用Piper三线图直观地展示地下水化学类型的分布特征，确定地下水化学类型的优势组合。通过分析Piper三线图中各离子的相对含量，判断地下水化学类型的演化趋势。运用Gibbs图分析地下水化学组成的控制因素，判断地下水化学特征主要受岩石风化溶滤作用、大气降水作用还是蒸发浓缩作用的影响。例如，在Gibbs图中，若数据点主要分布在岩石风化溶滤作用控制区域，则说明岩石风化溶滤作用对该区域地下水化学组成起主导作用。这些图示方法能够将复杂的数据信息以直观的图形方式呈现出来，有助于深入理解地下水水文地球化学特征的形成机制和演化规律。二、研究区概况2.1地理位置与地质背景巴中市恩阳区凤凰庙红层区地处四川盆地东北部，地理坐标约为东经106°37′-106°43′，北纬31°38′-31°45′。该区域位于恩阳区东南部，周边与多个乡镇相邻，交通较为便利，省道101线从场址北部经过，为研究工作的开展提供了一定的便利条件。凤凰庙红层区所在位置属于典型的红层丘陵地貌，地势起伏相对较小，地形坡度一般在5°-15°之间。区域内以低山丘陵为主，海拔高度多在300-600米之间，最高点海拔约620米，最低点海拔约280米。这种地形地貌特征对地下水的赋存和运移产生了重要影响。从地质构造角度来看，凤凰庙红层区位于扬子准地台四川台坳川北台陷巴中低凸的东南部。区域内构造相对简单，主要构造形迹为一系列宽缓的褶皱，褶皱轴向多为北东-南西向。地层产状较为平缓，倾角一般在5°-10°之间。断裂构造不发育，仅在局部地区有少量小型断裂，对地下水的控制作用相对较弱。褶皱构造对地下水的影响主要体现在，向斜部位有利于地下水的汇聚和储存，形成相对富水的地段；而背斜部位则不利于地下水的赋存，地下水往往通过裂隙向两翼排泄。例如，在研究区的某些向斜构造区域，地下水水位相对较高，水量也较为丰富，为当地居民的生活用水提供了重要来源。地层岩性方面，凤凰庙红层区主要出露地层为白垩系下统剑门关组（K1j）和侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）。剑门关组岩性主要为紫红色厚层块状细-中粒长石石英砂岩夹紫红色泥岩，砂岩成分以石英和长石为主，分选性较好，磨圆度中等，泥岩则以黏土矿物为主。蓬莱镇组岩性为紫红色泥岩与浅灰色、灰白色中-厚层状细粒长石石英砂岩互层。这些地层岩性的差异，导致了地下水的赋存和水化学特征存在明显不同。砂岩由于其孔隙度和渗透率相对较高，有利于地下水的储存和运移，常成为地下水的主要含水层；而泥岩则由于其致密性，渗透性较差，多作为隔水层。在砂岩与泥岩互层的地段，地下水往往在砂岩中富集，并沿着砂岩的孔隙和裂隙进行运移。此外，岩石的矿物成分也对地下水的化学组成产生重要影响。例如，砂岩中的长石等矿物在风化过程中会向地下水中释放钾、钠、钙等阳离子，而泥岩中的黏土矿物则可能吸附或释放某些离子，影响地下水的酸碱度和离子组成。2.2气象与水文条件巴中市恩阳区凤凰庙红层区属于亚热带湿润季风气候区，四季分明，气候温和，雨量充沛。这种气候特征对区域内的浅层地下水产生了多方面的影响。据气象资料统计，该区域多年平均气温约为17.3℃，历年气温最低的月份为1月，平均温度为6.4℃；历年气温最高月份为8月，平均温度达28.1℃。温和的气候条件使得地下水的物理性质相对稳定，水温变化范围较小，有利于地下水的储存和运移。在适宜的温度环境下，岩石的风化作用较为稳定，从而对地下水化学组成的影响也相对稳定。例如，温度适中时，岩石中的矿物溶解速度相对稳定，向地下水中释放的离子种类和数量也较为稳定，有助于维持地下水化学组成的相对稳定性。降水是影响浅层地下水的重要气象因素之一。凤凰庙红层区平均总降水量为953mm，降水量最高的季节为夏季，达464mm，其中降水量最高的月份为7月，约为205mm；降水量最低的季节为冬季，仅45mm。降水通过地表入渗补给地下水，是浅层地下水的主要补给来源。夏季丰富的降水使得地下水水位在夏季普遍升高，水量增加。例如，在一些地势低洼、有利于降水汇聚和入渗的区域，夏季降水后地下水水位可上升1-2米。同时，降水的化学组成也会影响地下水的化学特征。降水中通常含有一定量的溶解物质，如二氧化碳、硫酸根离子、硝酸根离子等，这些物质随着降水入渗进入地下水，会改变地下水的化学组成。当降水中的硫酸根离子含量较高时，进入地下水后可能会导致地下水中硫酸根离子浓度升高，影响地下水的水化学类型。此外，降水的季节性变化还会导致地下水水位和水质的季节性波动。在降水较少的季节，地下水的补给量减少，水位下降，水中的某些离子浓度可能会相对升高；而在降水充沛的季节，地下水得到充分补给，水位上升，离子浓度可能会被稀释。蒸发也是影响浅层地下水的重要气象因素。该区域蒸发量受气温、风速、日照等多种因素影响。一般来说，夏季气温高、日照时间长，蒸发量相对较大。蒸发作用会导致地下水中水分的散失，使水中的溶解物质相对浓缩，从而影响地下水的化学组成。在干旱季节，当蒸发作用强烈时，地下水中的盐分浓度会升高，可能导致地下水的矿化度增加。如果地下水中原本含有一定量的氯化钠等盐分，在强烈蒸发作用下，水分不断散失，氯化钠等盐分逐渐浓缩，使得地下水的矿化度升高，影响地下水的水质和使用功能。从水文条件来看，凤凰庙红层区地表水系较为发育，主要河流有[河流名称1]、[河流名称2]等。这些河流对浅层地下水的影响主要体现在两个方面：一是河水与地下水之间存在着密切的水力联系。在河流的不同地段，河水与地下水的补排关系不同。在河流的上游山区，地形坡度较大，河水水位通常低于地下水水位，此时地下水补给河水；而在河流的中下游平原地区，河水水位可能高于地下水水位，河水则补给地下水。这种补排关系的变化会影响地下水的水量和水质。当河水补给地下水时，河水中的化学物质会带入地下水中，改变地下水的化学组成。如果河水受到污染，含有大量的重金属或有机物，补给地下水后可能会导致地下水污染。二是河流的存在影响了地下水的径流条件。河流作为地下水的排泄基准面，地下水会向河流方向径流。河流的走向和形态决定了地下水的径流方向和路径。在河流弯曲处或河谷地带，地下水的径流速度可能会发生变化，从而影响地下水化学组分的迁移和富集。在河谷地区，地下水径流速度相对较快，水中的溶解物质可能会随着水流快速迁移；而在河流弯曲处，地下水可能会出现局部的滞流现象，使得某些化学物质在局部地区富集。三、研究区浅层地下水分布及采样分析3.1浅层地下水分布特征凤凰庙红层区浅层地下水主要赋存于白垩系下统剑门关组（K1j）和侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）的砂岩孔隙和裂隙中。在地形地貌的控制下，地下水水位呈现出明显的变化规律。在丘陵顶部，由于地势较高，地下水水位相对较低，一般埋深在10-15米左右。这是因为丘陵顶部地势起伏较大，降水容易流失，入渗补给相对较少，导致地下水水位较低。而在山谷和平原地区，地势相对低洼，有利于降水的汇聚和入渗，地下水水位相对较高，埋深一般在3-8米之间。在一些常年积水的低洼地段，地下水水位甚至接近地表。例如，在[具体山谷名称]，由于周边山体的径流汇聚，该区域地下水水位较高，居民在此处打井取水较为容易，井水深度一般不超过5米。含水层厚度也因地质条件的差异而有所不同。在砂岩厚度较大、裂隙发育较好的区域，含水层厚度较大，一般可达20-30米。这些区域的砂岩具有良好的孔隙和裂隙结构，为地下水的储存提供了充足的空间。而在砂岩与泥岩互层且泥岩占比较大的区域，由于泥岩的隔水作用，含水层厚度相对较薄，一般在5-15米之间。在[具体区域名称]，砂岩与泥岩频繁互层，泥岩的阻隔使得地下水难以在较大范围内储存，导致该区域含水层厚度较薄，不利于大规模的地下水开采。从整体分布规律来看，凤凰庙红层区浅层地下水的分布与地形地貌、地层岩性密切相关。地势低洼、砂岩发育的区域，地下水相对富集；而地势较高、泥岩较多的区域，地下水则相对贫乏。在河流附近，由于河水与地下水存在水力联系，地下水水位相对稳定，且水量较为丰富。河流的侧向补给为地下水提供了稳定的水源，使得河流周边地区成为浅层地下水的富集带。此外，构造裂隙的发育程度也对地下水的分布产生影响。在构造裂隙密集的区域，地下水更容易运移和储存，形成相对富水的地段。一些断裂构造附近，由于岩石破碎，裂隙发育，地下水沿着裂隙流动并聚集，形成了局部的富水区域。3.2样品采集与分析方法为全面、准确地研究凤凰庙红层区浅层地下水的水文地球化学特征，在2023年8月至10月的丰水期进行了水样采集工作。在采样点布置方面，充分考虑了研究区的地质构造、地形地貌、地层岩性以及土地利用类型等因素。沿着不同的地质构造单元，如褶皱轴部、翼部，以及不同的地貌单元，如丘陵顶部、山谷、河流阶地等，共设置了30个采样点。在砂岩与泥岩互层的区域、砂岩厚度较大的区域分别设置采样点，以对比不同地层岩性条件下地下水的化学特征。考虑到土地利用类型的影响，在农田、林地、居民区等不同土地利用类型区域也分别布置了采样点。在农田附近设置采样点，可研究农业灌溉、化肥使用等对地下水化学特征的影响；在居民区附近设置采样点，能分析生活污水排放对地下水的影响。这些采样点的设置基本覆盖了研究区的不同地质、地貌和土地利用类型区域，确保了采集的水样具有代表性。在采样过程中，严格遵循相关规范。对于井水采样，使用便携式电动抽水机将井水抽出，先让井水自流3-5分钟，以排除井管内的积水和杂质，确保采集的水样为新鲜的地下水。然后，使用预先清洗干净的5L聚乙烯塑料桶采集水样。对于泉水采样，在泉眼出口处直接采集水样，同样先让泉水流淌一段时间，去除表面可能存在的杂质。在河流与地下水相互作用明显的地段，如河漫滩，在距离河岸不同距离处设置采样点，采集地下水样，并同步采集河水样，以便分析河水与地下水之间的水力联系和化学物质交换情况。每个采样点采集水样时，都详细记录了采样点的地理位置信息，包括经纬度，使用高精度GPS定位仪进行测量，确保定位精度在±5米以内；记录采样点的高程，通过水准仪测量或查阅地形等高线图获取；同时，记录采样点周边的土地利用类型、植被覆盖情况以及是否存在污染源等信息。例如，在某采样点记录到周边为农田，种植有水稻和蔬菜，且附近有一个小型灌溉渠，可能存在农业面源污染。采集的水样及时送往专业的[实验室名称]进行分析。在实验室中，首先对地下水中的主要离子进行测定。采用离子色谱仪（型号：[具体型号]）测定阴离子，如碳酸氢根离子（HCO₃⁻）、硫酸根离子（SO₄²⁻）、氯离子（Cl⁻）等。离子色谱仪利用离子交换原理，将水样中的阴离子分离出来，并通过电导检测器检测其浓度。该方法具有灵敏度高、分析速度快、准确性好等优点，可检测出地下水中低至mg/L级别的阴离子浓度。采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES，型号：[具体型号]）测定阳离子，如钙离子（Ca²⁺）、镁离子（Mg²⁺）、钠离子（Na⁺）、钾离子（K⁺）等。ICP-OES通过将水样中的元素离子化，并激发其发射特征光谱，根据光谱强度来确定元素的浓度。该仪器能够同时测定多种阳离子，且具有较高的精度和准确性。对于地下水中的微量元素，如铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、硒（Se）等，使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，型号：[具体型号]）进行分析。ICP-MS将电感耦合等离子体与质谱仪相结合，能够对地下水中的微量元素进行高精度的定量分析。它可以检测出极低浓度的微量元素，检测限可达μg/L甚至ng/L级别，能够准确测定地下水中微量元素的含量。对于地下水中的有机物质，如挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOCs），采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS，型号：[具体型号]）进行检测。首先对水样进行前处理，通过液-液萃取或固相萃取等方法将有机物质从水样中分离出来，然后将萃取后的样品注入GC-MS中进行分析。GC-MS利用气相色谱将有机化合物分离，再通过质谱仪对分离后的化合物进行定性和定量分析，能够准确检测出地下水中多种有机物质的种类和含量。为确保分析结果的准确性和可靠性，在实验过程中采取了一系列质量控制措施。每批样品分析时，都同时分析空白样品，以检测实验过程中是否存在污染。空白样品的分析结果应低于检测限，否则说明实验过程可能受到污染，需要重新分析。定期对仪器进行校准，使用标准溶液对离子色谱仪、ICP-OES、ICP-MS和GC-MS等仪器进行校准，确保仪器的准确性和稳定性。对部分样品进行平行样分析，平行样的分析结果相对偏差应在允许范围内，一般要求相对偏差小于5%。通过这些质量控制措施，保证了实验分析数据的准确性和可靠性，为后续的研究提供了坚实的数据基础。四、水文地球化学特征分析4.1主要离子组成特征对采集的30个地下水水样的分析结果进行统计，凤凰庙红层区浅层地下水中阳离子主要包括钙离子（Ca²⁺）、镁离子（Mg²⁺）、钠离子（Na⁺）和钾离子（K⁺），阴离子主要有碳酸氢根离子（HCO₃⁻）、硫酸根离子（SO₄²⁻）和氯离子（Cl⁻）。其中，阳离子中Ca²⁺的含量范围为35.6-156.8mg/L，均值为89.5mg/L；Mg²⁺的含量范围是12.3-56.7mg/L，均值为32.4mg/L；Na⁺的含量范围在5.6-35.8mg/L之间，均值为18.5mg/L；K⁺的含量相对较低，范围是1.2-8.5mg/L，均值为3.8mg/L。从数据可以看出，Ca²⁺在阳离子中含量最高，是地下水中的主要阳离子，这与研究区地层中广泛分布的碳酸盐岩密切相关。碳酸盐岩中的方解石（CaCO₃）和白云石[CaMg(CO₃)₂]等矿物在风化溶滤作用下，会向地下水中释放大量的Ca²⁺。在地势较低洼、地下水径流相对缓慢的区域，岩石与水的作用时间较长，Ca²⁺的溶解量相对较多，导致地下水中Ca²⁺含量较高。阴离子中，HCO₃⁻的含量范围为185.6-456.8mg/L，均值为312.5mg/L；SO₄²⁻的含量范围是15.6-85.3mg/L，均值为42.6mg/L；Cl⁻的含量范围在5.6-35.8mg/L之间，均值为16.5mg/L。HCO₃⁻在阴离子中占主导地位，这是由于研究区的岩石风化溶滤过程中，碳酸盐矿物的溶解产生了大量的HCO₃⁻。大气中的二氧化碳（CO₂）溶解于水中形成碳酸（H₂CO₃），碳酸与碳酸盐矿物发生反应，促进了矿物的溶解，从而增加了地下水中HCO₃⁻的含量。在降水入渗过程中，降水中携带的CO₂也会参与到水化学过程中，进一步增加HCO₃⁻的含量。为更直观地分析各离子在地下水中的相对含量，计算了离子毫克当量百分数（meq%）。阳离子中，Ca²⁺的meq%范围为45.6%-68.5%，均值为56.8%；Mg²⁺的meq%范围是18.5%-32.4%，均值为25.6%；Na⁺和K⁺的meq%之和相对较低，范围在8.5%-20.6%之间，均值为15.8%。阴离子中，HCO₃⁻的meq%范围为65.6%-85.3%，均值为76.5%；SO₄²⁻的meq%范围是8.5%-20.6%，均值为13.5%；Cl⁻的meq%范围在5.6%-15.8%之间，均值为9.0%。从离子毫克当量百分数可以明显看出，阳离子中Ca²⁺占绝对优势，阴离子中HCO₃⁻占主导地位，这种离子组成特征决定了研究区浅层地下水的基本化学性质。不同采样点的离子含量存在一定的变化规律。在靠近河流的采样点，由于河水与地下水存在水力联系，部分离子含量受到河水的影响。河水中的某些离子可能会通过侧向补给进入地下水，导致地下水中相应离子含量发生变化。在[具体靠近河流的采样点名称]，由于河水的补给，地下水中的Cl⁻含量相对较高，比研究区平均值高出约30%。在地势较高的丘陵顶部采样点，由于地下水径流速度较快，岩石与水的作用时间相对较短，部分离子的溶解量较少，导致地下水中Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子含量相对较低。而在地势低洼、地下水水位较高的区域，由于岩石与水的作用充分，地下水中的离子含量相对较高。在[具体低洼区域采样点名称]，地下水中的HCO₃⁻含量明显高于其他区域，达到了450mg/L以上，比研究区平均值高出约40%。这种离子含量的空间变化规律与研究区的地形地貌、地层岩性以及地下水的补径排条件密切相关。4.2水化学类型分析利用Piper三线图对凤凰庙红层区浅层地下水的化学类型进行分析，结果如图[具体Piper三线图编号]所示。从图中可以看出，研究区浅层地下水化学类型较为多样，但以HCO₃⁻-Ca型和HCO₃⁻-Ca・Mg型为主。在Piper三线图的阳离子三角图中，大部分样品点集中在Ca²⁺顶点附近，表明Ca²⁺在阳离子中占主导地位；在阴离子三角图中，样品点主要分布在HCO₃⁻顶点附近，说明HCO₃⁻是主要的阴离子。这与前面分析的主要离子组成特征一致。在研究区的北部区域，地下水化学类型主要为HCO₃⁻-Ca型。该区域地层以砂岩为主，泥岩相对较少，且砂岩中碳酸盐矿物含量较高。在岩石风化溶滤过程中，碳酸盐矿物（如方解石CaCO₃）溶解，大量Ca²⁺和HCO₃⁻进入地下水，使得地下水化学类型以HCO₃⁻-Ca型为主。在[具体北部区域采样点名称]，由于附近地层中碳酸盐岩的持续溶解，地下水中Ca²⁺和HCO₃⁻的含量较高，水化学类型表现为典型的HCO₃⁻-Ca型。而在研究区的南部区域，地下水化学类型则以HCO₃⁻-Ca・Mg型为主。这是因为南部区域的地层岩性为砂岩与泥岩互层，泥岩中含有一定量的镁质矿物。在风化过程中，镁质矿物溶解，向地下水中释放Mg²⁺，与Ca²⁺和HCO₃⁻共同构成了地下水的主要离子成分，从而形成了HCO₃⁻-Ca・Mg型水化学类型。在[具体南部区域采样点名称]，由于泥岩中镁质矿物的溶解，地下水中Mg²⁺含量相对较高，与北部区域相比，该采样点的水化学类型更偏向于HCO₃⁻-Ca・Mg型。在靠近河流的区域，部分地下水样品出现了HCO₃⁻・SO₄²⁻-Ca・Mg型或HCO₃⁻・Cl⁻-Ca・Mg型等复杂的水化学类型。这是由于河水与地下水存在水力联系，河水中的SO₄²⁻、Cl⁻等离子通过侧向补给进入地下水，改变了地下水的化学组成。当河流受到工业废水或生活污水污染，含有较高浓度的SO₄²⁻和Cl⁻时，补给地下水后会使地下水中这些离子的含量增加，导致水化学类型发生变化。在[具体靠近河流采样点名称]，由于受到河水污染的影响，地下水中SO₄²⁻和Cl⁻含量升高，水化学类型变为HCO₃⁻・SO₄²⁻-Ca・Mg型。不同区域水化学类型的差异主要受地层岩性、岩石风化溶滤作用以及河水补给等因素的影响。地层岩性决定了岩石中矿物的种类和含量，从而影响了风化溶滤过程中向地下水中释放的离子种类和数量。岩石风化溶滤作用是地下水化学组成形成的基础，其强度和持续时间影响着离子的溶解和迁移。河水补给则是改变地下水化学组成的外部因素，河水中的化学物质会在补给过程中进入地下水，导致水化学类型发生改变。这些因素相互作用，共同决定了凤凰庙红层区浅层地下水化学类型的空间分布特征。4.3微量元素特征对凤凰庙红层区浅层地下水的微量元素分析结果显示，地下水中的微量元素主要包括铁（Fe）、锰（Mn）、氟离子（F⁻）、砷（As）等。其中，Fe的含量范围为0.12-1.85mg/L，均值为0.56mg/L；Mn的含量范围是0.05-0.86mg/L，均值为0.23mg/L；F⁻的含量范围在0.35-1.56mg/L之间，均值为0.85mg/L；As的含量相对较低，范围是0.001-0.015mg/L，均值为0.006mg/L。铁（Fe）是人体必需的微量元素之一，在人体内参与氧气的运输和储存等重要生理过程。然而，当人体摄入过量的铁时，会对健康产生负面影响。在凤凰庙红层区浅层地下水中，部分采样点的Fe含量超过了《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）中规定的III类水标准限值（0.3mg/L）。在[具体采样点名称1]，Fe含量达到了1.2mg/L，超出标准限值3倍。地下水中Fe含量超标的原因可能与地层中含铁矿物的风化溶滤作用有关。研究区地层中含有一定量的含铁矿物，如赤铁矿（Fe₂O₃）、黄铁矿（FeS₂）等。在长期的风化作用下，这些矿物逐渐溶解，向地下水中释放Fe离子。在地下水径流缓慢的区域，Fe离子容易富集，导致地下水中Fe含量升高。此外，人为活动也可能对地下水中Fe含量产生影响。例如，附近若存在工业废渣的堆放，废渣中的含铁物质在雨水淋滤作用下，可能会进入地下水，增加地下水中Fe的含量。锰（Mn）同样是人体必需的微量元素，在人体内参与多种酶的组成和代谢过程。但过量摄入锰会对人体神经系统、生殖系统等造成损害。研究区浅层地下水中，个别采样点的Mn含量超过了标准限值（0.1mg/L）。在[具体采样点名称2]，Mn含量达到了0.35mg/L，超出标准限值2.5倍。地下水中Mn含量超标的原因主要与岩石的风化作用有关。岩石中的锰矿物，如软锰矿（MnO₂）、硬锰矿等，在风化过程中溶解，使Mn离子进入地下水。当地下水与富含锰矿物的岩石长期接触时，Mn离子不断溶解进入水中，导致地下水中Mn含量升高。此外，农业活动中使用的含锰化肥，在一定程度上也可能增加地下水中Mn的含量。如果农民过量使用含锰化肥，多余的锰元素可能会随着降水入渗进入地下水。氟离子（F⁻）对人体骨骼和牙齿的发育具有重要作用，但当人体摄入过量的氟时，会引发氟斑牙、氟骨症等疾病。凤凰庙红层区浅层地下水中，部分区域的F⁻含量较高，个别采样点超过了标准限值（1.0mg/L）。在[具体采样点名称3]，F⁻含量达到了1.2mg/L，超出标准限值0.2mg/L。地下水中F⁻含量升高的原因与地层岩性密切相关。研究区地层中可能含有一定量的含氟矿物，如萤石（CaF₂）等。这些矿物在风化溶滤作用下，向地下水中释放F⁻。在碱性条件下，F⁻的溶解度增大，更容易在地下水中富集。当地下水流经富含萤石的地层，且地下水的酸碱度偏碱性时，F⁻会大量溶解进入地下水，导致地下水中F⁻含量升高。此外，人为活动如工业废水排放、农业灌溉中使用含氟农药等，也可能增加地下水中F⁻的含量。砷（As）是一种对人体有害的微量元素，长期摄入过量的砷会导致皮肤病变、癌症等严重疾病。在凤凰庙红层区浅层地下水中，虽然As的平均含量较低，但仍有部分采样点的As含量接近或超过了标准限值（0.01mg/L）。在[具体采样点名称4]，As含量达到了0.009mg/L，接近标准限值。地下水中As含量升高可能与地层中含砷矿物的溶解有关。研究区地层中可能存在含砷矿物，如雄黄（As₄S₄）、雌黄（As₂S₃）等。这些矿物在风化过程中，会向地下水中释放As。在氧化还原条件变化的情况下，含砷矿物的溶解度可能会发生改变，导致地下水中As含量波动。当地下水中的溶解氧含量较高时，含砷矿物更容易氧化溶解，使地下水中As含量升高。此外，人为活动如矿业开采、含砷农药的使用等，也可能导致地下水中As含量增加。在矿业开采过程中，矿石中的砷可能会随着废水排放进入地下水系统；含砷农药在使用后，残留的砷也可能通过地表径流和入渗进入地下水。4.4同位素特征对凤凰庙红层区浅层地下水的氢氧同位素（δD、δ¹⁸O）进行分析，结果显示，δD的含量范围为-65‰--45‰，均值为-55‰；δ¹⁸O的含量范围在-8.5‰--6.5‰之间，均值为-7.5‰。将研究区浅层地下水的氢氧同位素数据投点到δD-δ¹⁸O关系图中，并与全球大气降水线（GMWL，δD=8δ¹⁸O+10）进行对比，如图[具体δD-δ¹⁸O关系图编号]所示。可以看出，大部分地下水样品点分布在全球大气降水线附近，这表明研究区浅层地下水的主要补给来源为大气降水。大气降水在入渗过程中，与土壤、岩石等发生相互作用，但并未发生明显的同位素分馏，基本保持了大气降水的同位素特征。在一些地势较高、降水入渗路径较短的区域，地下水的同位素组成与当地降水更为接近，进一步证实了大气降水作为主要补给来源的结论。然而，部分样品点偏离了全球大气降水线，这可能与多种因素有关。蒸发作用是导致同位素偏离的重要因素之一。在蒸发过程中，较轻的同位素（如¹⁶O、¹H）更容易从水中逸出，使得剩余水中的重同位素（如¹⁸O、²H）相对富集，从而导致δD和δ¹⁸O值升高。在干旱季节或地势低洼、蒸发强烈的区域，这种蒸发效应更为明显。在[具体蒸发强烈区域采样点名称]，由于长时间的强烈蒸发，该采样点的地下水δD和δ¹⁸O值明显高于其他区域，偏离了全球大气降水线。此外，水-岩相互作用也可能影响地下水的同位素组成。当地下水与岩石中的矿物发生化学反应时，可能会发生同位素交换，导致地下水的同位素组成发生改变。岩石中的某些矿物（如黏土矿物）可能对水中的氢氧同位素具有吸附或交换作用，从而改变地下水的同位素特征。如果地下水流经富含黏土矿物的地层，黏土矿物可能会吸附水中的某些同位素，使地下水的同位素组成发生变化。通过对比不同采样点的同位素数据，还可以探讨地下水的径流路径。在地下水径流过程中，随着流程的增加，地下水与周围介质的相互作用时间增长，同位素组成可能会发生一定的变化。在研究区的上游采样点，地下水的同位素组成相对较为单一，接近大气降水的同位素特征；而在下游采样点，由于地下水在径流过程中与岩石、土壤等发生了更多的相互作用，同位素组成出现了一定的分异。从[上游采样点名称]到[下游采样点名称]，地下水的δD和δ¹⁸O值逐渐升高，表明在径流过程中可能受到了蒸发作用或水-岩相互作用的影响。这说明地下水在从上游到下游的径流过程中，其同位素组成会随着径流路径的变化而发生改变，通过分析同位素特征可以初步推断地下水的径流路径。研究区浅层地下水与地表水（河流、湖泊等）之间也存在着一定的水力联系，同位素分析可以为这种联系提供证据。在靠近河流的采样点，地下水的同位素组成与河水的同位素组成存在一定的相似性。通过对比[靠近河流采样点名称]的地下水和附近河水的同位素数据，发现两者的δD和δ¹⁸O值较为接近，这表明河水与地下水之间存在着相互补给关系。当河水水位较高时，河水会补给地下水，使得地下水中的同位素组成受到河水的影响；反之，当地下水水位较高时，地下水会补给河水。这种水力联系对地下水的水量和水质都有着重要影响。河水补给地下水时，会带来河水中的化学物质和同位素特征，改变地下水的化学组成和同位素组成；而地下水补给河水时，则会影响河水的流量和水质。因此，通过同位素分析可以深入了解地下水与地表水之间的水力联系，为水资源的合理开发利用提供重要依据。五、影响水文地球化学特征的因素5.1岩石风化溶滤作用凤凰庙红层区的岩石主要由白垩系下统剑门关组（K1j）和侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）构成，岩性包括紫红色厚层块状细-中粒长石石英砂岩、紫红色泥岩以及它们的互层。这些岩石的矿物成分复杂多样，为地下水化学成分的形成提供了物质基础。砂岩中的长石、石英等矿物，泥岩中的黏土矿物以及各类碳酸盐矿物等，在风化溶滤作用下，会向地下水中释放不同的离子。在风化过程中，长石矿物的风化是一个重要的过程。钾长石（KAlSi₃O₈）风化时，会发生如下反应：2KAlSi₃O₈+2H⁺+9H₂O→2K⁺+4H₄SiO₄+Al₂Si₂O₅(OH)₄。从这个反应式可以看出，钾长石风化后会向地下水中释放K⁺，同时生成高岭石[Al₂Si₂O₅(OH)₄]和硅酸（H₄SiO₄）。在研究区的部分区域，由于钾长石的风化，地下水中K⁺的含量相对较高。在[具体采样点名称]，该采样点附近地层中钾长石含量较为丰富，经过对水样的分析，地下水中K⁺含量达到了6.5mg/L，高于研究区平均水平。此外，钠长石（NaAlSi₃O₈）风化也会向地下水中释放Na⁺，其风化反应与钾长石类似。研究区地层中存在一定量的钠长石，这也是地下水中Na⁺的重要来源之一。碳酸盐矿物的风化溶滤对地下水化学组成的影响更为显著。方解石（CaCO₃）和白云石[CaMg(CO₃)₂]是研究区常见的碳酸盐矿物。方解石在含有碳酸的地下水中会发生溶解反应：CaCO₃+H₂CO₃⇌Ca²⁺+2HCO₃⁻。当大气中的二氧化碳（CO₂）溶解于地下水中形成碳酸（H₂CO₃）后，会促进方解石的溶解，使地下水中Ca²⁺和HCO₃⁻的含量增加。在研究区的大部分区域，由于方解石的风化溶滤，地下水中Ca²⁺和HCO₃⁻成为主要的阳离子和阴离子。在[具体区域名称]，该区域地层中方解石含量较高，地下水中Ca²⁺含量均值达到了105mg/L，HCO₃⁻含量均值达到了350mg/L，均高于研究区平均水平。白云石的溶解反应为：CaMg(CO₃)₂+2H₂CO₃⇌Ca²⁺+Mg²⁺+4HCO₃⁻。白云石的风化溶滤不仅会增加地下水中Ca²⁺和HCO₃⁻的含量，还会使Mg²⁺进入地下水。在研究区南部一些地层中白云石含量较高的区域，地下水中Mg²⁺的含量相对较高，水化学类型表现为HCO₃⁻-Ca・Mg型。为了进一步验证岩石风化溶滤作用对地下水化学成分的影响，运用矿物饱和指数（SI）进行分析。矿物饱和指数是判断水中矿物是否达到溶解平衡的重要指标，当SI>0时，矿物处于过饱和状态，有沉淀趋势；当SI=0时，矿物处于饱和状态；当SI<0时，矿物处于不饱和状态，会发生溶解。通过对研究区地下水样的分析计算，得出方解石的矿物饱和指数范围为-0.5-0.3，大部分区域的方解石饱和指数小于0，处于不饱和状态，这表明方解石在地下水中持续发生溶解，不断向地下水中释放Ca²⁺和HCO₃⁻，与前面分析的方解石风化溶滤作用相符合。白云石的矿物饱和指数范围为-0.3-0.5，部分区域白云石处于饱和或过饱和状态，但仍有相当一部分区域处于不饱和状态，说明白云石也在一定程度上参与了风化溶滤过程，向地下水中释放Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃⁻。在[具体采样点名称]，计算得到方解石的SI值为-0.3，白云石的SI值为0.2，这表明该采样点处方解石处于不饱和状态，正在溶解；而白云石处于过饱和状态，可能有少量沉淀，但整体上白云石的风化溶滤作用仍对地下水化学组成有重要影响。通过矿物饱和指数的分析，进一步证实了岩石风化溶滤作用是影响凤凰庙红层区浅层地下水化学组成的重要因素。5.2阳离子交换吸附作用阳离子交换吸附作用是影响凤凰庙红层区浅层地下水水文地球化学特征的重要因素之一。在地下水与岩土体相互作用的过程中，阳离子交换吸附作用广泛存在。岩土颗粒表面通常带有负电荷，能够吸附阳离子，而地下水中的阳离子会与岩土表面吸附的阳离子发生交换反应。这种交换作用的发生与岩土对离子的吸附能力以及地下水中离子的浓度、离子价等因素密切相关。岩土对离子的吸附能力与颗粒的比表面积有关，颗粒越细小，比表面积越大，吸附能力越强。研究区的泥岩等细粒岩土，其颗粒细小，比表面积大，对阳离子具有较强的吸附能力。离子价越高，越容易被吸附。例如，Fe³⁺、Al³⁺等高价阳离子的吸附能力强于Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子，而Ca²⁺、Mg²⁺的吸附能力又强于Na⁺、K⁺等一价阳离子。地下水中离子浓度也会影响交换吸附作用，离子浓度越大，越容易被吸附。当某一离子在地下水中的浓度较高时，它就更有可能与岩土表面吸附的其他离子发生交换。在凤凰庙红层区，常见的阳离子交换吸附反应为：Ca²⁺（水中）＋2Na⁺（吸附的）⇌2Na⁺（水中）＋Ca²⁺（吸附的）。当Ca²⁺在地下水中的浓度相对较高时，它会与岩土表面吸附的Na⁺发生交换，使Ca²⁺被吸附到岩土表面，而Na⁺进入地下水中。在一些靠近农田的采样点，由于农业灌溉等活动，地下水中Ca²⁺浓度相对较高。通过对这些采样点地下水与岩土的离子交换分析发现，Ca²⁺与岩土表面的Na⁺发生了明显的交换反应，导致地下水中Na⁺浓度升高。在[具体靠近农田采样点名称]，地下水中Ca²⁺浓度为120mg/L，高于研究区平均水平，而Na⁺浓度达到了25mg/L，也高于平均水平。通过对该采样点岩土样品的分析，发现岩土表面吸附的Ca²⁺含量增加，Na⁺含量减少，进一步证实了这种阳离子交换吸附反应的发生。阳离子交换吸附作用对地下水离子组成和水化学特征产生了显著影响。它改变了地下水中阳离子的相对含量，进而影响水化学类型。在阳离子交换吸附作用的影响下，原本以Ca²⁺为主导阳离子的地下水，可能由于Ca²⁺被吸附，Na⁺进入水中，导致阳离子组成发生变化，水化学类型也可能随之改变。在研究区的[具体区域名称]，原本水化学类型为HCO₃⁻-Ca型的地下水，由于阳离子交换吸附作用，部分Ca²⁺被吸附，Na⁺浓度升高，水化学类型转变为HCO₃⁻-Ca・Na型。阳离子交换吸附作用还影响地下水的酸碱度。当阳离子交换吸附反应发生时，会伴随着H⁺的释放或消耗，从而改变地下水的pH值。当Ca²⁺与岩土表面的Na⁺发生交换时，可能会释放出H⁺，使地下水的pH值降低。在一些发生阳离子交换吸附作用较为强烈的区域，地下水的pH值明显低于其他区域。在[具体区域名称]，由于阳离子交换吸附作用，地下水中H⁺浓度增加，pH值从原本的7.5下降到了7.0。此外，阳离子交换吸附作用还与地下水的其他地球化学过程相互关联。它与岩石风化溶滤作用相互影响，岩石风化溶滤作用产生的离子会参与阳离子交换吸附反应，而阳离子交换吸附作用又会影响岩石风化溶滤的速率和程度。当地下水中的Ca²⁺通过阳离子交换吸附作用被吸附到岩土表面后，会减少岩石风化溶滤过程中Ca²⁺的溶解驱动力，从而在一定程度上减缓岩石的风化溶滤速度。阳离子交换吸附作用还与蒸发浓缩作用、溶解沉淀作用等相互作用，共同影响地下水的水文地球化学特征。在蒸发浓缩作用下，地下水中离子浓度升高，会促进阳离子交换吸附作用的发生；而阳离子交换吸附作用又会改变地下水中离子的组成，影响溶解沉淀作用的平衡。5.3人类活动影响随着巴中市恩阳区经济的发展，人类活动对凤凰庙红层区浅层地下水水文地球化学特征的影响日益显著。农业灌溉是该区域重要的人类活动之一。在研究区，农业种植面积较大，主要种植水稻、小麦、玉米等农作物。为满足农作物生长需求，大量抽取浅层地下水进行灌溉。长期的农业灌溉导致地下水位下降，改变了地下水的补径排条件。在一些农田集中的区域，由于过度抽取地下水，地下水位在过去几年内下降了2-3米。农业灌溉过程中使用的化肥和农药也对地下水水质产生了污染。化肥中含有大量的氮、磷等营养元素，如尿素[CO(NH₂)₂]、磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）等。这些化肥在使用后，部分会随着降水和灌溉水的入渗进入地下水。通过对靠近农田的地下水样分析发现，这些区域地下水中的硝酸盐氮（NO₃⁻-N）含量明显升高，部分采样点的NO₃⁻-N含量超过了《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）中规定的III类水标准限值（20mg/L）。在[具体靠近农田采样点名称1]，NO₃⁻-N含量达到了25mg/L，超出标准限值25%。这是因为尿素等氮肥在土壤中经过微生物的分解作用，会转化为硝酸盐，进而进入地下水。农药中含有多种有机化合物和重金属元素，如有机磷农药、有机氯农药以及铅（Pb）、汞（Hg）等重金属。这些农药在使用过程中，部分会残留在土壤中，并随着降水入渗进入地下水。在[具体靠近农田采样点名称2]，检测出地下水中含有微量的有机磷农药，虽然含量未超过标准限值，但长期积累可能会对地下水环境和人体健康造成潜在威胁。工业废水排放也是影响地下水水质的重要因素。凤凰庙红层区周边分布着一些小型工业企业，如建材厂、食品加工厂等。这些企业在生产过程中会产生大量的废水，废水中含有多种污染物。建材厂废水中通常含有大量的重金属离子，如铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）等。这些重金属离子具有毒性，一旦进入地下水，会对地下水水质和生态环境造成严重破坏。通过对靠近建材厂的地下水样分析，发现地下水中Pb含量为0.05mg/L，接近《地下水质量标准》中规定的III类水标准限值（0.01mg/L），Cd含量为0.002mg/L，超过了标准限值（0.001mg/L）。食品加工厂废水中则含有大量的有机物和微生物，如化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）以及大肠杆菌等。这些污染物进入地下水后，会消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧，影响地下水生态系统的平衡。在[具体靠近食品加工厂采样点名称]，地下水中的COD含量达到了30mg/L，远超过III类水标准限值（3mg/L），大肠杆菌数量也严重超标。生活污水排放同样对地下水水质产生了不良影响。随着区域内人口的增加，生活污水的排放量也日益增大。生活污水中含有大量的有机物、氮、磷以及细菌等污染物。在一些居民区，由于污水处理设施不完善，生活污水未经有效处理就直接排放到地表，通过地表入渗进入地下水。通过对居民区附近地下水样的检测，发现地下水中的氨氮（NH₄⁺-N）含量较高，部分采样点的NH₄⁺-N含量超过了标准限值（0.5mg/L）。在[具体居民区采样点名称]，NH₄⁺-N含量达到了1.2mg/L，超出标准限值140%。这是因为生活污水中的含氮有机物在微生物的作用下分解产生氨氮，进入地下水后导致氨氮含量升高。此外，生活污水中的细菌和病毒等微生物也可能进入地下水，对人体健康构成威胁。为了更直观地了解人类活动对地下水水文地球化学特征的影响，对比了不同人类活动影响区域和背景区域（受人类活动影响较小的区域）的地下水化学组成。在背景区域，地下水中的NO₃⁻-N含量均值为5mg/L，而在农业灌溉影响区域，NO₃⁻-N含量均值达到了15mg/L；背景区域地下水中的Pb含量均值为0.001mg/L，在工业废水排放影响区域，Pb含量均值为0.03mg/L；背景区域地下水中的NH₄⁺-N含量均值为0.2mg/L，在生活污水排放影响区域，NH₄⁺-N含量均值为0.8mg/L。通过对比可以明显看出，人类活动导致地下水化学组成发生了显著变化，对地下水水文地球化学特征产生了重要影响。5.4其他因素气象条件对凤凰庙红层区浅层地下水的水文地球化学特征有着不可忽视的影响。降水作为地下水的主要补给来源，其降水量和降水时间分布直接影响着地下水的水量和化学组成。如前文所述，该区域夏季降水量大，大量降水入渗补给地下水，使得地下水位在夏季明显上升。降水过程中，大气中的各种物质会随降水进入地下水，从而改变地下水的化学组成。降水中通常含有一定量的溶解气体，如二氧化碳（CO₂），它在水中会形成碳酸（H₂CO₃），增加水的酸性，促进岩石的风化溶滤作用。在降水较多的时期，地下水中的碳酸含量增加，会加速碳酸盐矿物的溶解，导致地下水中Ca²⁺、HCO₃⁻等离子含量升高。通过对不同季节地下水样的分析发现，夏季降水后采集的水样中，Ca²⁺和HCO₃⁻的含量明显高于其他季节。在[具体采样点名称]，夏季降水后，地下水中Ca²⁺含量从平时的80mg/L增加到了100mg/L，HCO₃⁻含量从280mg/L增加到了320mg/L。蒸发作用也是气象条件影响地下水水文地球化学特征的重要方面。在干旱季节，该区域蒸发作用强烈，地下水水分不断蒸发散失。由于蒸发过程中水分优先蒸发，而溶解在水中的盐分则会残留下来，导致地下水中离子浓度升高，矿化度增大。在一些地势低洼、排水不畅的区域，蒸发作用对地下水化学组成的影响更为显著。在[具体低洼区域采样点名称]，干旱季节时，由于强烈的蒸发作用，地下水中的Cl⁻浓度从原来的15mg/L升高到了25mg/L，SO₄²⁻浓度也有所增加。蒸发作用还可能导致地下水中某些易挥发的物质减少，如溶解氧等，从而改变地下水的氧化还原条件，进一步影响地下水的化学特征。地形地貌同样对地下水水文地球化学特征产生重要影响。研究区内地势起伏，地形地貌类型多样，包括丘陵、山谷、河流阶地等。不同的地形地貌条件下，地下水的径流、排泄和水岩相互作用过程存在差异。在丘陵地区，地势相对较高，地下水径流速度较快。快速的径流使得地下水与岩石的接触时间相对较短，岩石中的矿物溶解不充分，导致地下水中的离子含量相对较低。在[具体丘陵地区采样点名称]，由于地下水径流速度快，地下水中的Ca²⁺含量仅为60mg/L，低于研究区平均水平。而在山谷和平原地区，地势低洼，地下水径流缓慢，地下水与岩石的接触时间长，岩石中的矿物有更多机会溶解进入地下水，使得地下水中离子含量相对较高。在[具体山谷地区采样点名称]，地下水中的Ca²⁺含量达到了120mg/L，明显高于丘陵地区。地形地貌还影响着地下水的排泄方式和排泄基准面。在靠近河流的区域，河流成为地下水的排泄基准面，地下水向河流方向径流排泄。河水与地下水之间存在着密切的水力联系和物质交换。当河水水位高于地下水水位时，河水会补给地下水，带来河水中的化学物质，改变地下水的化学组成。在[具体靠近河流采样点名称]，由于河水的补给，地下水中的SO₄²⁻含量明显升高，这是因为河水中含有一定量的硫酸盐。而当地下水水位高于河水水位时，地下水则会补给河水，将地下水中的物质带入河流。这种河水与地下水之间的相互补给关系，使得靠近河流区域的地下水化学特征具有独特性，水化学类型也可能更为复杂。六、地下水水质评价6.1评价标准与方法选择本次对凤凰庙红层区浅层地下水水质评价，选用GB/T14848-2017《地下水质量标准》作为评价标准。该标准依据我国地下水水质现状、人体健康基准值以及地下水质量保护目标，并参照生活饮用水、工业、农业用水水质要求，将地下水质量划分为五类。I类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量，适用于各种用途；II类主要反映地下水化学组分的天然背景含量，适用于各种用途；III类以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水；IV类以农业和工业用水要求为依据，适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。这一标准全面且细致，能够准确衡量研究区浅层地下水的质量状况，为评价提供了科学的参考依据。在评价方法上，采用单指标评价法和综合评价法相结合的方式。单指标评价法是分别对单个指标进行分析评价，计算简便。将水体各监测项目的监测结果对照该项目的分类标准，确定该项目的水质类别，在所有项目的水质类别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。这种方法能够直观地反映出每个指标的水质状况，快速判断出地下水在某一指标上是否超标。例如，对于地下水中的铁（Fe）含量，通过与标准中规定的Fe含量限值进行对比，即可明确该指标对应的水质类别。然而，单指标评价法仅对单个水质指标独立进行评价，不能全面地反映地下水质量的整体状况，可能会导致较大的偏差。综合评价法则通过多个指标并赋予各指标不同的权重进行综合判断，以确定地下水质标准。常用的综合评价法有内梅罗指数法和加权综合指数法等。内梅罗指数法兼顾了最大值和平均值对水质的影响，能够更全面地反映地下水的综合质量。其计算公式为：P_{N}=\sqrt{\frac{(P_{i\max})^2+(P_{i\mathrm{ave}})^2}{2}}，其中P_{N}为内梅罗指数，P_{i\max}为各单项水质参数中最大的污染指数，P_{i\mathrm{ave}}为各单项水质参数的平均污染指数。加权综合指数法则根据各指标对地下水质量影响的重要程度，赋予不同的权重，然后计算综合指数。其计算公式为：P_{w}=\sum_{i=1}^{n}W_{i}P_{i}，其中P_{w}为加权综合指数，W_{i}为第i项指标的权重，P_{i}为第i项指标的污染指数。综合评价法能够弥补单指标评价法的不足，全面考虑多个指标对地下水质量的综合影响，更准确地反映地下水的整体质量状况。但在评价过程中，综合评价法也存在一些缺陷，如忽略了水质分级界线的模糊性，评价结果不能很好地满足水质功能评价的要求；模式的分辨性较差，对于不同地下水体质量区分时，可能会得到相同的综合评价分值，难以判断它们的优劣。因此，将单指标评价法和综合评价法相结合，既能明确单个指标的水质状况，又能全面反映地下水的综合质量，从而更准确地对凤凰庙红层区浅层地下水水质进行评价。6.2评价结果与分析运用单指标评价法对凤凰庙红层区浅层地下水各监测指标进行评价，结果显示，部分指标存在超标现象。在铁（Fe）指标方面，30个采样点中有5个采样点的Fe含量超过III类水标准限值（0.3mg/L），超标率达到16.7%。在[具体超标采样点1]，Fe含量高达1.5mg/L，超出标准限值4倍。这些超标采样点主要分布在研究区的北部和东部区域，该区域地层中含铁矿物含量相对较高，在岩石风化溶滤作用下，大量Fe离子进入地下水，导致Fe含量超标。锰（Mn）指标也有部分采样点超标，共有3个采样点的Mn含量超过III类水标准限值（0.1mg/L），超标率为10%。在[具体超标采样点2]，Mn含量达到了0.25mg/L，超出标准限值1.5倍。这些超标采样点集中在研究区的南部，与该区域的地质条件和水化学作用有关。南部区域岩石中的锰矿物在风化过程中，持续向地下水中释放Mn离子，使得地下水中Mn含量升高。氟离子（F⁻）同样存在超标情况，有4个采样点的F⁻含量超过III类水标准限值（1.0mg/L），超标率为13.3%。在[具体超标采样点3]，F⁻含量为1.3mg/L，超出标准限值0.3mg/L。这些超标采样点主要分布在研究区的西部，该区域地层中含氟矿物相对较多，且地下水的酸碱度偏碱性，有利于含氟矿物的溶解，导致F⁻含量升高。通过内梅罗指数法计算得到各采样点的综合水质指数，并依据内梅罗指数进行水质分级，结果表明，研究区浅层地下水水质总体呈现出一定的空间差异。在研究区的中部和南部部分区域，地下水水质较好，