晋江市地下水矿化度分布及与离子间关系
第32卷第2期2014年4月泉州师范学院学报
JournalofQuanzhouNormalUniversity
Vol.32No.2
Ar.2014p
晋江市地下水矿化度分布及与离子间关系
黄耀裔1,王天宝2,杨琳绗1
()泉州师范学院资源与环境科学学院,福建泉州 3泉州市排水管理中心,福建泉州 31.62000;2.62000摘 要:通过测试晋江市地下水矿化度、阳离子含量,利用地统计中克吕格法对矿化度H值及大组分阴、p插值得出其空间分布特征,并通过DH值之间urov水化学图分析晋江市地下水的水化学特征及与矿化度和p
--++
按照C的关系.A卡列夫地下水化学类型划分标准确定该地区地下水类型主要以ClOa獉HC獉3—K+N2+--2-
、型为主.对矿化度与大组分阴、阳离子做相关及偏相关,分析与阴离子(在αCaClHCOSO=0.05下存3、4)-
在相关,与HC影响分析结果表明,晋江时候地下水过度开采导致海水入侵、岩体O3离子呈现出极显著相关.
溶滤是造成晋江市部分地区矿化度升高的主要原因之一.
关键词:地下水;矿化度;克吕格插值;偏相关中图分类号:X523 文献标识码:A
()文章编号:10098224201402004005---
浅层地下水作为淡水资源的重要组成部分,对生态环境具有维持功能,同时也是日常生活和工农业生产的重要水来源之一,浅层地下水的补给来源主要来自地表水和大气降水,易受气候、地形、土壤等因
1]
,矿化度(又称水的总矿化度或溶解性固体含量)作为地下水无机污染物的一个重要素的影响[.TDS,2]
,指标,通常指溶解于地下水中物质的总量,主要包含地下水中大组分阳离子和阴离子的含量[因此,了
影响矿化度含量的主要原因有:地区降雨量偏解其矿化度含量及其与水化学环境之间的关系尤为必要.
3]4]
;;少且蒸发量偏大,蒸发浓缩强烈,导致地层中的盐分增高[地下水环境补给、径流、排泄差[海水入5]
等使得浅层地下水矿化度较高或该地区自身本底值较高也是造成矿化度偏高的原因.当浅层地下侵[
水中矿化度含量过高可能影响河流含盐量,当水位抬升时会造成土壤盐碱化,导致部分不耐盐碱类树种
6]
;生长,农作物减产等[同时还可影响到地区工业生产,增加了降低水中盐分生产成本,影响地区的经济
发展.论文通过测试晋江市浅层地下水中矿化度以及相关阴、阳离子、利用GIS结合地H值指标含量,p统计分析其空间分布特征,进一步采用统计数学的相关及偏相关分析其矿化度和水化学的大组分阴、阳并对其含量影响因素进行分析探讨,可为晋江市今后合理开发利用离子等特征及与矿化度的相互关系,以及保护地下水资源提供参考.
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
——晋江流域的下游.晋江市位于福建省泉州市东南侧,福建第三大流域—四周与石狮市、南安市、鲤城区、丰泽区、台湾海峡毗邻,海岸线自北而南有泉州湾、深沪湾、围头澳和安海湾.地势由西北-东南递减,呈梯级分布;地貌以丘陵、台地、平原为主;地质属闽东滨海加里东隆起带.气候属南亚热带湿润气候年均气温2年均日照2年均降雨量9区,0~21℃,1月均温11.9℃,7月均温28.2℃,130h,11~1231 境内地下水主要为松散岩类空隙水、风化带空隙裂缝水和基岩裂缝水三大类型.地下水变化与大气mm.
降水、地形地貌、岩性特征等诸因素密切相关.1.2 采样及测试
采样监测点以能够基本了解和覆盖研究区的地下水特征为原则,水样采集严格按地下水相关规范
收稿日期:20140111--
,作者简介:黄耀裔(男,实验师,福建晋江人,从事环境信息系统与评价相关研究.1983-));)基金项目:福建省教育厅科技项目(泉州科技局项目(JA122812011Z22,2012Z117
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,操作,同时结合G投影方式采用WG水样监测点空间PS记录水样监测点的地理坐标(S84-UTM投影)
()分布如图1所示.检验方法按国家标准《生活饮用水标准检验方法》执行.其中化学分析、双份GB5750
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/;分析的相对误差满足以下要求:含量范围X≤3.若含量范围08mL时,RD值Y=C×12.5×X-0.g600
/;如果水样为清液,直接取样测试,样品无需处理.测试X>3.08mL时,RD值Y=C×20.0×X-0.g
质量监控抽取1以确保分析的精密度.0%样品进行检查,
图1 晋江市地下水采样分布图 图2 地下水矿化度克吕格插值图Fi.1 Groundwatersamlindistributioni.2 Totaldissolovedsolid F gpgg
roundinthecitofJinianfwaterKriinvalue o gyjggg
2 矿化度含量及空间分布特征
/《根据G地下水环境质量标准》中矿化度指标的标准分级,采集测试的所有水样中处BT14848-93 ///于Ⅰ类水平(有2处于Ⅱ类水平(的有200mL)6个水样监测点,300mL<Ⅱ类≤500mL)2个≤3ggg
//处于Ⅲ类水平(的有9个水样监测点,处于Ⅳ类水平水样监测点,500mL<Ⅲ类≤1000mL) gg(///,的有2个水样监测点,无处于V类水平(矿化度1000mL<Ⅳ类≤2000mL)V类>2000mL) ggg
含量处于Ⅰ类、0%以上.Ⅱ类标准水平达到8
)据S阳离子以及p表1H值(PSS软件进行描述性统计分析矿化度及其大组分阴离子、.
)表1 矿化度及大组分离子统计特征值(n=60
()Tab.1 Totaldissolovedsolidandthecomonentcharacteristicsofionstatisticsn=60 p
指标TDS
+
Na+K+2+Ca2+Mg-HCO32-SO4-Cl
-1-1-1
(((最大值/mmm獉L)最小值/獉L)平均值/獉L)ggg
标准差273.61 71.25 26.81 8.21 74.04 40.83 102.34
变异系数/%
75.24 98.48 77.47 83.56 78.09 123.52 107.19
1729.00
435.00 141.00 44.65 286.00 256.00 651.00
6.50 9.22 4.09 0.00 3.11 1.00 9.67
362.44 72.41 34.44 9.85 94.01 33.13 95.43
境内地下水的p基本上呈现出中性或者偏酸性,这与05~7.06之间,H值范围介于4. 由表中可知,
南方为酸性土壤有一定的关系,通常在酸性条件下容易使土壤或者岩性矿物元素浸提溶出形成离子状//态.矿化度含量的范围为6.含量变化跨度较大,平均含量3整体属于50~1792.00mL,62.44mL, gg
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,低矿化度水.而其变异系数为7小于1说明它在浅层地下水中的含量相对比较稳定.5.24%(00%)
+2+2+
///大组分阴、阳离子平均含量:为3Na+K+为72.41mL;Ca4.44mL;M85mL;ggg为9.g-2--+
///为9其中阳离子含量大小:HCO4.01mL;SO3.13mL;Cl5.43mL.Na+K+>ggg3为94为32+2++2+--2--
以N为主;而大组分阴离子含量大小:以HCCaa+K+和CaClOOO>M>HCg,3>S4,3和-
为主.根据描述性统计分析,大组分阴、阳离子随着矿化度的增减而随之增减,绝大部分离子浓度的Cl
变异系数较小,说明这些因子在浅层地下水中的绝对含量相对较稳定.
由于浅层地下水是处于连续流动状态,单从离散点难于反映区域整体分布特征,而地统计学作为空)间统计学的一个重要部分,弥补了经典统计学忽略空间视角.克吕格插值(作为空间插值方法的Kriingg一种,可在有限区域内对区域化变量进行最优估计和拟合的一种方法.该法可对离散的样品数据在空间
[]
根据A上连续的观察其空间分布特征.rcGIS软件的地统计分析模块7生成克吕格插值规则晋江市浅层
)地下水矿化度的空间分布特征图(图2据图发现,矿化度含量最高的地区主要分布在安海镇-东石镇.这些区域的矿化度含量大于-英林镇-金井镇-深沪镇沿着围头湾靠海一侧至台湾海峡地带,
//属于微咸水.从沿海往内陆,矿化度逐渐减少,小于1属于淡水,分布于境内大部1000mL,000mL, gg分区域.
3 矿化度与水化学特征分析
3.1 水化学类型
对于揭示水文地球化学成分和规律起着重要的作
[]
用,演变Durov8在Pier三线图的基础上进行修改,p
通过R出的一种新的Durov图.ockWareA.QA软件 q绘制的水化学Durov图可直观反映研究区地下水的水化学特征以及与矿化度和p由DH值之间的关系.urov
+图(图3)可知,研究区浅层地下水中K++N占阳离a2+-子总量的4占2占阴离0%~90%,Ca0%~60%;Cl
-2-
子总量的20%~90%,HCO0%~90%;SO3占24占
/矿化度主要处于5由此可20%~40%,00mL左右.g+-
、、见,晋江市浅层地下水中主要富含K++NaCl
2+-
、CaHCO3离子.
-
图3 晋江地区地下水水化学Durov图
据Durov图划分晋江市地下水类型有Cl獉Fi.3JinianarearoundwaterchemistrDurovdiaram gjggyg -+2+-++2+
型、型、HCOK++NaaClaa獉C-K+N獉C3-
-+--+-++2+-
型、型和C型,水化学类型整体较为复杂,但主要以CClaHCOClalaal-N-N-K+N獉C獉3-
-+2+9]
型为主,这与曹阳等[的研究相一致.从水文地质学角度看,由于晋江地区的地HCOK++Naa獉C3--+2+
下岩性以火成岩、变质岩、花岗岩为主,而这些岩体是以HC型为主,此外该地区毗OK++Naa獉C3-
-+、邻台湾海峡,并且临海广泛分布乐组的海积层,含有与海水成分相同的C离子.分析结果得出该lNa--+2+
地区的地下水类型都是以C型为主.lOK++Naa獉HC獉C3-
阳离子间相关性分析3.2 矿化度与大组分阴、
--2-+2+2+、、地下水中的矿化度与大量组分离子ClHCOSONa+K+、CaMg等地下水化学成分3、4、
10]
在各种水化学作用下共同影响的结果,通常会形成差异性较大的水化学成分特征[矿化度与水化学特.
征及其他相关指标关系,是反映地下水成因的重要指标之一.通常研究变量之间的关系,采用相关分析
11]
,计算相关系数反映变量之间的线性相关程度,但是简单的高度相关并不意味着结果也存在相关[地下
,水中阳离子和阴离子间并不是单独存在着的,甚至会造成显著相关的假象(表2)通过简单的相关分析
--2-+2+2+
、、矿化度与阴离子(和阳离子(在α=0.发现,ClHCOSONa+K+、CaM05下均存在着高g)3、4)
度的显著性相关.
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表2 矿化度与阴阳离子相关分析及偏相关分析
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,artialTab.2 Totaldissolovedsolidandanioncationcorrelationanalsisandcorrelationanalsis pyy因变量Y
影响因子X
+
Na+K+2+Ca
)相关分析(显著水平α()0.9130.000()0.7750.000()0.7420.000()0.5250.000()0.8990.000()0.8900.000
)相关分析(显著水平α
()-0.0290.832 ()0.0790.566 ()-0.1620.236 ()0.3100.021 ()0.4560.000 ()0.3950.003
矿化度TDS
2+Mg-Cl-HCO32-SO4
12]
并已成功应用于有关研究中[偏相关在计算时考虑了多. 偏相关系数较能反映事物间的本质联系,
个自变量间彼此之间可能会产生影响,控制可能会产生影响的自变量因子,再得到两个特定变量间的净
相关关系,不受自变量样本波动性的影响.故引入数理统计的偏相关分析,通过控制和固定引起影响的变量,分析矿化度与任一阴离子或阳离子间的相关性,可真实反映矿化度和其他离子间的相关关系.运
[3]
,用S分析结果见表2.由表中可知,在给定显著水平PSS软件对地下水数据进行偏相关性分析1--2---2-
、、矿化度与阴离子(存在着相关,说明阴离子(对境内浅层=0.05,ClHCOSOClHCOSOα3、4)3、4)-2---
地下水的矿化度关系密切,密切程度依次为HC其中,矿化度与HCOOl.O3>S4>C3的关系呈现极显著相关,说明在以花岗岩、火成岩等为主的地质环境下(主要成分为偏铝硅酸盐)以及偏酸性的土壤环-境下易使HC由于检测的境内地下水的p根据O.阿列金的碳OH值处于中性和弱酸性范围,A.3溶出,[4]
,在这一p酸衍生物各种存在形式间的比例与水中pH值的关系以及水体碳酸形态分布图1H值范围-
下的碳酸衍生物主要以HC表明境内地下水在火成岩、花岗岩地质条件下,其低矿化O3离子形式存在,-
地下水由于地下的岩石和土壤胶体主要成分为S度水平下HCOiOAl2、2O3和其他带3离子占主导地位.
负电的胶粒组成,容易吸附地下水中带正电荷的阳离子,使其阴离子含量多于阳离子,进一步也可印证15]+2+2+
、了高仁先[提出利用阴离子计算矿化度含量的原因.而阳离子(则与矿化度在αNa+K+、CaMg)
说明采用偏相关分析较一般相关分析性在分析晋江地区地下水水化学矿化度=0.05下不具显著相关.
与阴、阳离子之间密切程度方面较相关分析更为适合.
4 矿化度影响因素分析
较潮湿湿润,降雨充沛,大气降水降落到地表后通过间接入渗进 由于晋江气候属于东南季风气候,入浅层地下水,对矿化度起到一定的淡化稀释作用.此外降水充沛,地表水系发达,使得蒸发浓缩作用对该区矿化度浓度升高作用不明显.地下水在渗透过程中可溶解并带走土层或岩层中某些离子组分,是地下水化学成分形成的主要原因之一.岩石中高溶解度的盐分已大量溶滤淋失,剩下主要是低溶解度的盐分,故地下水的矿化度通常不高,说明溶滤作用对矿化度含量的影响作用较小.
另外,晋江毗邻台湾海峡,主要靠近海湾或者沿海岸,地下水易受海水成分的混合作用,而海水中含
+-2-
、有大量的N和C结合其地理位置以及地形地貌、水文地质,主要被第四系的长乐组的海积层alSO4.
m
(),呈灰色、深灰色、灰黑色的淤泥,粘土、砂土、砂砾石、卵石等组成所覆盖,而海积层的土隙裂水中Qhc
伴随有海水成分,且土质比较松散.由于人为因素使得海岸带过量抽取含水层中地下淡水,引起第四系
形成的埋藏于海相沉积物中的咸卤水(沉积古海水)体向内陆推进.晋江地区海水入侵主要发生在沿海地区松散岩类分布区,因此容易在渗透压的作用下被海水入侵,推断地下水过渡开采导致海水入侵是造可影响到地下水水质及地下水的利用.成该地区矿化度升高的最主要原因之一,
5 结语
可以有效表征离散的点状数据向面状连续数据转换,将采样的 通过地统计的普通克吕格插值分析,
离散的晋江地区地下水矿化度数据转换成连续的空间分布,确定矿化度空间分布规律.通过地下水化学成分D并按照urov图分析晋江地区浅层地下水的主要水化学大组分离子与矿化度、H值之间的关系,p
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--CA卡列夫地下水化学类型划分标准确定出晋江境内浅层地下水水化学类型均以ClOK++獉HC3-+2+--2-
、型为主.偏相关分析结果表明,晋江地区境内的矿化度与阴离子(存在着aClHCOSONa獉C3、4)
-
特别是与HC表明境内地下水在火成岩、花岗岩地质环境条不同程度相关,O3离子存在着极显著相关,-
件下,其低矿化度水平下HC推断境内矿化度受外界环境条件影响较大,影响其含O3离子占主导地位.量高低原因与海水入侵、岩体溶滤、地表蒸发、地形等有关,其中海水入侵是造成这些区域矿化度升高的
岩体溶滤次之.最主要原因之一,参考文献:
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(责任编辑 韦平)
TotalDissolovedSolidConcentrationanditsInfluencinFactors g
AnalsisofGroundwaterintheShallowAuiferinJinian yqjg
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,)2.DrainaeManaementCenteofQuanzhouFuian362000,China ggj
:,AbstractThrouhtestandanalsisconcentrationabouttotaldissolovedsolidanionsandcationsofH, gyp
,roundwaterinJiniantheuseofkrininvaluemethodineostatisticsanalsissatialdistributionof - gjgggyp
,totaldissolovedsolidofsatialdistributiontheoverexloitationofroundwaterandseawaterintru - -ppg
sionareoneofthemostmainreasontotaldissolovedsolidconcentrationincreaseinsomeareasofJin -
Durovdiaramanalsiswaterchemistrandtotaldissolovedsolidoraswellastheian.throuhH gyyjggp
roundwaterroundwaterdistributionofvaluesofinJinian.Followthechemistrtesoftodeter -ggjgyyp
+--+2+
,minethisaresmaintesisCl獉HCOK+Na獉Ca.Thetotaldissolovedsolidandanioniccat -yp3-
--2-
,(ioniccorrelationandcorrelationanalsisthereiscorrelationanionincludedCl,HCOSOartial yp3,4)
-
beininα=0.05,eseciallshowinahihlsinificantcorrelationwithHCOon.Theanalsisre -gpyggygy3i
,sultsshowthateffectleadstoseawaterintrusionrockdissolutionisoneofthemaincausesofminerali -
,zationinsomeareasofJinianCitincreaseitsexcessiveexloitationofroundwater. jgypg
:;;;KewordsroundwatertotaldissolovedsolidKriinvalueartialcorrelation gggpy