图5 TDS随距离变化图
Fig.5 Variation of TDS with distance from the sea
图6 Cl-、Na+、SO42-随距离变化图
Fig.6 Variations of Cl-、Na+ and SO42 with distance from the sea
图7 Ca2+、Mg2+随距离变化图
Fig.7 Variation of Ca2+ and Mg2+ with distance from the sea
图8 Mn2+、Ba2+随距离变化图
Fig.8 Variation of Mn2+ and Ba2+ with distance from the sea
图9 Si2+随距离变化图
Fig.9 Variation of Si2+ with distance from the sea
图10 NH4+随距离变化图
Fig.10 Variation of NH4+ with distance from the sea
图11 NO3-随距离变化图
Fig.11 Variation of NO3- with distance from the sea
3浅层地下水水化学特征成因分析
综上对地下水水化学特征分析可见，距海70km处左右地下水常规组分Cl-、Na+、SO42-等产生突变降低现象，本文重点针对此现象的产生进行成因分析。
地下水化学特征的形成受多种因素控制，除受气候条件、地形地貌、地层岩性等因素影响外，与围岩介质发生的各种物理化学作用以及人类活动密切相关；另外在沿海地区还可能受到海水入侵的影响[4-6]。下面就各影响因素对水化学特征的形成进行讨论。
3.1浅层地下水水化学特征与溶虑作用的关系
从图5-7可见，浅层地下水水化学特征的突变在距海70km左右，结合图2及图3可知，所有采样的浅层地下水井均位于始新世灰岩地层中，从水-岩作用的角度分析，溶滤作用不会导致同一介质含水层内水化学成份的突变。所以溶滤作用不是水化学特征突变的主要原因。
3.2 浅层地下水水化学特征与蒸发浓缩作用的关系
研究区位于干旱半干旱气候区，年平均降雨量小于150mm，年蒸发量在1701-2607mm之间。根据浅层地下水矿化度与水位埋深的关系（图12）可知，地下水位埋深在30m～40m之间时，一部分地下水TDS值在3000 mg/l～4000mg/l之间，另一部介于7000 mg/l～9000mg/l之间。因此，地下水化学成份的变化与地下水位埋藏深度之间并无明显相关性。因此，蒸发浓缩作用不是导致区内地下水化学特征突变的主要因素。 
图12 TDS随水位埋深变化图
Fig.12 Variation of TDS with Depth to water table
3.3 浅层地下水水化学特征与人类活动的关系
本研究区为利比亚主要农业区，对地下水水化学特征影响最大的人类活动为农业灌溉。从图10、11可见，研究区内地下水存在NH4+与NO3-，说明浅层地下水受到农业灌溉施肥的影响，但在整个研究区内NH4+与NO3-含量呈波动变化，无突变现象，因此农业灌溉也不是影响地下水水化学特征的主要因素。
3.4 浅层地下水化学特征与海水入侵的关系
Cl-是海水中最主要的稳定常量元素，故反映海水入侵最为敏感[7]。从图Cl-与TDS、Na+、Ca2+的相关关系图（图13、14）可以看出TDS、Na+、Ca2+与Cl-表明了很强的相关关系，且都随着Cl-离子浓度的突变产生突变，暗示了它们的来源相同，均可能来自海水[8]。
图13 Cl与TDS相关关系图
Fig.13 Correlativity of Cl-TDS
图14 Cl与Na、Ca相关关系图
Fig.14 Correlativity of Na-Ca
不同水体中特征离子不同，Cl-是海水中最稳定常量元素，HCO3-是地下水中主要的稳定常量元素，所以其比值能清楚的反映两种水体的差异，作为判断海水入侵的标志。Na+是海水中首位的阳离子，其含量比淡水要高出2~4个数量级。受海水入侵的地下水及土壤中Na+含量升高，超过一定限度则会导致土壤次生碱化。选用SAR（钠吸附比）为海水入侵判断指标，既可以使我们从咸-淡水中主要阳离子比值角度判断海水侵染程度，又可以从土壤环境化学方面考察海水侵染的影响[9-12]。本文选择rHCO3-/rCl-比值与SAR作为指标来证明海水入侵的存在与范围。
3.4.1 rHCO3-/rCl-比值法
根据室内水质分析结果计算可得，研究区浅层地下水的rHCO3-/rCl-为0.042~0.221之间。从图15可以看出，从海岸线到内陆平原大约70km范围内，浅层地下水rHCO3-/rCl-比值较小，为0.042~0.054；大于70km范围rHCO3-/rCl-比值较高并产生突变现象，比值介于0.131~0.221之间，为距海70km范围以内的2~5倍。因此可以说明，浅层地下水水化学特征突变与海水入侵有关，并且影响范围恰好与水化学突变范围一致。
图15 rHCO3-/rCl-随距离变化图
Fig.15 Variation of rHCO3-/rCl- with distance from the sea
3.4.2 SAR方法
钠吸附比其表达式为：
式中：r——表示毫克当量
经计算研究区内浅层地下水的SAR的范围为5.72~14.20。距海70km以内浅层地下水的SAR均大于10，且在距海70km左右，SAR突变降低（图16），结论与rHCO3-/rCl-比值法一致。
图16 SAR随距离变化图
Fig.16 Variation of SAR with distance from the sea
3.4.3 同位素证据
不同补给来源水体的稳定同位素有明显区别，因此可根据地下水中稳定同位素的组成来识别地下水的补给来源[13-15]。从研究区的δ18O和2H的关系图（图17）中可以看出，上游浅层地下水与中游、下游浅层地下水中稳定同位素含量有明显差别，δ18O在19-20号井之间含量突变增加，由小于-9‰增加到大于-8‰。说明其中、下游地下水接受了不同来源的水量补给。由于本区除降水入渗补给、侧向径流补给以及海水入侵的水量补给外，无其他补给来源，通过综合分析可以推断：本区上游地区主要接受侧向径流补给以及大气降水入渗补给；而下游地区则接受了一定比例的海水补给。
图17 δ18O与D相关关系图
Fig.17 Correlativity of δ18O-D
3.5浅层地下水水化学特征成因分析
根据上述对浅层地下水水化学特征的原因分析，可明显看出：溶滤作用、蒸发浓缩作用以及人类活动均不是本区地下水化学特征形成的控制性因素，本区浅层地下水水化学特征的成因主要受海水入侵的影响。
为进一步确定海水入侵过程中的咸-淡水混合过程，应用PhreeQC软件对研究区浅层地下水做了海水与淡水的简单的混合模型。模型中使用的地中海海水主要离子成分见表1[16]，淡水各主要离子成分取非海水入侵区各井数据的平均值。 2/3 首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页 |
