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【摘 要】 通过对下辽河平原流域内浅层地下水采样，系统分析地下水总硬度，了解其含量和空间分布等特征。研究证实人为污染和过度开采水资源等对下辽河平原浅层地下水总硬度特征带来极大影响，通过本次工作，深入研究为制定地下水资源开发利用与地质环境治理保护方案，为规划城市建设、调整工农业布局，制定社会发展规划提供科学依据。
【关键词】 地下水总硬度；下辽河平原；浅层地下水
水的总硬度是指溶解在水中的钙、镁盐类的含量。浅层地下水总硬度特征研究主要集中在以下两个方面：通过总结浅层地下水中钙、镁元素的迁移、转化和富集规律，总结地下水的化学类型特征，弥补利用岩石和土壤研究风化特征的单一和不足。近年来，随着城市规模和城市化进程的扩大与加快、工业化程度的不断提高，同时导致了地下水硬度的变化成为全球问题，地下水硬度特征研究正受到更多关注。
1 自然地理概况
下辽河平原位于辽宁省中部，地处辽东及辽西山地之间，辽北丘陵的西南部，倾向辽东湾，由辽河等水系冲积而成。地势低平，总体由北向南缓倾，地面总体标高在50m以下，向两侧辽东、辽西丘陵山地过渡地区地形增高。辽河、浑河、太子河、大凌河、小凌河、绕阳河汇集本区注入渤海。平原内，地面坡降较小，分布有大面积沼泽洼地、河滩及牛轭湖等。下辽河平原行政区划涉及沈阳、铁岭、抚顺、辽阳、鞍山、阜新、营口、盘锦和锦州九個地级市，总面积约23470km2。
2 样品采集与分析
本次工作共采集样品686组，采样点主要布置在垂直于主要水系干流以及主要支流。在区域控制的基础上，优先选择重要地下水水源地、国家级、省级地下水监测孔、大泉（泉群）、有系列分析资料的农用井、大型工矿企业自备井、矿山排水、油田供水井、重要污染源附近的监测井等井孔或水点。
3 浅层地下水中总硬度分布特征
下辽河平原地区浅层地下水主要指第四系松散岩类浅层孔隙地下水，其含水层埋深一般不超过60米，多为潜水。区域内钙、镁盐类的含量分布特征受人为因素的强烈影响，故总硬度有着独特的分布规律。按照《地下水质量标准》将下辽河平原浅层地下水可分为五类。
指标 I类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类
总硬度（mg/L） ≤150 ≤300 ≤450 ≤650 >650
Ⅰ类：地下水化学组分含量低，原则上适用于各种用途；Ⅱ类：地下水化学组分含量较低，原则上适用于各种用途；Ⅲ类：以人体健康基准值为依据，适用于生活饮用水、农业用水和大多数工业用水；Ⅳ类：以农业和工业用水质量要求以及人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水；Ⅴ类：不宜作生活饮用水，其他用水可根据使用目的选用。
3.1、浅层地下水中总硬度分布特征
下辽河平原浅层地下水中总硬度含量分布范围较大，不服从正态分布或对数正态分布（见下表）。
测试总
水井数 Ⅰ类 II类 III类 IV类 V类 <450mg/L
井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 所占
比例
686 111 16.18% 189 27.55% 165 24.05% 82 11.95% 139 20.26% 67.78%
总硬度：II类水所占比例27.55%为最大。IV类水所占比例11.95%为最小。根据《生活饮用水卫生标准》小于450mg/L水样品所占比例为67.78%。最大总硬度为4656.85mg/L，最小总硬度为31.72mg/L。下辽河平原平均总硬度为67.78mg/L。最大总硬度是平均总硬度的约68倍。区域浅层地下水水质污染程度相对是较为严重的。
总的宏观特征是：东西部山前倾斜平原区地下水水质综合评价指数均小于2.50，基本上处于天然状态，没有受到污染；平原区的浅层地下水水质已受到不同程度的污染，深层孔隙水也受到一定程度的污染；城镇、居民聚集地饮用水源部分都受到污染，远离城镇的地区，受到污染程度较轻。
4 浅层地下水总硬度形成机理及影响因素
4.1地下水总硬度形成机理
地下水中Ca、Mg等盐类的含量构成水的”硬度”，天然水均含有一定量的盐类，不同自然地理条件相差较大，但从时间上看变化较小，因此，地下水硬度升高一般认为是由污染引起.但地下水中钙镁含量升高一般不是直接来自污水，污水中的硬度一般较低，这是污水下渗过程中和地层组成物质发生地球化学作用所致。
1、碳酸盐溶解
下辽河平原地表多亚粘土、亚砂土和第四系松散粘土。其中碳酸盐较丰富，其中以方解石为主，白云母次之。当受污染的地表水通过包气带向下渗入过程中，CaCO3，CaMg（CO3）2在水与CO2分压作用下溶解，产生钙镁离子进入地下水中，使地下水硬度升高。
2、盐效应
污染区地下水硬度普遍较高，这与水污染有密切关系。特别是河污水的直接渗入，地下水受到污染，增加地下水中离子总量，离子强度显著增大，致使水中离子对的数量增多，从而减少水中游离性离子Ca2+、Mg2+、HCO3-的浓度比例。导致水中碳酸盐矿物饱和度下降。Ca2+、Mg2+从过饱和状态变为中等饱和或不饱和状态，从而促进CaCO3与CaMg（CO3）2的溶解，使更多Ca2+、Mg2+进入水中，引起硬度升高。
3、阳离子交换作用
下辽河平原包气带土壤和第四系沉积物中碳酸盐比较丰富，同时包气带土壤溶滤实验也表明土壤中Ca2+、Mg2+有一定的吸附量。而受污染的地表水中，含有大量Na+、K+等盐类，当污水下渗流经含Ca2+、Mg2+包气带时，就产生阳离子交换作用，使Ca2+、Mg2+进入地下水中，导致地下水硬度上升。 4、氧化还原环境变化促进硬度升高
长期超负荷开采地下水，将使地下水水位持续下降，从而形成地下水降落漏斗。在漏斗区地球化学环境向氧化态转变、从而使矿物溶解度增加，总硬度增大。
4.2影响因素
4.2.1地下水污染控制影响因素
下辽河平原区地下水污染程度不仅受污染源的污染物的排放量、浓度的控制和影响，还与水文地质条件、含水层结构，尤其是包气带的地层岩性、结构有关，总体而论，东西部山前倾斜平原区，尤其是坡洪积區，粘性土分布厚度大，防污染能力强，地下水受到污染的可能性小；平原区，尤其是现代河道与古河道一带，粘性土分布厚度小或缺失，防污染能力弱，地下水受到污染的可能性大；上部地下潜水直接接受降水及河水补给，水质易受到污染，深层承压水不易受到污染。
4.2.2地下水防污染性能
初步评价结果：山前坡洪积扇裙区地下水埋深5m—8.0m，表面岩性为亚砂土、亚粘土，厚度一般小于5m。其地下水防护性能为中等区。
冲洪积扇边缘地下水埋深3—5m，局部大于5m，包气带岩性为亚粘土、亚砂土，虽然亚粘土、亚砂土厚度一般在5—10m，但由于地下水位埋深较浅，使其地下水具微承压性，包气带厚度一般小于5m。地下水防护性能属较脆弱区。
冲积平原地下水为埋深2—3m，包气带岩性为亚砂土、亚粘土。亚砂土、亚粘土厚度多大于10m，同样由于地下水埋深较浅致使包气带厚度多小于5m，地下水防护性能为脆弱区。
4.2.3地下水污染机理
地下水污染机理比较复杂，总体看来，影响地下水污染的因素有两大方面，一是自然因素，二是人为因素。自然因素包括水文地质条件，主要是覆盖层的性质、含水层条件及补给条件。另一个自然因素是时间，时间是影响地下水污染的重要因素，污染物在地层内累积、变化、在含水层内扩散均需要时间，所谓污染规律就是污染状况随时间和空间而变化的规律。人为因素，一是污染源状况，另一是自然环境的人工改造状况，如地下水的开发状况，覆盖层含水层的破坏程度等。下辽河平原区地下水的污染主要受上述两种因素的控制。
5 结论
下辽河平原浅层地下水硬度以城区为中心，西南较高，东北较低。主要受地表水污染和过度开采所致。因此，预防水污染，合理利用地下水资源，对防止地下水硬度生高有重要意义。
参考文献：
[1]刘晓端，徐清，刘浏，等.密云水库沉积物-水界面磷的地球化学作用[J].岩矿测试，2004，23（4）：246-250.
[2]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M].北京：地质出版社，1989：574-575.
【关键词】 地下水总硬度；下辽河平原；浅层地下水
水的总硬度是指溶解在水中的钙、镁盐类的含量。浅层地下水总硬度特征研究主要集中在以下两个方面：通过总结浅层地下水中钙、镁元素的迁移、转化和富集规律，总结地下水的化学类型特征，弥补利用岩石和土壤研究风化特征的单一和不足。近年来，随着城市规模和城市化进程的扩大与加快、工业化程度的不断提高，同时导致了地下水硬度的变化成为全球问题，地下水硬度特征研究正受到更多关注。
1 自然地理概况
下辽河平原位于辽宁省中部，地处辽东及辽西山地之间，辽北丘陵的西南部，倾向辽东湾，由辽河等水系冲积而成。地势低平，总体由北向南缓倾，地面总体标高在50m以下，向两侧辽东、辽西丘陵山地过渡地区地形增高。辽河、浑河、太子河、大凌河、小凌河、绕阳河汇集本区注入渤海。平原内，地面坡降较小，分布有大面积沼泽洼地、河滩及牛轭湖等。下辽河平原行政区划涉及沈阳、铁岭、抚顺、辽阳、鞍山、阜新、营口、盘锦和锦州九個地级市，总面积约23470km2。
2 样品采集与分析
本次工作共采集样品686组，采样点主要布置在垂直于主要水系干流以及主要支流。在区域控制的基础上，优先选择重要地下水水源地、国家级、省级地下水监测孔、大泉（泉群）、有系列分析资料的农用井、大型工矿企业自备井、矿山排水、油田供水井、重要污染源附近的监测井等井孔或水点。
3 浅层地下水中总硬度分布特征
下辽河平原地区浅层地下水主要指第四系松散岩类浅层孔隙地下水，其含水层埋深一般不超过60米，多为潜水。区域内钙、镁盐类的含量分布特征受人为因素的强烈影响，故总硬度有着独特的分布规律。按照《地下水质量标准》将下辽河平原浅层地下水可分为五类。
指标 I类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类
总硬度（mg/L） ≤150 ≤300 ≤450 ≤650 >650
Ⅰ类：地下水化学组分含量低，原则上适用于各种用途；Ⅱ类：地下水化学组分含量较低，原则上适用于各种用途；Ⅲ类：以人体健康基准值为依据，适用于生活饮用水、农业用水和大多数工业用水；Ⅳ类：以农业和工业用水质量要求以及人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水；Ⅴ类：不宜作生活饮用水，其他用水可根据使用目的选用。
3.1、浅层地下水中总硬度分布特征
下辽河平原浅层地下水中总硬度含量分布范围较大，不服从正态分布或对数正态分布（见下表）。
测试总
水井数 Ⅰ类 II类 III类 IV类 V类 <450mg/L
井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 井数 所占
比例 所占
比例
686 111 16.18% 189 27.55% 165 24.05% 82 11.95% 139 20.26% 67.78%
总硬度：II类水所占比例27.55%为最大。IV类水所占比例11.95%为最小。根据《生活饮用水卫生标准》小于450mg/L水样品所占比例为67.78%。最大总硬度为4656.85mg/L，最小总硬度为31.72mg/L。下辽河平原平均总硬度为67.78mg/L。最大总硬度是平均总硬度的约68倍。区域浅层地下水水质污染程度相对是较为严重的。
总的宏观特征是：东西部山前倾斜平原区地下水水质综合评价指数均小于2.50，基本上处于天然状态，没有受到污染；平原区的浅层地下水水质已受到不同程度的污染，深层孔隙水也受到一定程度的污染；城镇、居民聚集地饮用水源部分都受到污染，远离城镇的地区，受到污染程度较轻。
4 浅层地下水总硬度形成机理及影响因素
4.1地下水总硬度形成机理
地下水中Ca、Mg等盐类的含量构成水的”硬度”，天然水均含有一定量的盐类，不同自然地理条件相差较大，但从时间上看变化较小，因此，地下水硬度升高一般认为是由污染引起.但地下水中钙镁含量升高一般不是直接来自污水，污水中的硬度一般较低，这是污水下渗过程中和地层组成物质发生地球化学作用所致。
1、碳酸盐溶解
下辽河平原地表多亚粘土、亚砂土和第四系松散粘土。其中碳酸盐较丰富，其中以方解石为主，白云母次之。当受污染的地表水通过包气带向下渗入过程中，CaCO3，CaMg（CO3）2在水与CO2分压作用下溶解，产生钙镁离子进入地下水中，使地下水硬度升高。
2、盐效应
污染区地下水硬度普遍较高，这与水污染有密切关系。特别是河污水的直接渗入，地下水受到污染，增加地下水中离子总量，离子强度显著增大，致使水中离子对的数量增多，从而减少水中游离性离子Ca2+、Mg2+、HCO3-的浓度比例。导致水中碳酸盐矿物饱和度下降。Ca2+、Mg2+从过饱和状态变为中等饱和或不饱和状态，从而促进CaCO3与CaMg（CO3）2的溶解，使更多Ca2+、Mg2+进入水中，引起硬度升高。
3、阳离子交换作用
下辽河平原包气带土壤和第四系沉积物中碳酸盐比较丰富，同时包气带土壤溶滤实验也表明土壤中Ca2+、Mg2+有一定的吸附量。而受污染的地表水中，含有大量Na+、K+等盐类，当污水下渗流经含Ca2+、Mg2+包气带时，就产生阳离子交换作用，使Ca2+、Mg2+进入地下水中，导致地下水硬度上升。 4、氧化还原环境变化促进硬度升高
长期超负荷开采地下水，将使地下水水位持续下降，从而形成地下水降落漏斗。在漏斗区地球化学环境向氧化态转变、从而使矿物溶解度增加，总硬度增大。
4.2影响因素
4.2.1地下水污染控制影响因素
下辽河平原区地下水污染程度不仅受污染源的污染物的排放量、浓度的控制和影响，还与水文地质条件、含水层结构，尤其是包气带的地层岩性、结构有关，总体而论，东西部山前倾斜平原区，尤其是坡洪积區，粘性土分布厚度大，防污染能力强，地下水受到污染的可能性小；平原区，尤其是现代河道与古河道一带，粘性土分布厚度小或缺失，防污染能力弱，地下水受到污染的可能性大；上部地下潜水直接接受降水及河水补给，水质易受到污染，深层承压水不易受到污染。
4.2.2地下水防污染性能
初步评价结果：山前坡洪积扇裙区地下水埋深5m—8.0m，表面岩性为亚砂土、亚粘土，厚度一般小于5m。其地下水防护性能为中等区。
冲洪积扇边缘地下水埋深3—5m，局部大于5m，包气带岩性为亚粘土、亚砂土，虽然亚粘土、亚砂土厚度一般在5—10m，但由于地下水位埋深较浅，使其地下水具微承压性，包气带厚度一般小于5m。地下水防护性能属较脆弱区。
冲积平原地下水为埋深2—3m，包气带岩性为亚砂土、亚粘土。亚砂土、亚粘土厚度多大于10m，同样由于地下水埋深较浅致使包气带厚度多小于5m，地下水防护性能为脆弱区。
4.2.3地下水污染机理
地下水污染机理比较复杂，总体看来，影响地下水污染的因素有两大方面，一是自然因素，二是人为因素。自然因素包括水文地质条件，主要是覆盖层的性质、含水层条件及补给条件。另一个自然因素是时间，时间是影响地下水污染的重要因素，污染物在地层内累积、变化、在含水层内扩散均需要时间，所谓污染规律就是污染状况随时间和空间而变化的规律。人为因素，一是污染源状况，另一是自然环境的人工改造状况，如地下水的开发状况，覆盖层含水层的破坏程度等。下辽河平原区地下水的污染主要受上述两种因素的控制。
5 结论
下辽河平原浅层地下水硬度以城区为中心，西南较高，东北较低。主要受地表水污染和过度开采所致。因此，预防水污染，合理利用地下水资源，对防止地下水硬度生高有重要意义。
参考文献：
[1]刘晓端，徐清，刘浏，等.密云水库沉积物-水界面磷的地球化学作用[J].岩矿测试，2004，23（4）：246-250.
[2]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M].北京：地质出版社，1989：574-575.