烟台市某化工集聚区浅层地下水化学特征分析

doi:10.11720/wtyht.2024.1372

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为研究烟台市某化工集聚区浅层地下水化学特征,在集聚区及周边采集12组地下水、1组地表水样品进行测试,综合运用数理统计、Piper三线图、相关性分析、地下水Gibbs图、离子比值法和主成分分析法进行地下水化学特征分析,并探讨此化工集聚区生产活动对地下水环境的影响。结果表明:研究区浅层地下水呈中性—弱碱性,水化学类型主要为SO₄—Ca·Na型,其次为SO₄·HCO₃—Ca·Mg型、HCO₃·SO₄—Ca·Na型、SO₄·HCO₃·Cl—Ca·Na型、SO₄·Cl—Ca型、SO₄·HCO₃—Ca、SO₄—Na型;浅层地下水化学成分主要来源于蒸发岩和硅酸盐溶解的共同作用;化工企业对地下水污染影响显著,越靠近污染源,离子浓度越高,对地下水污染程度越严重。沿地下水流向,上游污染物质易在下游迁移汇集,加重下游地下水污染。

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关键词 ：浅层地下水, 水化学特征, 化工集聚区, 相关性

Abstract：

To investigate thehydrochemical characteristics of shallow groundwater in a chemical industrial agglomeration area in Yantai City, this study collected 12 sets of groundwater samples and one set of surface water samples from the study area and its surrounding areas. It analyzed the hydrochemical characteristics ofgroundwater by integrating various methods like mathematical statistics, Piper and Gibbsdiagrams, correlation analysis,the ion ratio method, and principal component analysis. Moreover, it explored the impacts of production activities in thestudy area on the groundwater environment. The results show that:(1) The shallow groundwater in the study area was neutral to slightly alkaline, with the primary hydrochemical type being the SO₄-Ca·Na type, followed by the SO₄·HCO₃-Ca·Mg, HCO₃·SO₄-Ca·Na, SO₄·HCO₃·Cl-Ca·Na, SO₄·Cl-Ca, SO₄·HCO₃-Ca, and SO₄-Na types;(2) The chemical composition of shallow groundwater originated principally from the combined effects of evaporite and silicate dissolution; (3) Chemical enterprises contributed significantly to groundwater contamination. A nearercontamination source is associated with higher ion concentrations,suggesting more severe groundwater contamination. Along the groundwater flow direction, contaminants in upper reaches are prone to migrate and accumulate toward lower reaches,aggravating groundwater contamination in lower reaches.

Key words： shallow groundwater hydrochemical characteristics chemical industry agglomeration area correlation

收稿日期: 2023-08-28 修回日期: 2024-02-28 出版日期: 2024-08-20

ZTFLH:

P641

基金资助:山东省生态环境厅2020年地下水环境状况调查评估项目(鲁环函[2020]259号);烟台市生态环境局2021年烟台市地下水环境状况调查评估项目(SDGP370600202102000248)

通讯作者: 张杰(1983-),男,汉族,正高级工程师,2005年毕业于石家庄经济学院,主要从事水工环地质、海洋地质研究工作。Email:kcyzhangjie@126.com

作者简介: 扈胜涛(1989-),男,汉族,工程师,2013年毕业于石家庄经济学院,主要从事水文地质、工程地质、环境地质研究工作。Email:785885934@qq.com

引用本文:

扈胜涛, 张祥恒, 韩明智, 汤世凯, 于林弘, 李金鹏, 张杰, 赵国鹏, 白莹. 烟台市某化工集聚区浅层地下水化学特征分析[J]. 物探与化探, 2024, 48(4): 1157-1164.
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链接本文:

https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.1372 或 https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I4/1157

Fig.1 研究区地下水样品采集分布

主要指标		K⁺	Ca²⁺	Na⁺	Mg²⁺	$H C O 3 -$	$S O 4 2 -$	Cl^-	TDS	pH
上游区		3.03	88.94	59.79	17.01	144.00	175.72	81.97	604.80	8.58
内部区	平均值	2.58	332.58	190.09	71.99	243.50	1044.19	253.31	2084.17	7.72
内部区	变异系数	0.78	0.68	0.74	0.77	0.22	0.85	0.66	0.67	0.07
下游区	平均值	5.94	301.89	124.88	78.55	194.80	1140.96	109.99	1908.84	7.54
下游区	变异系数	0.50	0.63	0.33	0.76	0.22	0.81	0.28	0.61	0.02
总	平均值	4.01	299.49	152.06	70.14	214.92	1012.14	179.32	1887.83	7.72
总	变异系数	0.90	0.69	0.74	0.81	0.26	0.89	0.79	0.68	0.07

Table 1 地下水主要指标分析统计

Fig.2 地下水水化学Piper三线图

Fig.3 研究区浅层地下水阴离子类型分布

指标	K⁺	Ca²⁺	Na⁺	Mg²⁺	$H C O 3 -$	$S O 4 2 -$	Cl^-	pH	TDS
K⁺	1	0.280	0.135	0.540	-0.337	0.486	-0.302	-0.057	0.367
Ca²⁺		1	0.793^**	0.797^**	-0.537	0.917^**	0.618^*	-0.269	0.969^**
Na⁺			1	0.816^**	-0.206	0.834^**	0.555	-0.554	0.883^**
Mg²⁺				1	-0.348	0.956^**	0.175	-0.500	0.911^**
$H C O 3 -$					1	-0.494	-0.151	-0.301	-0.474
$S O 4 2 -$						1	0.313	-0.427	0.974^**
Cl^-							1	-0.008	0.515
pH								1	-0.390
TDS									1

Table 2 浅层地下水主要离子之间的相关系数

Fig.4 研究区浅层地下水Gibbs图

Fig.5 研究区浅层地下水离子比值

Fig.6 研究区采样点位离子浓度曲线

Table 3 特征值和主成分贡献率及累积贡献率

指标	起始值	提取值
K⁺	1.000	0.888
Ca²⁺	1.000	0.960
Na⁺	1.000	0.915
Mg²⁺	1.000	0.942
$H C O 3 -$	1.000	0.817
$S O 4 2 -$	1.000	0.994
Cl^-	1.000	0.980
$N O 3 -$	1.000	0.811
pH	1.000	0.861
总硬度	1.000	0.986
总固体	1.000	0.997
COD_Mn	1.000	0.973

Table 4 变量共同度

指标	主成分1	主成分2	主成分3	主成分4
K⁺	0.066	-0.166	-0.418	0.382
Ca²⁺	0.149	0.109	0.014	0.016
Na⁺	0.140	-0.027	0.214	-0.058
Mg²⁺	0.146	-0.096	-0.092	-0.142
$H C O 3 -$	-0.073	-0.211	0.398	0.029
$S O 4 2 -$	0.154	-0.038	-0.087	-0.082
Cl^-	0.074	0.283	0.363	0.226
$N O 3 -$	-0.009	0.408	0.037	0.108
pH	-0.069	0.279	-0.273	0.333
总硬度	0.155	0.047	-0.020	-0.035
总固体	0.156	0.036	0.007	-0.034
COD_Mn	0.043	-0.187	0.182	0.795

Table 5 主成分得分系数

Table 6 研究区各样点地下水水质的主成分综合得分及排序

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