本文摘要：提要：为查明长春新区地下水特征及演化，支撑东北老工业基地建设，本文在调查取样的基础上，充分利用前人成果资料，应用SPSS分析软件、地下水污染分析软件等工具，通过对长春新区的地质条件、水化学参数空间分布特征、地下水化学类型、地下水化学成因分析，
提要：为查明长春新区地下水特征及演化，支撑东北老工业基地建设，本文在调查取样的基础上，充分利用前人成果资料，应用SPSS分析软件、地下水污染分析软件等工具，通过对长春新区的地质条件、水化学参数空间分布特征、地下水化学类型、地下水化学成因分析，得出长春新区地下水的硬度较高且矿化度较大,HCO3-在地下水的离子中占据主导,Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水中的绝对质量浓度较高;PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-的质量浓度相对稳定;地下水离子以HCO3-和Ca2+为主;Na+和K+同时来自岩盐和硅酸岩的溶解;Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐的溶解。区内地下水质量可分为四级，其中Ⅴ类水未评出。总体来看，Ⅰ类水占7.50%，Ⅱ类水占32.10%，Ⅲ类水占20.80%，Ⅳ类水占39.60%。较好以上地下水占60.4%，水质总体情况较好，这对保障该区人们健康生活提供了良好的基础。
关键词：地下水;水化学;水质特征;生态健康;水文地质调查工程;长春新区;吉林
1引言
长春新区是2016年国务院在长东北经济区的基础上批准的国家级新区，包括朝阳区的双德乡，宽城区的奋进乡，二道区的龙嘉镇，九台区的西营城街道，规划控制面积499平方公里。建设好长春新区作为推进“一带一路”建设、加快新一轮东北地区等老工业基地振兴的重要举措，为促进吉林省经济发展和东北地区全面振兴发挥重要支撑作用。
水是生命的源泉、农业的命脉、工业的血液、城市的灵魂,是人类和一切生物生存不可缺少的物质基础。而长春又是严重缺水的城市，研究长春新区地下水水质特征对未来新区发展、生态保护意义重大。地下水化学特征及形成作用是水文地质学科的重要研究内容，开展相关研究对区域地下水资源的利用和管理及生态环境的建设与保护都具有十分重要的意义(钱会和马致远,2005;沈照理等,1993)。地下水化学特征由物源的沉积环境及沉积组合特征决定，并受自然和人为因素交互影响(章光新等,2006;谢振华等，2010;李旭光等，2019;安乐生等，2012)。
当前，国内外学者主要采用数理统计(张涛等，2018;孙立梅和刘晓洁，2005;王水献等，2007;邢立亭等，2015;陈倩等,2012)、Piper三线图、舒卡列夫分类法、相关性分析等技术方法对地下水水质量、水化学特征进行研究(孙斌和邢立亭，2010;张伟敬等,2010;袁建飞等,2016;孙岐发等,2017;孙岐发等,2019)。地下水在运移过程中，与介质发生多种多样的物理化学作用，其中包括溶解/沉淀、酸碱平衡、吸附/解吸及氧化还原作用等(冯亿年等，2015;杨炳超等,2016;章光新等,2006;姜凌，2009;孙厚云等,2018;杨磊等,2015)。
依据地质、水文地质条件的不同，这些作用往往控制着一个地区地下水的化学成分，利用离子比例系数法认识地下水的形成及演化。依据我国地下水质量状况和人体健康风险,参照生活饮用水、工业、农业等用水质量要求，高彦伟等，2008;王意惟和王宇昕，2009;任光等，2015;尹华等，2009在长春地区作过地下水质评价以及后备水源地评价，但针对长春新区地下水还没有人专门进行过研究。
2研究区概况
长春新区分布在长春市外围的西南和东北两面，地理坐标：东经125°12′-125°53′;北纬43°40′-44°11′，地势东南高，西北低。按成因类型、形态特征，分为构造剥蚀、剥蚀堆积、堆积三个成因类型和大黑山丘陵、黄土波状台地、一级阶地及漫滩三个形态单元。其中黄土波状台地分布最广，其次为一级阶地及漫滩。
属于北温带大陆性季风气候，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季凉爽早霜，冬季寒冷漫长。全区降水多年平均为576.7mm，降水主要集中在6-9月份，占全年降水的60-80%，蒸发量全区1741mm，是降水的3倍。较大的水系为雾开河、饮马河与伊通河。石头口门水库位于研究区东北部，库区有一小部分位于研究区内。石头口门水库位于饮马河中游，集水面积4944km2，库容量为7.02亿m3。研究区主要地层有侏罗系、白垩系和第四系。地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水三种类型，地下水富水性差别大。
3研究方法
3.1地下水水样采集与测试方法
地下水采样点分布于长春新区,采样时间为2016年7月,采样点控制面积为499km2,共采集地下水水样48组(其中平行样1组),水样严格按《地下水环境监测技术规范(H/164-2004》进行采集、保存和送样。水样测试由国土资源部东北矿产资源监督检测中心测试完成。利用全谱直读等离子体光谱法(ICP-OES)测定Na+、K+、Ca2+、Mg2+，用离子色谱法(IC)测定Cl-、SO42-，用紫外分光光度法(UV)测定H2SiO3，用重量法(GR)测定溶解性总固体(totaldissolvedsolid,简写TDS)，容量法(VOL)测定HCO3-，K+检测下限为0.05mg·L-1，Na+检测下限为0.01mg·L-1，Ca2+、Mg2+检测下限为1.0mg·L-1，SO42-检测下限为5.0mg·L-1，NO3的检测下限为0.2mg·L-1。采用阴阳离子平衡检验方法对水样数据进行可靠性检验,取阴阳离子平衡的相对误差E的绝对值小于5%为可靠数据，经检验，所有数据均为可靠数据。
3.2数据分析方法
本次利用数学统计方法应用SPSS19软件，构建地下水中主要离子间相关系数矩阵，分析地下水中主要离子特征;应用地下水分析软件，绘制地下水Piper三线图，同时，根据舒卡列夫分类法分析确定地下水水化学类型;利用离子系数比方法进行地下水水化学成因分析。依据我国地下水质量状况和人体健康风险,参照生活饮用水、工业、农业等用水质量要求,依据各组分含量高低(pH除外),分为五类。I类;地下水化学组分含量低,适用于各种用途;Ⅱ类:地下水化学组分含量较低,适用于各种用途;Ⅲ类:地下水化学组分含量中等,以GB5749-2006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:地下水化学组分含量较高,以农业和工业用水质量要求以及一定水平的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:地下水化学组分含量高,不宜作为生活饮用水水源,其他用水可根据使用目的选用。
4结果
由于整个东北地区地下水的典型特征是铁、锰普遍超标，所以本次评价没有将铁、锰计算在内。区内地下水质量可分为四级，其中Ⅴ类水未评出。总体来看，Ⅰ类水占7.50%，Ⅱ类水占32.10%，Ⅲ类水占20.80%，Ⅳ类水占39.60%。较好以上地下水占60.4%，总体情况较好。从评价结果看NO3-是影响长春新区地下水质量的主要因素，同农业生产普遍大量使用硝酸盐化肥有关，需要引起足够重视，科学施肥，保护生态环境，关爱身体健康。
5讨论
5.1主要化学指标统计分析
为了解该地区的地下水水化学特征,对长春新区浅层地下水水样CaCO3、TDS、PH、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SO42-、Fe、H2SiO3、Sr、Cl-、NO2-、HCO3-检测结果用SPSS19软件进行数理统计分析,得到水化学组分统计特征值。反映长春新区或调查时间段内地下水水化学成分的概略面貌。可以看出,TDS(溶解性总固体简称)、总硬度较高,说明地下水的硬度较高且矿化度较大,在离子组分方面,HCO3-质量浓度的平均值最大,Ca2+、Cl-、SO42-、Na+次之,表明其在地下水的离子中占据主导,又因Ca2+、Cl-、SO42-、Na+的平均值较大,说明其在地下水中的绝对质量浓度较高。
可以看出研究区浅层地下水的PH值为5.87-8.6之间，平均值为7.03，中性。变异系数是变量变幅和稳定性的特征,变量变幅越小,稳定性越强,变异系数就越小,反之亦然。较大的变异系数说明地下水化学组分形成及演化的影响因素复杂。PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-变异系数较小,反映其在该地区的地下水中的质量浓度相对稳定,HCO3-不仅质量浓度较高,且稳定;而NO2-、Fe、K+、SO42-的变异系数较大,说明其在不同区域质量浓度值相差较高,易受水文气象条件、地形地貌,含水层介质和人类话动等因素的影响。
5.2地下水中重要参数的相关性分析
利用各离子含量之间的相关性分析，可以推测出地下水中各离子之间是否为相同来源(田辉等，2017;刘裕等，2019;霍吉祥等，2018;钱程和武雄，2016)。采用SPSS19软件对区域水质起重要作用的TDS、PH、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO2-及H2SiO3列出相关系数矩阵。将各类离子或指标之间相关性定量化清楚地表示出来加以分析。
6结论
(1)区内地下水质量可分为四级，其中Ⅴ类水未评出。总体来看，Ⅰ类水占7.50%，Ⅱ类水占32.10%，Ⅲ类水占20.80%，Ⅳ类水占39.60%。较好以上地下水占60.4%，总体情况较好，这对保障该区人们健康生活提供了良好的基础。
(2)HCO3-、Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水的离子中占据主导;Ca2+、Cl-、SO42-、Na+在地下水中的绝对质量浓度较高;PH、H2SiO3、Sr、TDS、Mg2+、HCO3-的质量浓度相对稳定;而NO2-、Fe、K+、SO42-在不同区域质量浓度值相差较高,易受水文气象条件、地形地貌,含水层介质和人类活动等因素的影响。
(3)长春新区地下水的硬度较高且矿化度较大;地下水化学类型以HCO3–Ca型为主，Na+和K+同时来自岩盐和硅酸岩的溶解;Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐的溶解;浅层地下水发生了阳离子交换作用。
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