区域水资源保护实践及岩溶水质影响因素分析

影响岩溶水水质变化的基本因素主要有三个方面：水循环因素、水化学因素和环境因素。

4.1　水循环因素

引起水质变化是由于溶蚀作用。溶蚀作用的强度与地下水的循环量和速度直接相关。在同一气候条件下，当地层、岩性相似时，因构造、地貌等方面的差异造成岩溶水系统地下水的汇集和运动条件不同，从而使岩溶发育产生很大差异。

水汇流因素：由于汇流条件不同，即使在气候相似的同一岩溶区内，不同岩溶水系统的地下径流模数相差也很大，并因此导致岩溶发育程度的明显差异。邢台百泉岩溶地下水系统内，有大面积裸露岩溶区，入渗条件好，地下径流模数为4.03L／（s·km2）。而位于百泉岩溶区北侧的临城十股泉岩溶水系统，入渗条件差，地下径流模数仅为2.04L／（s·km2）。

水动力因素：水动力条件与岩性的发育是互为因果的。受地质构造、地貌、含水层组确定的边界及介质条件控制的水动力特征，决定了地下水流运动特征，同时，也影响到岩溶发育的方向和强度。反过来，岩溶的生成对水动力条件也产生影响，使之具备了岩溶地下径流的特征。邢台百泉岩溶区奥陶系灰岩埋深较大，灰岩顶部在地下水水位以下500～600m，沿着向斜翼部可溶岩带形成众多的泉水，地下水流一般不穿越向斜轴部，而在翼部形成浅循环岩溶水。整个系统不仅受地形控制，更主要是受地质构造控制。岩溶含水层有三种不同水动力类型的地区，即补给区、径流区和排泄区。在补给区水流向下容易形成垂向溶隙，由于水流分散，岩溶发育往往显示出很大的不均匀性。在径流区，水流以横向流动为主，且为承压水流，流线与层面平行，容易形成层面溶隙和似层状溶蚀带。在排泄区水流向上，水量集中，容易形成连通性较好的网状岩溶。

4.2　水化学因素

岩溶作用是以溶蚀作用为主的地质作用。天然水对石灰岩的溶解作用是二氧化碳、水和碳酸钙的化学过程，该溶解作用是一种通过许多化学平衡作用而确定的电离反应[3]。将石灰岩溶解作用划分为4个化学作用阶段。石灰岩直接在水中溶解，而水中所含的碳酸还没有参与其作用；从碳酸中分离出来的氢离子与第一阶段的碳酸根离子相结合；在第二阶段之后水中的化学溶解的二氧化碳与物理溶解的二氧化碳之间的化学平衡被打破，物理溶解的二氧化碳变成碳酸及其离子；在前三个阶段完成后，作用过程受着许多平衡条件的控制，其中最重要的是扩散平衡。当石灰岩被溶解时，二氧化碳便一直在水中扩散，最后，已溶解的石灰岩和未溶解的石灰岩达到平衡。

4.3　气候因素

气温、降雨量及其化学特征等气候因素是影响岩溶发育的重要方面。无论是位于地下还是地面的石灰岩，溶蚀速度大小都与降水量密切相关。溶蚀速度计算的经验公式为[2]：(www.xing528.com)

Dc＝0.0079R1.23

式中　Dc——溶蚀速度，mm／1000a；

R——多年平均降水量，mm。

邢台百泉岩溶地下水系统处于半湿润、半干旱气候带，年降水量在500～600mm。由于降水量较大，气候适中，降水中含有CO2气体，因此，对山区裸露灰岩产生比较强烈的溶蚀作用。地下溶隙较宽，并有溶孔和溶洞，泉水动态变化较大。按照经验公式计算出邢台百泉岩溶地下水系统的溶蚀速度为20.20mm／1000a。由于溶蚀作用，将导致排泄区岩溶水中物质含量高于补给区。

4.4　岩溶地下水水质变化规律分析

采用1991～2003年邢台市区内岩溶地下水水质监测资料分析，岩溶水的总硬度呈增加趋势，平均增长率为4.23mg／（L·a）。矿化度、氯化物、硫酸盐含量呈递减趋势，矿化度平均减少速率为29.2mg／（L·a），氯化物平均减少速率为3.92mg／（L·a），硫酸盐平均减少速率为7.31mg／（L·a）。大部分物质含量呈递减趋势，可能与岩溶水超采，开采量大于补给量，使岩溶水补给周期短有关，也可能与其他因素有关，有待于进一步探索。

岩溶水总硬度升高，可能与地表水污染有关，主要存在以下3个作用过程。①上游生活污水、垃圾及土壤中有机质等在生物降解过程中产生CO2，打破了原来地下水中CO2平衡压力，促使CaCO3的溶解，为溶解土壤或岩溶中水溶性Ca2＋、Mg2＋和置换性Ca2＋、Mg2＋的产生创造了条件。②盐效应促使地下水硬度升高。由于水中离子总量的增加，离子强度显著增加，致使水中离子对（硫酸钙、硫酸镁等）的数量增多，从而大大减少了水中游离性离子（钙离子、镁离子、重碳酸根等）的数量，导致水中碳酸盐矿物的饱和度降低20%，Ca2＋、Mg2＋的饱和度降低35%，Ca2＋、Mg2＋从过饱和状态变为中等饱和状态或不饱和状态[4]，必然促进CaCO3与Ca、Mg（CO3）2的溶解，使更多的Ca2＋、Mg2＋进入水中，引起硬度升高。③盐污染产生的阳离子交换作用，导致地下水硬度增长。当含有大量钾离子、钠离子等盐类的水渗入时，经富含饱和钙、镁离子的溶隙时，就发生交换性反应，使岩溶水中钙、镁离子浓度升高，造成岩溶水浓度升高。