摘要：为研究水城盆地空间城镇化对浅层岩溶地下水的影响，以某市水城盆地为研究对象，通过分析地下水采样点的氢氧同位素和水化学组分、地下水长期监测点的水位资料，研究了地下水补给来源和空间城镇化对岩溶地下水水化学特征、水位动态产生的影响。研究区年内和年际地下水水位变幅均趋于稳定，结合该时期的降雨量与地下水水位变幅面积的关系，证明空间城镇化发展导致不透水面的增加，降低了地下水水位对降雨的响应程度，地下水补给条件变差，地下水开采量的变化成为影响地下水水位的主要因素。研究表明：空间城镇化建设的大力推进，改变了盆地内的土地利用方式，严重影响了地下水补给径流条件和地下水水质，造成局部地区有害离子的富集。
关键词：空间城镇化；土地利用；水化学质量；水位动态；水城盆地
引言：
随着空间城镇化的不断推进，城市建成区面积不断扩展，城市空间布局格局化，土地利用类型的转变改变了地下水的下渗条件和人类活动强度，浅层岩溶水的水质和水位也会发生相应的变化。
1研究区概况
水城盆地是一个完整的水文地质单元，隔水层与含水层相间，沿西北至东南方向呈带状分布。表层第四系地层是浅部岩溶水的保护盖层，盖层下面岩溶十分发育，溶沟、溶槽、溶隙、溶管和溶洞相互贯通，蓄水空间大，导水性好，具有统一的地下水面。水城盆地位于某市中心城区，地处东经104°45′~104°59′、北纬26°32′~26°38′，呈西北-东南走向，长约22.5km，宽约5.5~9km，面积约208km2，海拔高度在1700~1800m之间。年平均气温12.4℃，年平均降水量1200~1500mm，雨季主要集中在5—10月，其降水量约占全年降水量的80%，属亚热带湿润季风气候，气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季，春秋相连。水城盆地地处长江水系和珠江水系分水岭地带，为四周高、中间低的断陷盆地，多被第四系地层覆盖，其他碳酸盐岩地层则主要分布于盆地外围，均裸露于地表，受新老地质构造控制及古近纪以来气候变迁影响，盆地内岩溶发育，岩溶地貌类型齐全。受制于盆地地形地貌、岩性和岩溶发育条件，水城盆地为一个相对封闭的岩溶汇水盆地。盆地四周岩溶山区接受的大气降雨通过岩溶洼地、漏斗、落水洞等补给地下岩溶含水层，然后由盆地四周向盆地中央汇集，并在盆地中央形成了自西北向东南的地下水集中径流和排泄带。盆地南北两侧分别由北向南或由南向北径流，至盆地边缘受地形切割和第四系覆盖层的阻隔出露了一系列分散的岩溶泉或小型地下暗河，这些岩溶水和地下暗河最后也在盆地中央汇集形成了响水河，并自西向东于头塘转向北排出区外[1]。根据上述水文地质条件，本区地下水的主要补给来源是盆地四周岩溶山区的大气降雨入渗，然后通过岩溶洞穴、暗河和岩溶裂隙向盆地中央径流，天然条件下，在基岩与第四系接触带及盆地中央响水河以岩溶泉水和暗河的形式排泄，因此水城盆地是水城岩溶水系统的汇集区，地下水极为丰富。
2结果与讨论
2.1岩溶地下水水化学特征
2.1.1地下水的补给来源
可用氢氧同位素来示踪岩溶地下水的补给来源，判断地下水的形成原因。同位素最贫化的采样点位于某市乡村的GZ1，δD和δ18O值分别为-81.2‰和-11.9‰；最富集的样点位于某市乌鸦岩处的GZ17，δD和δ18O值分别为-67.2‰和-10.0‰。所有水样的δD均值为-73.2‰，δ18O均值为-10.7‰，整体氢氧同位素值波动不大。研究区内所有水样的δD值和δ18O值均聚集于贵州地区大气降水曲线附近，说明研究区内岩溶地下水以大气降水补给为主。δD值和δ18O值不存在明显的漂移现象，说明地下水循环交替快，未受其他水体及介质的影响。
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2.1.2地下水水化学类型
根据水化学测试结果，研究区水化学组分中阳离子以Ca2+含量为最高，阴离子以HCO-3和SO2-4含量为最高，平均矿化度为318mg•L-1。根据舒卡列夫分类，水样的主要水化学类型为HCO3-Ca和HCO3•SO4-Ca型，这主要是由地层岩性和岩溶地下水的水岩相互作用决定的[2]。Ca2+和HCO-3主要来自于岩溶地层中碳酸盐岩的溶解。HCO3•SO4-Ca型水样大多处于以页岩、灰岩、砂岩夹煤线为主的岩性地层，其含有的黄铁矿在地下水中经过氧化作用会生成SO2-4。
2.2空间城镇化对岩溶地下水的影响
2.2.1空间城镇化对地下水水质的影响
（1）土地利用方式对NO-3、Cl-、SO2-4和电导率的影响NO-3浓度由盆地西侧到东侧逐渐增大，最后形成以GZ11号采样点为中心的高值区，此采样点位于建筑用地区，而其南部大多为耕地覆盖。耕地区农药、农家肥料和化肥的使用较多，大量含氮有机物进入土壤中或沿溶蚀裂隙、管道等迅速下渗到地下水中，含氮有机物最终转变为硝酸盐，硝酸盐在松散沉积物中的迁移能力很强，可以通过土壤顺利进入岩溶水[3]。且此处为整个盆地的排泄区，NO-3更为富集。（2）土地利用方式对NH3-N、Mn和As的影响NH3-N和Mn均在GZ5号采样点处形成高值中心，最高浓度分别达5.080mg•L-1和0.201mg•L-1，远超地下水质量三类标准。而此处位于凤凰乡，生活污水排放严重，所以地下水NH3-N浓度较高，且其浓度在0.5mg•L-1以上的区域主要为建筑用地覆盖区。结合图5可知，GZ5号采样点的西北侧有一大型矿山开挖点，含锰工业废水和废渣的排放使该处形成Mn浓度高值区。
2.2.2空间城镇化对地下水水位的影响
20世纪60年代后期以来，水城盆地内岩溶地下水以井采和扩泉的方式被大量开采，开采量从20世纪60年代的1000m3•h-1，到20世纪70年代的2000m3•h-1，至20世纪80年代的2800m3•h-1，20世纪90年代初约为3000m3•h-1，1995年开始停止开采地下水。由于水城第四系盆地下伏岩溶水资源十分丰富，且处在岩溶水的汇集带上[4]。因此，虽然岩溶水的开采量逐渐增大，但并没有超过岩溶水资源的天然补给资源量，地下水动态没有出现持续下降的趋势。
结论：
（1）水城盆地岩溶地下水以大气降水补给为主，且水循环交替迅速。受地层岩性和补给、径流及排泄条件控制，地下水主要化学类型为HCO3-Ca和HCO3•SO4-Ca型。（2）20世纪70年代至今，空间城镇化进程下土地利用方式的改变对水城盆地的地下水水质产生了很大影响，土地利用方式的空间差异与浅层岩溶地下水诸多离子的富集具有空间一致性。Cl-和NH3-N主要富集在建筑用地区，NO-3和SO2-4主要富集在耕地、林地和裸地等非建筑用地区，其浓度主要受不同土地利用方式下人类活动产生的生活污染和工农业污染等面源污染的影响；而Mn和As则主要来自工业建设产生的点源污染。
参考文献：
[1]汪发元，郑军，裴潇.长江经济带城镇化发展的空间动态分析[J].区域经济评论，2019（02）：101-109.
[2]安俞静，刘静玉，刘梦丽，乔墩墩.河南省人口——空间城镇化耦合协调的多尺度时空格局研究[J].现代城市研究，2018（05）：115-123.
[3]温涛，王汉杰，韩佳丽.城镇化有效驱动了居民消费吗?——兼论人口城镇化与空间城镇化效应[J].中国行政管理，2017（10）：92-99.
[4]陈浩，王晓玲.经济增长、非农产业对城镇化的影响及其区域差异——基于资源枯竭型城市面板数据的实证分析[J].经济问题探索，2016（01）：60-65.
论文作者:熊川
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：岩溶论文; 地下水论文; 盆地论文; 水城论文; 城镇化论文; 水位论文; 空间论文; 《基层建设》2019年第32期论文;