平谷区是北京市的生态涵养发展区,地下水资源丰富,区内的王都庄及中桥两大应急水源地为保障首都供水安全发挥了重要作用。地下水开采程度的日趋加大使得平谷城区及西南部出现地面沉降等问题,浅层地下水污染问题也越发严重,铁、锰、硝酸盐氮、氨氮组分长年超标。本文基于水文地球化学理论,运用Arcgis地理信息处理技术、Phreeqc反向模拟技术、水化学图解法,查明平谷平原区浅层地下水中主要水化学组分特征,分析典型污染组分演化规律,揭示浅层地下水化学组分演化机理。研究成果可为平谷平原区地下水环境治理与维护指明方向,为京津冀地下水污染防控工作提供前期资料和水文地质基础理论认识。主要结论归纳为以下几点:1.浅层地下水主要水化学组分特征从地下水补给区过渡至地下水排泄区,岩性颗粒由粗变细,水流越发滞缓,水岩反应越发充分,溶解性组分含量明显升高。地下水多为溶滤形成的HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca·Mg型、HCO₃·Cl-Ca·Mg型低矿化水,蒸发浓缩作用不强烈。Cl^-、SO₄^2-是引起浅层地下水化学组分演变的主要变量2.浅层地下水典型污染组分演化规律三氮在浅层地下水的空间分布十分不均匀,枯水期污染更为严重。硝酸盐氮性质稳定,超标范围分布广泛;亚硝酸盐氮、氨氮分布区域相对集中。“三氮”的相互转化过程与地下水酸碱度、地下水埋深、包气带厚度、铁锰离子含量有关:地下水碱性增强、包气带厚度变大均会抑制硝化反应的进行;Fe²⁺、Mn²⁺富集说明地下水处于还原环境,有利于强氧化性NO₃^--N进行反硝化作用,NH₄⁺-N含量上升,NO₃^--N浓度降低。浅层地下水中铁含量在近10年内持续降低;锰含量下降趋势不明显,超标情况严重。枯水期铁锰污染更为严重。山前平原地带,铁锰含量较低;中部河谷平原铁锰超标率普遍较高。高锰水比高铁水分布更为广泛。高“铁锰”地下水的形成与氧化还原环境关系密切,NO₃^-、SO₄^2-对铁锰离子含量均有较强抑制作用;地下水中的阴/阳离子还会通过离子交换把高价态锰离子从土壤中的离子吸附剂中释放到地下水中。浅层地下水中F^-浓度整体偏低,丰水期较枯水期含量升高,近十年间地下水中氟化物污染微弱,分布集中。含“氟”地下水的形成和地下水酸碱度、水化学类型、地下水埋深有关:碱性环境与高浓度的Na⁺、HCO₃^-均会促使含氟矿物的溶解;地下水埋深在较浅范围内,F^-含量随其增加而增加。3.浅层地下水化学组分演化机理碳酸盐类、硫酸盐类的风化溶解是浅层地下水的主要水岩反应,浅层地下水对岩盐的溶滤作用最强,对石膏的溶滤作用次之,对方解石和白云石的溶滤作用相对较弱;中部河谷平原对各矿物的溶解能力相对较强。由地下水补给区过渡至排泄区,浅层水样点水岩反应由岩石风化作用向蒸发浓缩作用转变。阳离子交替吸附过程是浅层地下水中重要的水文地球化学过程,地下水在径流途中阳离子交换过程的强度与方向随之改变。降雨量、地下水过量开采、地下水污染皆为影响研究区浅层地下水化学组分演化的重要因素。4.浅层地下水水文地球化学模拟在错河地下水系统内,丰水期的水化学组分演变过程以岩盐饱和析出为主,伴随着硅酸盐矿物溶解等富钠盐化水文地球化学过程的发生;枯水期硫酸盐类矿物溶解能力明显增强,含钠易溶盐、含钙矿物溶解能力减弱,水岩相互作用由溶滤作用向沉淀反应转变。在泃河地下水系统内,丰水期的水化学组分演变过程以易溶盐（石膏、岩盐）溶滤作用为主,水质变差,地下水朝咸化方向演变。枯水期地下水化学组分含量在迁移过程中均有所增加,水质咸化情况越发严重。