晉江市淺層地下水質(zhì)量及水化學(xué)特征初探

朱春芳，周 迅，葉念軍

(南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京 210016)

晉江市淺層地下水質(zhì)量及水化學(xué)特征初探

朱春芳，周 迅，葉念軍

(南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京 210016)

以福建省晉江市農(nóng)村居民廣泛作為飲用水及生活用水的淺層地下水為研究對象，采集水樣53組，綜合分析各項水質(zhì)指標得出:晉江市淺層地下水呈現(xiàn)出低PH值、低礦化度、低總硬度的水質(zhì)特征。研究區(qū)內(nèi)73.6%的淺層地下水中有部分項指標超出生活飲用水衛(wèi)生標準。淺層地下水化學(xué)類型主要有Cl·HCO3－Ca·Na型、Cl－Na型、HCO3·SO4·Cl－Ca·Na型和Cl－Na·Ca型，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)氣象、水文、地形和地質(zhì)條件等影響因素，分析淺層地下水質(zhì)量及水化學(xué)在水平方向上的分布特征與演化規(guī)律。

水化學(xué);淺層地下水;晉江

研究區(qū)地層從泥盆系直至第四系均有發(fā)育。第四紀地層出露面積較廣，厚度較小，總厚度為32～80 m，分為第四紀時代未分組殘積坡積層，更新統(tǒng)龍海組(Q3l)和全新統(tǒng)長樂組(Q4c)。境內(nèi)居民大多以風(fēng)化帶孔隙裂隙水含水層作為水源開采地，該含水層廣泛分布于境內(nèi)的山前地帶、低丘和紅土臺地。風(fēng)化帶為基巖的風(fēng)化產(chǎn)物，上部劇風(fēng)化帶形成殘坡積層，主要巖性為粘性土、砂(礫)質(zhì)粘性土，補給源以大氣降水為主，基巖裂隙水的側(cè)向補給為輔。地下水沿孔隙或裂隙網(wǎng)絡(luò)運動，水力坡度較緩，徑流途徑較長［1］。

地下水是福建閩南地區(qū)重要的備用水源［2］，而該地區(qū)關(guān)于淺層地下水的研究較少［3］。根據(jù)2010年福建省及晉江市水資源公報，晉江市地下水資源量16.02億m3，地下水供水量2.26億m3，地下水開發(fā)利用程度為14.11%。地下水位埋深一般為2.4～19.0 m。據(jù)實地調(diào)查，淺層地下水主要為居民分散開采，用途主要為生活飲用水，即使在自來水已經(jīng)覆蓋的區(qū)域，淺井作為飲用水源的比例依然較高。這與當?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣有一定關(guān)系。

1 水樣采集與測試

1.1 水樣采集

依據(jù)平均分布重點加密原則，在研究區(qū)內(nèi)共采取水樣共53組。分布于晉江市、東石鎮(zhèn)、內(nèi)坑鎮(zhèn)、安海鎮(zhèn)、池店鎮(zhèn)、磁灶鎮(zhèn)、羅山鎮(zhèn)、金井鎮(zhèn)、陳埭鎮(zhèn)、龍湖鎮(zhèn)、英林鎮(zhèn)、紫帽鎮(zhèn)、羅山街道、深滬鎮(zhèn)等地區(qū)，圖1為晉江市采樣點分布圖，樣品主要采自當?shù)鼐用駨V泛用于生活飲用的淺井，井深范圍在3～27 m之間，80%的水樣為井深在8～20 m的淺層地下水。采樣時間為2011年8～9月，采樣點分布如圖1所示。

圖1 晉江市淺層地下水采樣點分布圖

1.2 測試指標

現(xiàn)場測試指標為氣溫、水溫、Eh、EC、TDS、DO、濁度共 7項，實驗室無機分析指標包括總硬度、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－、NO3－、NO2－、NH4+、Fe、F－、偏硅酸、Mn、Zn、Hg、Cr6+ 、As、Pb、Cd、Se、Al、生化需氧量、TDS共26項。水化學(xué)測試由國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測中心完成。

2 水樣測試結(jié)果及分析

2.1 測試結(jié)果

表1 晉江市淺層地下水水化學(xué)參數(shù)描述性統(tǒng)計特征值

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)所取水樣的現(xiàn)場測試及實驗室水質(zhì)分析結(jié)果，統(tǒng)計晉江市淺層地下水水化學(xué)描述性特征值。可見，本區(qū)淺層地下水pH 在4.01～7.91之間，偏酸性;濁度在0.4～15.5NTU之間;TDS含量在40～1 507 mg/L之間;總硬度在3～544 mg/L之間。本區(qū)淺層地下水質(zhì)量從統(tǒng)計數(shù)值來看整體較差，除總硬度外，PH、濁度和TDS都超出生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749－2006)中關(guān)于農(nóng)村小型集中式供水和分散式供水的水質(zhì)指標限值，其中pH超標率高達39.62%。陰離子中氟化物含量在0.22～6.77 mg/L之間，超標率5.66%，最大值超出標準5.6倍;氯離子含量在14.8～724 mg/L之間，超標率9.43%，最大值超出標準2.4倍;污染最嚴重的是硝酸鹽，含量在4.4～216.9 mg/L之間，超標率高達41.51%，最大值超出標準2.4倍。陽離子中Fe略有超標，Mn 超標率高達13.21%;Na+含量在11.9 ～415.9 mg/L之間，超標率7.55%，最大值超出標準2.1倍。NH4+、Pb、Al超標率均為11.32%。

除pH外，各項指標的變異系數(shù)都較大，說明研究區(qū)離子含量在空間分布上變化較大。特別是K+、NO2－、NH4+、Fe、F－、Mn、As、Pb、Al，其變異系數(shù)大于 120%，反映了這些離子存在較強的空間變異性。值得說明的是顯著污染因子NO3－，其變異系數(shù)相對較小，表明研究區(qū)NO3－空間分布差異較小，是最廣泛分布全區(qū)的污染物。Cl－、HCO－、3SO42－、Na+和Ca2+含量平均值和標準差相對較大，表明這幾種離子在晉江市淺層地下水中含量較大，是地下水中的主要離子組分，決定著地下水的水化學(xué)類型。

圖2 晉江市淺層地下水陰陽離子毫克當量百分數(shù)餅圖

圖2為晉江市淺層地下水陽離子和陰離子的毫克當量百分數(shù)餅圖。由圖可知，該區(qū)淺層地下水中主要陽離子是Na+和Ca2+，毫克當量百分數(shù)分別為48.58%、30.03%。其次是Mg2+，毫克當量百分數(shù)為17.25%，K+含量較少，僅占4.13%。該區(qū)淺層地下水中主要陰離子是Cl－和HCO3－，毫克當量百分數(shù)分別為54.65%、27.99%，其次是SO42－，毫克當量百分數(shù)為17.37%?？梢?，晉江市淺層地下水中主要富含 Cl－、HCO3－、Na+和 Ca2+。

2.3 TDS、總硬度分布規(guī)律

TDS和總硬度是評價地下水質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標。本區(qū)淺層地下水TDS大體呈現(xiàn)由中部向東北、西南方向逐漸增大的趨勢。除了東北部靠近晉江市區(qū)的西濱鎮(zhèn)及西南部英林鎮(zhèn)新厝地區(qū)地下水中的TDS略大于1 g/L、為微咸水外，絕大部分地區(qū)淺層地下水都為TDS小于1 g/L的淡水。分析對比地下水中主要離子濃度與TDS的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)Cl－、HCO3－、Na+離子含量呈現(xiàn)出與TDS類似的變化規(guī)律，因此判斷該區(qū)地下水TDS的變化主要是由Cl－、HCO3－、Na+離子濃度的變化影響而形成的。

在還原環(huán)境中，當有機質(zhì)存在時，脫硫酸細菌能使SO42-還原為H2S，結(jié)果使得地下水中SO42-減少，pH值變大。

圖3 TDS與總硬度擬合曲線

研究區(qū)淺層地下水總硬度總體較低，大部分地區(qū)為軟水和微硬水。硬水主要出現(xiàn)在英林鎮(zhèn)新厝片區(qū)及晉江市—陳埭鎮(zhèn)一線，在泉州灣以西海岸帶地下水總硬度較高為極硬水。這說明在該區(qū)東北部及西南部近海一帶，Ca2+和Mg2+離子含量所占比例較大。該區(qū)總硬度分布情況與TDS分布變化相似，從TDS與總硬度擬合曲線來看，二者存在較好的線性關(guān)系，進一步說明了該區(qū)淺層地下水中TDS與總硬度在空間分布與濃度變化規(guī)律上呈現(xiàn)出較好的一致性。

2.4 水化學(xué)類型分布特征

研究區(qū)共有13種水化學(xué)類型，主要有Cl·HCO3－Ca·Na型，占總類型的26.4%，主要分布于陳埭鎮(zhèn)近泉州灣、晉江市南羅山街道、晉江市南近安海鎮(zhèn)一帶;Cl－Na型占22.6%，主要分布于東石、安海、紫帽、西濱鎮(zhèn)近泉州灣一帶;HCO3·SO4·Cl－Ca·Na型占 13.2%，主要分布于內(nèi)坑鎮(zhèn)與安海鎮(zhèn)交界、池店鎮(zhèn)與陳埭鎮(zhèn)交界一帶;Cl－Na·Ca型占9.4%，主要分布于英林鎮(zhèn)近海岸線一帶。其他水質(zhì)類型分布較雜亂。圖4為晉江市淺層地下水化學(xué)piper三線圖，圖5為晉江市淺層地下水水化學(xué)類型分布圖，晉江境內(nèi)地形從北西往南東逐漸降低，地貌由低山丘陵、丘陵臺地往濱海平原過渡。地下水類型按基巖裂隙水、風(fēng)化帶孔隙裂隙水、松散巖類孔隙水展布。淺層地下水化學(xué)類型大致變化規(guī)律為 HCO3·Cl－ Ca·Na(HCO3·SO4·Cl－ Ca·Na)→Cl·HCO3－Na·Ca→Cl·HCO3－Na→Cl－Na型漸變。

圖4 晉江市淺層地下水水化學(xué)piper三線

圖5 晉江市淺層地下水水化學(xué)類型分布圖

3 討論

3.1 淺層水質(zhì)量評述

晉江市淺層地下水53個水樣中，共39個點存在1～6項指標超標，整體超標率73.6%。本區(qū)水質(zhì)總體較差，在工廠企業(yè)的集中排污地區(qū)、海灣以及河流近入海地區(qū)的局部地帶，水質(zhì)最差。

晉江長期以來為國家重點酸雨控制區(qū)域，如2003年酸雨頻率大于80%，降雨 pH 年均值為 5.0 －5.6［5］。本區(qū)淺層地下水主要接受大氣降水的補給，降雨充沛，水循環(huán)較快，淺層地下水處于開放型的地下水循環(huán)系統(tǒng)中［6］。長期的風(fēng)化和淋濾作用使北部山區(qū)和丘陵地帶呈現(xiàn)出低礦化度、低硬度、低 pH 值呈酸性的水質(zhì)特征［7］［8］。而靠近海岸的沿海地帶一方面受海風(fēng)影響，將海上飛沫帶入內(nèi)地，另一方面歷史上可能遭受海侵，周訓(xùn)等在廣西北海地區(qū)以地下水中Cl－大于50 mg/L為判定海水入侵的標準［9］，而本區(qū)沿海地區(qū)淺層地下水Cl－最高值達700 mg/L。在晉江北東及西南受海潮影響較大的近海岸帶淺層地下水呈現(xiàn)出Cl－、Na+、K+、Mg2+濃度顯著增高，TDS、總硬度、pH 值較高的水質(zhì)特征。三氮污染主要受人為活動影響，晉江市全境內(nèi)除西北部山區(qū)的水庫外，所有河流均遭受嚴重污染，水體呈黑臭狀;在北部晉江入海口附近亦有多個排污口，水體渾濁。三氮在本區(qū)呈現(xiàn)出超標率較高且空間分布差異較小的特征，特別是在工廠企業(yè)密集的晉江北部及晉江的入海口附近，超標點相對更加密集。因此總結(jié)得出:本區(qū)pH超標主要是由原生環(huán)境形成，Cl－、TDS、Na+的超標主要受海水入侵的影響，三氮的超標主要受人為因素影響。

3.2 淺層地下水水化學(xué)類型分布及演化影響因素分析

本區(qū)淺層地下水水化學(xué)類型在水平方向上的分布特征與演化規(guī)律，主要受氣象水文因素、地形條件、和地質(zhì)條件等因素的影響［1］。

3.2.1 氣象水文因素

從山區(qū)到沿海，水化學(xué)類型的變化主要是陰離子中的氯離子變化造成的。從大范圍的區(qū)域地理因素來看，氯離子絕對含量高低與距離海洋的遠近有關(guān)。遠離海洋的地區(qū)，一方面不受海水入侵或咸潮影響，另一方面所受季風(fēng)影響也較少。

3.2.2 地形條件因素

研究區(qū)地勢自西北向東南，由構(gòu)造侵蝕中山、中低山至低丘臺地濱海平原逐漸降低。山區(qū)地勢起伏大，溝谷切割程度深，隨地形坡度地下水水力坡度也大，水動力條件較強，交替強烈，停留時間短。地下水唯一補給源為大氣降水，以溶濾作用為主，因此水化學(xué)類型較為簡單，從大環(huán)境背景來看，水化學(xué)類型以HCO3－Na為主。向東至低丘臺地、半島島嶼地勢較低，地形切割程度次于山區(qū)，地下水水力坡度、水動力條件弱于山區(qū)，地下水交替較之山區(qū)漸于趨緩，溶解作用和脫硫化作用有所增強。因此，地下水化學(xué)類型逐漸向HCO3·Cl－Na·Ca型過渡。濱海平原地勢低平，水動力條件最弱，地下水徑流幾乎處于停滯狀態(tài)，自然排泄主要靠蒸發(fā)作用。因此水化學(xué)類型因濃縮和溶解作用進一步向Cl－Na型轉(zhuǎn)變。

研究區(qū)西北紫帽鎮(zhèn)、磁灶鎮(zhèn)一帶地下水化學(xué)類型為Cl－Na型，應(yīng)與取樣點靠近水庫，受地表水影響較多有關(guān)。與泉州灣、晉江河口附近同為Na－Cl型水的潛水相比，此處潛水TDS小于100，屬于極軟淡水，而河口地帶潛水則為微咸水、半咸水。從水平分帶來看，地形因素主導(dǎo)了地下水的水動力條件，使其排泄方式由徑流排泄向蒸發(fā)排泄轉(zhuǎn)變，地下水經(jīng)歷的水動力過程由溶濾作向濃縮作用過渡，地下水總硬度、TDS逐漸升高，同時伴有溶解作用和脫硫化作用。地下水pH值也隨之逐漸升高。

3.2.3 地質(zhì)條件

地下水化學(xué)特征除受自然地理條件影響外，還受地質(zhì)條件影響，主要受含水巖組及頂?shù)装宓膸r類化學(xué)成分影響。山區(qū)基巖裂隙水和風(fēng)化帶孔隙裂隙水，多賦存于火山巖和侵入巖中;而平原地帶第四系松散巖類，則主要由上述火山巖、變質(zhì)巖類經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、侵蝕、搬運和堆積作用形成，其化學(xué)成分主要來源于前者。因此，本區(qū)地下水化學(xué)類型與火山巖、變質(zhì)巖及其風(fēng)化搬運產(chǎn)物密切相關(guān)。

4 結(jié)論

(1)本區(qū)淺層地下水呈現(xiàn)出低pH值、低礦化度、低總硬度的水質(zhì)特征。水質(zhì)總體較差，整體超標率73.6%，建議經(jīng)預(yù)處理后再用于生活飲用。超標率最高的為硝酸鹽，是最廣泛分布研究區(qū)的主要污染因子。

(2)本區(qū)pH超標主要是由原生環(huán)境形成，Cl－、TDS、Na+的超標主要受海水入侵的影響，三氮的超標主要受人為因素影響。

(3)本區(qū)淺層地下水化學(xué)類型從北西往南東大致變化規(guī)律為 HCO3·Cl－ Ca·Na(HCO3·SO4·Cl－ Ca·Na)→Cl·HCO3－Na·Ca→Cl·HCO3－Na→Cl－ Na型漸變。在水平方向上的分布特征與演化規(guī)律是與海水入侵、地下水動力條件變化、地質(zhì)條件作用等密切相關(guān)的。

［1］福建省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊.1:20萬泉州幅、廈門幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.

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P641.12

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1004－1184(2013)05－0014－04

2013-04-28

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“東南地區(qū)主要城市地下水污染調(diào)查評價”(1212011121169)資助

朱春芳(1982-)，女，江蘇丹陽人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作。