池州西南地區(qū)地下水質(zhì)量與污染

徐祖陽，嚴(yán)維兵，柯婷婷，金志鵬，祁超，張訓(xùn)

江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，南京210049

0 引言

地下水作為地球淡水資源和水循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展以及人類日常生活等方面發(fā)揮了十分重要的作用[1-2]。池州市作為長三角城市群中的重要一員，近幾十年來地方經(jīng)濟得以快速發(fā)展，由于缺乏生態(tài)發(fā)展的理念和監(jiān)管，致使該區(qū)的湖泊、河流和水塘等地表水污染日益嚴(yán)重。在這樣的背景下，當(dāng)?shù)鼐用駥Φ叵滤Y源的依賴日趨明顯[3]，甚至部分地區(qū)地下水超采量已經(jīng)大于其自身恢復(fù)能力，導(dǎo)致區(qū)域地下水總量顯著減少、地下水質(zhì)量急速惡化,地面產(chǎn)生漏斗和塌陷的風(fēng)險增大[4]。地下水的隱蔽性決定了地下水具有自我更新和自凈過程非常緩慢的特征，地下水一旦被污染，短期內(nèi)治理和恢復(fù)難以實現(xiàn)[5-9]。因此，弄清池州地區(qū)的地下水質(zhì)量和地下水污染情況具有十分重要的意義。筆者利用2015年池州市城市地質(zhì)調(diào)查獲得的地下水水樣測試結(jié)果，計算池州西南地區(qū)的潛水與承壓含水層的相關(guān)水文參數(shù)，對池州地區(qū)的地下水質(zhì)量和污染情況進行分析和評價。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處安徽省池州市西南部，位于長江中下游東岸，地理坐標(biāo)：117°17′30″～117°27′20″E，30°30′00″～30°35′45″N，總面積166.6 km2(圖1)。研究區(qū)地處暖溫帶與亞熱帶的過渡地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)。氣候溫和，雨量適中，四季分明，季風(fēng)明顯，年平均溫度16.1℃，平均年降雨量在1 400～1 700 mm，平均無霜期242 d。農(nóng)作物為一年兩熟或三熟，平原區(qū)適宜種植雙季稻、小麥和玉米等農(nóng)業(yè)作物，丘陵區(qū)多種植茶葉、竹和其他經(jīng)濟林木。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Sketched geological map of study area

根據(jù)地下水的賦存條件，含水層巖性、水理性質(zhì)及水力特征，可將工作區(qū)地下水劃分為：松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水和碎屑巖類孔隙裂隙水3大地下水類型，又可以進一步細分為潛水、承壓水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水、一般構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水5個含水巖組(表1)。

表1 池州西南地區(qū)地下水類型及含水巖組的劃分表

2 工作方法

2.1 樣品采集

本次池州西南地區(qū)水樣的采集與保管工作嚴(yán)格依據(jù)《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(GB12998-1991)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行[10]。利用GPS系統(tǒng)和地形圖等工具在野外定位取樣點的位置?，F(xiàn)場經(jīng)過詳細勘察，遴選能反映客觀水質(zhì)情況的水樣，采樣前按規(guī)范處理采樣盛水器，并且注意避免外界條件的干擾。此外，對于具有不穩(wěn)定成分的水樣加入相應(yīng)穩(wěn)定劑進行處理，最后在現(xiàn)場及時密封并貼上標(biāo)簽。運送中防震、防凍及避光，并作好采樣的原始記錄：包括記錄采樣點的位置、采樣深度、地下水位埋深、水源類型、井的地層結(jié)構(gòu)、以及水溫、pH值、顏色和氣味等。所采集樣品均嚴(yán)格按照規(guī)范在允許的時間內(nèi)送樣，按采集目的及水樣實際情況提出水樣分析的要求及測試時間。

2.2 測試元素與指標(biāo)

評價指標(biāo)按地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-2017)，確定參評基礎(chǔ)指標(biāo)共22項，包括：pH值、溶解性總固體、鋁、鐵、鈉、氟化物、氨氮、六價鉻、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、錳、銅、鋅、鉛、鎘、碘化物、砷、汞、總硬度和耗氧量[11-12]。

3 地下水評價

3.1 評價的標(biāo)準(zhǔn)和方法

依據(jù)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-2017)中我國地下水水質(zhì)狀況、質(zhì)量保護目標(biāo)和人體健康基準(zhǔn)值，參照農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活等用水的最高要求，將地下水質(zhì)量劃分為5類[13](表2)。

本次池州西南地區(qū)地下水質(zhì)量評價采用單因子質(zhì)量評價和綜合質(zhì)量評價相結(jié)合的方式：前者主要依據(jù)“從優(yōu)不從劣”的原則(若水樣的測試結(jié)果同時滿足Ⅱ類和Ⅲ類，評價結(jié)果以Ⅱ類為準(zhǔn))，確定單項指標(biāo)的質(zhì)量等級；而后者則采用內(nèi)梅羅指數(shù)法，依據(jù)計算出的指數(shù)結(jié)果確定地下水質(zhì)量級別[14-15]。

表2 地下水質(zhì)量評價劃分及其標(biāo)準(zhǔn)

3.2 潛水地下水質(zhì)量評價結(jié)果

3.2.1 單因子質(zhì)量評價

本次對潛水地下水116個水樣進行單因子質(zhì)量評價，評價結(jié)果見表3。

在22種無機指標(biāo)中，有12種指標(biāo)接近為Ⅰ、Ⅱ類水，分別是鈉、氟化物、六價鉻、硫酸鹽、氯化物、碘化物、銅、鋅、鎘、鉛、砷和汞；出現(xiàn)超Ⅲ類限值的無機指標(biāo)共有10項，分別是pH值、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鋁、總硬度、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、鐵和錳等，其中亞硝酸鹽和高錳酸鹽指標(biāo)超Ⅲ類比例為100%。

表3 池州西南地區(qū)潛水地下水無機單指標(biāo)質(zhì)量等級分布

3.2.2 綜合質(zhì)量評價

綜合質(zhì)量評價在單因子質(zhì)量評價的基礎(chǔ)上按綜合評價分值進行。本次對潛水116個水樣的分析結(jié)果按照梅羅指數(shù)法進行計算，結(jié)果顯示所有水樣中Ⅳ類水樣點為99個，占水樣總數(shù)的85%；而Ⅴ類水樣點為17個，占水樣總數(shù)的15%，無Ⅰ類水、Ⅱ類水和Ⅲ類水(圖2)。

圖2 池州西南地區(qū)潛水地下水綜合質(zhì)量等級分布圖Fig.2 Comprehensive quality grade distribution diagram of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

由于受水文地質(zhì)條件及人為因素影響，不同時間以及不同地點的地下水的污染狀況不同。通過對潛水的水質(zhì)影響指標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)致使地下水水質(zhì)變差的因素很多，主要的污染物為鐵和“三氮”(即硝酸鹽、氨氮和亞硝酸鹽)。此外，污染物在含水層中的分布規(guī)律主要受污染源、進入含水層的途徑、運移擴散的水動力條件等因素控制[16-17]。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，池州地區(qū)潛水地下水各項指標(biāo)中，亞硝酸鹽的貢獻度最大，在Ⅳ類水中超過半數(shù)以上受亞硝酸鹽的影響，氨氮、鋁、錳三項指標(biāo)的貢獻度分別為 22.22%、19.19%、19.19%(表4)；Ⅴ類水中亞硝酸鹽的貢獻度76.47%，其次硝酸鹽，鐵，氨氮的貢獻度分別為 35.29%、17.65%、11.76%(表4)，這些指標(biāo)在天然地下水中的本底值較小，因此出現(xiàn)超標(biāo)，一般認(rèn)為是受到直接或間接污染。

表4 池州西南地區(qū)潛水地下水Ⅳ類和Ⅴ類水主要影響因子統(tǒng)計表

Table 4 Main impact factors of Ⅳ and Ⅴ types of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

影響因子Ⅳ類水比例/%Ⅴ類水比例/%NO-268.6976.47NH+422.2217.65Al3+19.190.00Mn2+19.190.00Fe2+8.0817.65NO-310.1035.29總硬度(CaCO3)3.030.00

3.3 承壓地下水質(zhì)量評價結(jié)果

3.3.1 單因子質(zhì)量評價

本次對23個承壓層地下水樣品進行單因子質(zhì)量評價，承壓水的樣品取自區(qū)域內(nèi)23個水文地質(zhì)鉆孔，對水樣中21個指標(biāo)進行測定，評價指標(biāo)均為無機指標(biāo)，評價結(jié)果見表5。

在21種無機指標(biāo)中，有14種指標(biāo)接近為Ⅰ、Ⅱ類水，分別是六價鉻、銅、鋅、硫酸鹽、氯化物、氟化物、鈉、汞、鎘、鉛、碘化物、氯化物、總硬度和溶解性總固體；出現(xiàn)超Ⅲ類限值的無機指標(biāo)共有7項，分別是氨氮、亞硝酸鹽、鐵、硝酸鹽、鋁、高錳酸鹽指數(shù)和錳等，其中氨氮和鐵指標(biāo)超Ⅲ類比例為100%。

3.3.2 綜合質(zhì)量評價

本次對區(qū)域內(nèi)的23個水文鉆孔承壓地下水樣品的分析結(jié)果按照梅羅指數(shù)法進行計算，評價結(jié)果顯示所有水樣中Ⅳ類水樣點為6個，占水樣總數(shù)的26%；而Ⅴ類水樣點為17個，占水樣總數(shù)的74%，無Ⅰ類水、Ⅱ類水和Ⅲ類水的出現(xiàn)(圖3)。

承壓層地下水屬于深層地下水，從參與統(tǒng)計的評價點來看，Ⅳ類水主要分布在調(diào)查區(qū)的南部區(qū)域以及秋浦河的下游一帶；Ⅴ類水則主要分布在調(diào)查區(qū)的北部區(qū)域以及秋浦河的上游。通過對深層地下水的水質(zhì)影響指標(biāo)的定量分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致地下水的水質(zhì)等級進入Ⅴ類的影響指標(biāo)有鋁、硝酸鹽、亞硝酸鹽和鐵。各項指標(biāo)中鋁、鐵和硝酸鹽的貢獻度最大，為69.57%、65.22%和60.87%(表6)。

表5 池州西南地區(qū)承壓地下水無機單指標(biāo)質(zhì)量等級分布

Table 5 Quality grade distribution of inorganic single index of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

質(zhì)量等級Ⅰ類/%Ⅱ類/%Ⅲ類/%Ⅳ類/%Ⅴ類/%pH值86.960.000.004.358.70鋁0.008.704.354.3582.61鈉91.300.004.350.004.35硫酸鹽78.2621.740.000.000.00氯化物95.654.350.000.000.00硝酸鹽0.0013.0421.744.3560.87亞硝酸鹽0.004.3513.0460.8721.74氟化物86.960.000.0013.040.00總硬度CaCO334.7856.524.354.350.00氨氮0.000.0078.2617.394.35氨氮0.000.0078.2617.394.35鐵0.000.000.0013.0486.96高錳酸鉀指數(shù)17.3921.740.0021.7439.13溶解性總固體60.8734.780.004.350.00六價鉻100.000.000.000.000.00錳13.040.000.0082.614.35銅43.4856.520.000.000.00鋅60.8739.130.000.000.00鎘47.8347.830.000.004.35鉛86.964.358.700.000.00碘化物95.650.004.350.000.00汞100.000.000.000.000.00

表6 池州西南地區(qū)承壓地下水Ⅴ類水主要影響因子統(tǒng)計表

Table 6 Main impact factors of Ⅴ types of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

影響因子Ⅴ類水比例/%Al69.57Fe65.22NO-360.87NO-221.74

3.4 地下水污染評價

3.4.1 評價方法

按相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合對地下水環(huán)境的科學(xué)認(rèn)識，基本剔除天然因素的影響，選取主要影響人體健康和反映人類活動程度的相關(guān)指標(biāo)，進行污染評價，客觀反映人類活動對地下水環(huán)境的影響[18]。

圖3 池州西南地區(qū)承壓地下水綜合質(zhì)量等級分布圖Fig.3 Comprehensive quality grade distribution diagram of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

本次所選取的評價因子主要是無機毒理指標(biāo)，包括：亞硝酸鹽、砷、汞、氟離子、碘化物、氨氮、硝酸鹽、鎘、鉻和鉛。地下水污染等級劃分為5級：

1級：主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量或無明顯可辨識的污染源存在，水質(zhì)的變化不明顯，無機毒理指標(biāo)小于等于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，歸為未污染水。

2級：單項無機毒理指標(biāo)超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，但未超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類，多項指標(biāo)超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，超標(biāo)強度<50%時，說明有污染源存在，定為輕度污染水，需要處理才可供水。

3級：無機毒理指標(biāo)單項超水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類，或有多項超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類且污染指標(biāo)超標(biāo)強度>50%時，說明有污染源存在，定為中度污染水，原則上不得直接供水。

4級：無機毒理指標(biāo)多項超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類且污染指標(biāo)超標(biāo)強度>50%且≤200%時，說明有重要污染源存在，定為重度污染水，原則上禁止直接供水。

5 級：無機毒理指標(biāo)多項屬Ⅴ類，且污染指標(biāo)強度>200%時，說明有危險污染源存在，定為極重度污染水，嚴(yán)禁直接供水。

3.4.2 潛水地下水污染評價

3.4.3 承壓地下水污染評價

本次對池州西南地區(qū)23個水文鉆孔內(nèi)的承壓地下水樣品進行污染等級評價，分析結(jié)果顯示輕度污染水樣點為1個，占總體的4.35%；中度污染水樣點為2個，占總體的8.70%；重度污染和極重度污染水樣點分別為8和12個，所占比重大，分別為34.78%和52.17%。其中極重度污染主要分布在長江沖積平原區(qū)(圖5)，主要污染指標(biāo)為鋁、鐵和硝酸鹽等。

造成承壓水等深層地下水受污染的程度主要取決于人類的生產(chǎn)活動[19-21]，由于廢水的排入，在沿江一帶形成污染帶，隨著取樣深度的增加，污染

圖4 池州西南地區(qū)潛水地下水污染程度分布圖Fig.4 Pollution degree distribution diagram of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

圖5 池州西南地區(qū)承壓地下水污染程度分布圖Fig.5 Pollution degree distribution diagram of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

物濃度增加，底泥含量增高，造成了深層地下水超標(biāo)物質(zhì)的含量增加。另外由于取樣樣品數(shù)量的限制，導(dǎo)致結(jié)果可能存在誤差。

4 結(jié)論

(1)潛水含水層Ⅳ類水占85%，Ⅴ類水占15%，無Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水。潛水地下水樣品污染等級評價結(jié)果顯示，區(qū)域中度污染占64.66%，重度污染和極重度污染分別占21.55%、13.79%。主要污染指標(biāo)為硝酸鹽、氨氮和亞硝酸鹽等。

(2)承壓含水層地下水中無Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水，Ⅳ類水所占比例為26%，Ⅴ類水所占比例為74%。承壓地下水樣品污染等級評價結(jié)果顯示，區(qū)域輕度污染占4.35%，中度污染占8.70%，重度污染和極重度污染分別占34.78%、52.17%，其中極重度污染主要分布在長江沖積平原區(qū)，主要污染指標(biāo)為鋁、鐵和硝酸鹽等。

(3)池州西南地區(qū)淺層和深層地下水均受到中度至重度的污染，水質(zhì)質(zhì)量不容樂觀。建議嚴(yán)格按照池州市水污染防治方案，規(guī)范地下水的使用，加強和完善地下水污染動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。