廣州市沿海地區(qū)淺層地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

陳 綺，龐 園

(1.廣州市南沙區(qū)磨碟頭工程管理所，廣東 廣州 511480；2.廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220)

為有效保護(hù)地下水資源，2009年廣東省將廣州市南部沿海地區(qū)劃定為不宜開采區(qū)。2013年以來，廣州市開始實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，禁止南部沿海地區(qū)開采地下水。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的加劇，污水排放量的增加，不可避免會(huì)影響水循環(huán)，進(jìn)而影響到地下水水質(zhì)。目前，關(guān)于廣州市南部沿海地區(qū)地下水的研究較少，主要涉及咸水[1]、鐵[2]、錳[3]、pH[4]等指標(biāo)，但研究區(qū)域的范圍較大，評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，難以全面了解廣州沿海地區(qū)的地下水質(zhì)量。基于此，本文通過對(duì)廣州南部沿海地區(qū)地下水質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)影響地下水水質(zhì)的相關(guān)因素進(jìn)行探討，可為相關(guān)部門治理和保護(hù)地下水提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣州市的南部、珠江三角洲河網(wǎng)地帶，地理坐標(biāo)為北緯22°33′～23°05′，東經(jīng)113°13′～113°42′。地處珠江出海口虎門水道西岸，是西江、北江、東江三江匯集之處，東面是珠江，與東莞市隔江相望；西及西南以陳村水道和洪奇瀝為界，與佛山市順德區(qū)及中山市相鄰；北面與廣州市海珠區(qū)相鄰，南面是珠江入?？?。研究區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候，雨量充沛，4—9月為雨季，10月—次年3月為旱季，年均降雨量為1 640 mm。研究區(qū)在構(gòu)造單元上屬華南褶皺系粵中拗陷區(qū)，地層發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。域內(nèi)地下水主要分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，具有埋藏淺、徑流途徑短等特點(diǎn)，地下水流向總體趨勢(shì)從北向南[5]。

2 樣品采集與檢驗(yàn)方法

本次研究共布設(shè)采樣點(diǎn)18個(gè)(見圖1)，采樣點(diǎn)深度范圍為27～92 m。所有采樣點(diǎn)的水位均隨降雨增減而升降，具有明顯的季節(jié)性特征，均屬淺層地下水。分別于2017年、2018年的雨季(8月)和旱季(11月)各采樣1次，共采集水樣72組。為使采集的地下水水樣更具代表性，每次采樣前均用潛水泵抽干井內(nèi)的水并直至水位恢復(fù)原狀，或?qū)τ克枯^大的井長(zhǎng)時(shí)間抽水，使井內(nèi)的地下水得到充分循環(huán)更新。檢測(cè)指標(biāo)包括pH、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價(jià))、總硬度、鉛、氟化物、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、耗氧量、硫酸鹽、氯化物共19項(xiàng)，所有項(xiàng)目的檢驗(yàn)方法均按《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》(GB 5750—2006)[6]執(zhí)行。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布示意

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水超標(biāo)項(xiàng)目

采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)[7]作為評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)72組水樣的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分類，以Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值(適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水)作為超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)分析每年超標(biāo)比例大于10%的超標(biāo)項(xiàng)目。根據(jù)表1～2可知，研究區(qū)地下水的主要超標(biāo)指標(biāo)有9項(xiàng)，超標(biāo)率在23.6%～77.8%之間，按超標(biāo)率從大到小排列依次是氨氮、錳、耗氧量、氯化物、總硬度、溶解性總固體、鐵、pH值和硫酸鹽。其中，氨氮的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的26倍和264倍，錳的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的23倍和100倍，耗氧量的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的7倍和35倍，氯化物的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的19倍和98倍，總硬度的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的5倍和18倍，溶解性總固體的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的9倍和46倍，鐵的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的15倍和264倍，硫酸鹽的平均值和極大值分別是Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的1倍和36倍，pH值的平均值屬于Ⅲ類。

表1 地下水主要超標(biāo)指標(biāo)的超標(biāo)率統(tǒng)計(jì) %

表2 地下水主要超標(biāo)指標(biāo)的質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)(pH無量綱) mg/L

3.2 地下水綜合質(zhì)量

1)地下水質(zhì)量級(jí)別分布

根據(jù)單指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法[8]，計(jì)算得到各采樣點(diǎn)地下水的綜合質(zhì)量。由表3可知，研究區(qū)72組水樣無Ⅰ類和Ⅱ類水，Ⅲ類水占5.6%；Ⅳ類水占9.7%，采樣點(diǎn)主要位于研究區(qū)的中部；Ⅴ類水占84.7%，采樣點(diǎn)遍及整個(gè)研究區(qū)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，近2 a研究區(qū)地下水綜合質(zhì)量較差。分析其原因主要有兩方面：一是單指標(biāo)評(píng)價(jià)法受最大濃度因子的影響，易造成結(jié)果不夠合理。研究區(qū)位于沿海地區(qū)，其水文地質(zhì)特點(diǎn)決定了其礦化度、溶解性總固體、氯化物等指標(biāo)本底值較高，對(duì)地下水質(zhì)量有較大影響。二是研究區(qū)位于珠江網(wǎng)河區(qū)，河網(wǎng)密布，地下水與地表水聯(lián)系緊密，地下水水質(zhì)易受地表水環(huán)境影響。研究區(qū)近幾年地表水環(huán)境雖然持續(xù)改善，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，但大部分河涌水質(zhì)仍然較差。受此影響，地下水質(zhì)量較差。

表3 單指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì) 組

2)地下水質(zhì)量時(shí)空分布特征

基于主成分分析法[9]，計(jì)算得到18個(gè)地下水采樣點(diǎn)72組水樣19項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)分值。由表4可知，2018年雨季有15個(gè)采樣點(diǎn)地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于2017年雨季，2018年旱季18個(gè)采樣點(diǎn)地下水的綜合質(zhì)量均優(yōu)于2017年旱季，說明研究區(qū)2018年地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于2017年；2017年有11個(gè)采樣點(diǎn)雨季地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于旱季，7個(gè)采樣點(diǎn)旱季地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于雨季，2018年有10個(gè)采樣點(diǎn)雨季地下水的綜合質(zhì)優(yōu)于旱季，8個(gè)采樣點(diǎn)旱季地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于雨季，說明研究區(qū)雨季地下水的綜合質(zhì)量略優(yōu)于旱季；2018年和2017年的情況相同，雨季地下水的綜合質(zhì)量排名前9的采樣點(diǎn)有6個(gè)位于南沙區(qū)，3個(gè)位于番禺區(qū)，旱季地下水的綜合質(zhì)量排名前9的采樣點(diǎn)有5個(gè)位于番禺區(qū)，4個(gè)位于南沙區(qū)，說明研究區(qū)雨季南沙區(qū)地下水的綜合質(zhì)量?jī)?yōu)于番禺區(qū)，旱季番禺區(qū)地下水的綜合質(zhì)量略優(yōu)于南沙區(qū)。

表4 主成分分析法評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 水質(zhì)影響因素分析

1)鹽分指標(biāo)的影響因素

研究區(qū)地下水中氯化物、總硬度、溶解性總固體和硫酸鹽等鹽分指標(biāo)的影響因素分為自然因素和人為因素兩類，自然因素分為海侵與海退、地形地貌和降雨等，人為因素分為地下水超采和生產(chǎn)生活廢水等。研究區(qū)已于2013年開始禁止開采地下水，地下水受人為因素影響較小。很明顯，研究區(qū)地下水鹽分超標(biāo)主要是受自然因素影響，來源于海水。

2)重金屬指標(biāo)的影響因素

廣州市地勢(shì)總體呈北高南低，北部丘陵區(qū)多為地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給區(qū)，其氧化還原環(huán)境往往都是強(qiáng)氧化環(huán)境，導(dǎo)致其釋放出來的鐵離子和錳離子也以高價(jià)的Fe3+和Mn4+形式存在，最終易形成難溶的氫氧化物沉淀而很難溶入地下水中。研究區(qū)位于南部的平原區(qū)，屬于排泄區(qū)，地勢(shì)低洼。氧化還原環(huán)境與北部恰好相反，一般都處于過渡環(huán)境或還原環(huán)境狀態(tài)，使得該區(qū)域中的鐵離子和錳離子主要以Fe2+和Mn2+形式存在，較容易進(jìn)入地下水中。因此，研究區(qū)地下水中鐵、錳含量較高。同時(shí)，pH值偏低會(huì)導(dǎo)致地下水中鐵、錳含量升高；部分污染較嚴(yán)重的地表水也會(huì)影響地下水中鐵、錳的含量。

3)理化指標(biāo)的影響因素

研究區(qū)位于珠江三角洲沿海地區(qū)，地下水pH值既受酸雨影響，同時(shí)，因緊鄰海洋受到海水影響。pH值的變化機(jī)制較復(fù)雜，需進(jìn)一步研究。

4)營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的影響因素

地下水中氨氮主要來源于人類活動(dòng)，包括化學(xué)肥料、農(nóng)家肥、生活污水和生活垃圾以及工業(yè)污染等。農(nóng)藥化肥的大量施用、生活污水的隨意排放以及工業(yè)污染等，都為氨氮在地下水中的累積提供了條件，這也是國(guó)內(nèi)外地下水氨氮普遍超標(biāo)的主要原因。本次研究采樣點(diǎn)主要位于農(nóng)村地區(qū)，地下水水質(zhì)受農(nóng)業(yè)面源污染影響較大。且研究區(qū)位于珠江網(wǎng)河區(qū)，地下水與地表水聯(lián)系緊密，地下水水質(zhì)易受地表水水質(zhì)影響。

5)有機(jī)物指標(biāo)的影響因素

耗氧量反映的是水中還原性物質(zhì)主要是有機(jī)物，主要來源于動(dòng)植物的分解以及生活污水和工業(yè)廢水的排放。當(dāng)水體被有機(jī)物污染后，耗氧量便會(huì)增加。研究區(qū)地下水中耗氧量超標(biāo)，反映了研究區(qū)地下水受到了生活污水和工業(yè)廢水的污染，其來源主要與受污染的地表水有關(guān)。

4 結(jié)語

研究區(qū)淺層地下水質(zhì)量總體較差，但近2 a有變好的趨勢(shì)。研究區(qū)超標(biāo)指標(biāo)主要有氨氮、錳、耗氧量、氯化物、總硬度、溶解性總固體、鐵、pH值和硫酸鹽等9項(xiàng)，超標(biāo)率在23.6%～77.8%之間。從時(shí)間上看，該區(qū)域淺層地下水質(zhì)量雨季略優(yōu)于旱季；從空間上看，區(qū)域內(nèi)各分區(qū)的淺層地下水質(zhì)量互有優(yōu)劣。地下水水質(zhì)的影響因素較多，其中氯化物、總硬度、溶解性總固體和硫酸鹽等鹽分指標(biāo)主要受海水影響，鐵、錳等重金屬指標(biāo)主要受氧化還原環(huán)境影響，pH值同時(shí)受酸雨和海水影響，氨氮主要受農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水影響，耗氧量主要與受污染的地表水有關(guān)。