阜陽(yáng)市淺層地下水溶解性總固體近年變化特征

趙曉玲，張成龍，朱學(xué)群

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽合肥230001）

0 引言

溶解性總固體（tοtal dissοlved sοlids），縮寫為TDS，曾稱總礦化度，為地下水中所含各種離子、分子與化合物的總含量。TDS值越高，表明水中含有的溶解物越多。TDS是安徽省淮北平原淺層地下水主要超標(biāo)組分之一[1～8]。

阜陽(yáng)市地處淮北平原西北部，為安徽省皖北地區(qū)人口第一大市，地下水是其生產(chǎn)、生活的主要水源，而TDS是該市淺層地下水主要超標(biāo)組分之一。以枯水期為例，淺層地下水TDS超標(biāo)率2013年為4.35%，2014年達(dá)13.04%，2015年和2016年均為12.50%，2017年達(dá)27.27%。超標(biāo)率在2017年為近些年最高，單孔點(diǎn)最高超標(biāo)0.4倍，超標(biāo)點(diǎn)主要分布于界首市、臨泉縣、太和縣洪山鎮(zhèn)、潁上縣江口集鎮(zhèn)和楊湖鎮(zhèn)附近地區(qū)。分析該市淺層地下水TDS近些年的變化特征，探究其與其他水質(zhì)組分的相關(guān)關(guān)系，找尋影響該地區(qū)TDS變化的主要因素，以期了解阜陽(yáng)市淺層地下水部分水質(zhì)組分的變化規(guī)律和相互關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

上世紀(jì)80年代初，阜陽(yáng)市等皖北地區(qū)中心城市監(jiān)測(cè)網(wǎng)在初步建立了淮北平原區(qū)域性地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)之后相繼建立，安徽省系統(tǒng)的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作也由此開(kāi)始。此后，通常每年取樣1次，在枯水期4—6月份進(jìn)行。為便于分析枯、豐水期地下水水質(zhì)的變化情況，從2013年開(kāi)始一年取樣2次，豐水期也進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，安排在8—9月份，取樣數(shù)量較枯水期明顯偏少，仍以枯水期監(jiān)測(cè)為主。

水樣采集前，先對(duì)監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行抽水洗井，待含水層中的新鮮水流完全流入孔內(nèi)，確保水清砂凈后才能進(jìn)行水樣采集，取樣容器用原水沖洗3～5次后再按各測(cè)試項(xiàng)目要求進(jìn)行取樣，現(xiàn)場(chǎng)用紗布和石蠟密封，填寫、粘貼水樣標(biāo)簽。水樣一經(jīng)采取后，存放在陰涼處，3日內(nèi)送至檢測(cè)單位測(cè)試。2013年—2017年水樣均送至本單位實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。2018年我站實(shí)驗(yàn)室受暴雨影響，設(shè)備泡水損壞，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行水樣測(cè)試，之后的檢測(cè)分析轉(zhuǎn)到其他單位進(jìn)行，測(cè)試項(xiàng)目與之前相比有部分出入，個(gè)別項(xiàng)目數(shù)據(jù)不連續(xù)，故而本次選擇在枯、豐水期均進(jìn)行取樣，且檢測(cè)為本單位實(shí)驗(yàn)室，其數(shù)據(jù)為2013年—2017年5年間的水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2013年—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水共取樣137組，其中，枯水期116組，豐水期21組，5年間先后共有24個(gè)監(jiān)測(cè)孔點(diǎn)參與水質(zhì)取樣，每年取樣的孔點(diǎn)數(shù)受城建拆遷、孔點(diǎn)損毀等多種情況的影響，不完全相同。

2 空間分布情況

參照地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14848—2017，Ⅲ類水TDS的限值為≤1000mg/L。與此標(biāo)準(zhǔn)相比，5年的枯、豐水期期間，阜陽(yáng)市137組淺層地下水采樣點(diǎn)中共有19組超標(biāo)，其中枯水期超標(biāo)16組，豐水期超標(biāo)3組，超標(biāo)倍數(shù)在0.03和0.6之間。

在枯水期，每年的超標(biāo)情況分布見(jiàn)圖1。2013年阜陽(yáng)市淺層地下水共取樣23組，TDS超標(biāo)1組，超標(biāo)率約4.35%，超標(biāo)0.03倍，超標(biāo)點(diǎn)位于潁州區(qū)王店鎮(zhèn)附近地區(qū)；2014年取樣23組，TDS超標(biāo)3組，超標(biāo)率約13.04%，超標(biāo)倍數(shù)0.33～0.6倍，超標(biāo)點(diǎn)位于界首市、太和縣、潁州區(qū)程集鎮(zhèn)等附近地區(qū)；2015年取樣24組，TDS超標(biāo)3組，超標(biāo)率約12.50%，超標(biāo)倍數(shù)0.08～0.45倍，超標(biāo)點(diǎn)位于界首市、太和縣、黃崗等附近地區(qū)；2016年 取 樣24組，TDS超 標(biāo)3組，超 標(biāo) 率 約12.50%，超標(biāo)倍數(shù)0.1～0.14倍，超標(biāo)點(diǎn)位于界首市、江口集、臨泉縣等附近地區(qū)；2017年取樣22組，TDS超標(biāo)6組，超標(biāo)率約27.27%，超標(biāo)倍數(shù)0.04～0.4倍，超標(biāo)點(diǎn)位于界首市、臨泉縣、太和縣洪山鎮(zhèn)、潁上縣江口集鎮(zhèn)和楊湖鎮(zhèn)等附近地區(qū)。

豐水期取樣數(shù)量少，超標(biāo)孔點(diǎn)數(shù)亦非常少。2013年和2015年阜陽(yáng)市淺層地下水均取樣3組，TDS均未超標(biāo)。TDS超標(biāo)的年份有：2014年取樣3組，超標(biāo)1組；2016年、2017年均取樣6組，各超標(biāo)1組。

總體統(tǒng)計(jì)來(lái)看，2013年—2017年在取樣的孔點(diǎn)中，枯水期超標(biāo)0次的孔點(diǎn)有14個(gè)，超標(biāo)1次的孔點(diǎn)有6個(gè)，超標(biāo)2次的孔點(diǎn)有3個(gè)，超標(biāo)4次的孔點(diǎn)有1個(gè)，超標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)圖1。豐水期超標(biāo)2次的孔點(diǎn)1個(gè)，在界首市；超標(biāo)1次的孔點(diǎn)1個(gè)，在太和縣洪山鎮(zhèn)。

圖1 2013年—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水采樣點(diǎn)枯水期TDS超標(biāo)情況分布圖Figure 1.Distribution map of TDS exceedance in shallow groundwater sampling spots in Fuyang City during dry season from 2013 to 2017

3 時(shí)間變化情況

3.1 數(shù)據(jù)處理

將2013年—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)初步分析，剔除異常值后，借助SPSS軟件，計(jì)算TDS每年的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，并根據(jù)枯、豐水期的數(shù)值制作出曲線圖和箱圖，觀察TDS的變化情況。

在進(jìn)行相關(guān)性分析前，先統(tǒng)計(jì)近年來(lái)枯、豐水期TDS、總硬度、pH、總堿度、氯化物等指標(biāo)的頻率分布情況，對(duì)于偏態(tài)分布的指標(biāo)，則通過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算使其呈正態(tài)分布，且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)是顯著的之后，再分析其與TDS的相關(guān)關(guān)系。

3.2 枯水期

從近5年平均值的分析結(jié)果來(lái)看，枯水期TDS均值在636～782mg/L之間波動(dòng)，總體呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢(shì)。從標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，2013年—2015年TDS數(shù)值間差異相對(duì)保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)情況接近，2016年—2017年差異增大，TDS數(shù)值間波動(dòng)增高（表1，圖2）。

圖2 2013—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水TDS數(shù)值分布情況箱圖Figure 2.Diagram of distribution of values of TDS in shallow groundwater in Fuyang City from 2013 to 2017

表1 2013年—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水枯水期TDS統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in Fuyang city during dry seasοn frοm 2013 tο2017

3.3 豐水期

豐水期阜陽(yáng)市淺層地下水TDS均值在501～751mg/L之間波動(dòng)，總體低于枯水期均值，年際間波動(dòng)較枯水期明顯，總體亦呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢(shì)，增速較枯水期稍緩。從標(biāo)準(zhǔn)差的波動(dòng)情況來(lái)看，近5年間豐水期數(shù)值間的差異在緩慢增加，2014年豐水期數(shù)值間差異明顯增大，其余年份呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，波動(dòng)情況總體與豐水期均值相似（表2）。

表2 2013年—2017年阜陽(yáng)市淺層地下水豐水期TDS統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in wet seasοn in Fuyang City frοm 2013 tο2017

3.4 與pH、總硬度、氯化物、總堿度等的相關(guān)關(guān)系

枯水期分析結(jié)果顯示，pH、總硬度、總堿度、氯化物與TDS都存在極顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），其中pH與TDS是負(fù)相關(guān)，總堿度、總硬度、氯化物與TDS為中度正相關(guān)，相關(guān)程度依次為總堿度＞總硬度＞氯化物（表3）。

表3 枯水期阜陽(yáng)市淺層地下水TDS與其他組分的相關(guān)關(guān)系Table 3.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during dry seasοn

豐水期，pH、總硬度、總堿度、氯化物、硫酸根與TDS的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，總硬度、總堿度、氯化物、硫酸根與TDS都存在極顯著的高度正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)程度依次為總堿度＞總硬度＞硫酸根＞氯化物（表4），而pH與TDS的相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

表4 豐水期阜陽(yáng)市淺層地下水TDS與其他組分的相關(guān)關(guān)系Table 4.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during wet seasοn

4 原因分析

TDS包括溶解于水中的各種離子、分子與化合物的總量，但不包括懸浮物和溶解氣體。其主要成分有鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸離子、碳酸氫離子、氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子。TDS值的多年演變特征受自然因素和人類活動(dòng)的雙重影響，降雨量和水位埋深決定的凈補(bǔ)給量是淺層TDS變化的重要影響因素[9～11]。

阜陽(yáng)市地處沖積平原區(qū)，地形平坦，地勢(shì)總趨勢(shì)西北高、東南低。該地區(qū)淺層地下水埋藏淺，主要為降水補(bǔ)給，次為地表水補(bǔ)給等；水平徑流與近代河流基本一致，自西北向東南，局部地段受地形地貌控制，流向河流和低洼處；蒸發(fā)是其主要排泄方式。水位監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，淺層地下水水位能及時(shí)響應(yīng)降雨量的波動(dòng)，對(duì)降水反應(yīng)非常靈敏[12～14]，其TDS波動(dòng)情況明顯受降水的影響。有研究結(jié)果表明[15]，皖北平原淺層地下水平均水位埋深呈下降趨勢(shì)，即地下水位在波動(dòng)中下降，下降趨勢(shì)為0.093m/10a，說(shuō)明降水等補(bǔ)給、淋濾路徑有所延長(zhǎng)。阜陽(yáng)市淺層地下水賦存在由粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂相間組成的全新世和晚更新世地層中[16～17]。從2013年—2017年間超標(biāo)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分布情況來(lái)看，超標(biāo)點(diǎn)主要分布在潁河、泉河等河流兩側(cè)，其周邊地貌類型以堆積成因的泛濫微高地、堆積-剝蝕成因的河間平地為主，少數(shù)超標(biāo)點(diǎn)附近為河漫灘和河間洼地[18～19]，為各種組分的下滲和TDS升高提供了地質(zhì)環(huán)境條件。而阜陽(yáng)市地表水污染情況堪憂，2016年該市環(huán)境狀況公報(bào)顯示潁河、泉河斷面水質(zhì)在Ⅳ—劣Ⅴ類之間，境內(nèi)地表水總體水質(zhì)狀況為輕度污染，地表水的污染間接增加了淺層地下水中溶質(zhì)的總量TDS。且有研究表明，阜陽(yáng)市20世紀(jì)90年代以來(lái)，年降水量增加明顯[20]。綜上所述，從補(bǔ)給來(lái)源來(lái)說(shuō)，污染的地表水和地表的污染物、大氣中的懸浮物等隨著雨水沖刷、淋濾、下滲等，經(jīng)過(guò)土壤包氣帶進(jìn)入含水層，污染淺層地下水[21]。阜陽(yáng)市污染的地表水、淺層水位緩慢下降而致的淋濾路徑延長(zhǎng)，伴隨著降雨量的增加，使該地區(qū)淺層地下水TDS呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)。

由于豐水期凈補(bǔ)給量相對(duì)較大，對(duì)淺層地下水TDS具有稀釋作用，故而通常豐水期淺層地下水的TDS波動(dòng)幅度范圍較小，但2014年和2017年豐水期TDS出現(xiàn)特別波動(dòng)幅度大的情況，初步分析為因不同孔點(diǎn)其周邊環(huán)境不同，進(jìn)入淺層地下水的污染組分和多少亦不同，故而在降雨量突然充沛的豐水期，凈補(bǔ)給量劇增的年份，出現(xiàn)兩極分化的情況：周邊污染物組分和量少的地方，汛期凈補(bǔ)給量增大，相當(dāng)于稀釋了地下水中的污染物和組分，TDS減少，數(shù)值相對(duì)集中；污染物組分和量多的地方，隨著凈補(bǔ)給量的增大，淺層地下水中的TDS含量增加明顯，出現(xiàn)高值區(qū)域，從而造成了年際間，隨著年際降雨量的變化，豐水期TDS均值較枯水期波動(dòng)明顯的情形。豐水期淺層地下水的TDS與pH的相關(guān)性不顯著，也說(shuō)明了其水質(zhì)受汛期降雨影響明顯。由于氯化物、硫酸鹽等在水中的溶解度不同，溫度在20℃左右時(shí)（地下水水溫與此接近），氯化物的溶解度多高于硫酸鹽，而析出的順序剛好相反，因此，豐水期總堿度、總硬度、氯化物等組分與溶解性總固體存在極顯著的高度正相關(guān)關(guān)系，而枯水期，上述組分與TDS之間的相關(guān)程度逐漸降低，故而他們與TDS相關(guān)程度在豐水期（高度）高于枯水期（中度）。

5 結(jié)論

（1）枯水期，淺層地下水TDS的均值在636～782mg/L之間波動(dòng)，總體呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢(shì)。從標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，2013年—2015年TDS數(shù)值間差異相對(duì)保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)情況接近，2016年—2017年差異增大，TDS數(shù)值間波動(dòng)增高。

（2）豐水期，淺層地下水TDS的均值總體低于枯水期均值，年際間波動(dòng)較枯水期明顯，總體亦呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢(shì)，增速較枯水期稍緩。從標(biāo)準(zhǔn)差的波動(dòng)情況來(lái)看，近5年間，數(shù)值間的差異在緩慢增加，2014年豐水期數(shù)值間差異明顯增大，其余年份呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，總體與豐水期均值的波動(dòng)情況相似。

（3）從阜陽(yáng)市2013年—2017年間超標(biāo)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分布情況來(lái)看，超標(biāo)點(diǎn)主要分布在潁河、泉河等現(xiàn)代河流兩側(cè)。嚴(yán)重污染的地表水、淺層水位緩慢下降而致的淋濾路徑延長(zhǎng)，伴隨著降雨量的增加，是該地區(qū)淺層地下水TDS逐漸升高的主要原因。

（4）阜陽(yáng)市淺層地下水的pH與TDS在枯水期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在豐水期相關(guān)性不顯著；總堿度、總硬度、氯化物與TDS在枯、豐水期均有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，在豐水期的相關(guān)程度（高度）高于枯水期（中度），且排序均為總堿度＞總硬度＞氯化物；硫酸根與TDS在豐水期呈現(xiàn)高度正相關(guān)，這種變化情況與氯化物、硫酸鹽等在水中的溶解度不同有關(guān)。