廣州市淺層地下水化學(xué)時空分布特征及其對土地利用類型的響應(yīng)

張明珠，王卓微，黎坤，陳建耀，高磊，李紹恒，資惠宇，黃曉旭，鄧玉軍

廣州市淺層地下水化學(xué)時空分布特征及其對土地利用類型的響應(yīng)

張明珠1，王卓微2*，黎坤2*，陳建耀2,3，高磊2，李紹恒2，資惠宇4，黃曉旭5，鄧玉軍6

1. 廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220；2. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275；3. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院//廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；4. 廣州市防汛防旱防風(fēng)總指揮部辦公室，廣東 廣州 510275；5. 廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東 廣州 510275；6. 廣州市水務(wù)局執(zhí)法監(jiān)察支隊(duì)，廣東 廣州 510275

廣州市作為珠三角地區(qū)的政治經(jīng)濟(jì)中心，人口數(shù)已經(jīng)超過1500萬，因此，其供水安全問題至關(guān)重要。雖然廣州市目前供水主要來源于東江、西江和北江，但是水污染等問題使得其供水能力較為脆弱，而地下水作為應(yīng)急水源，了解其水質(zhì)及影響因素為重中之重。為了解廣州市地下水化學(xué)特征概況和土地利用類型對地下水的影響，分別于2014年12月（旱季）和2015年7月（雨季）各采集72個淺層地下水水樣，分析水中pH、TDS和主要的七大離子含量；運(yùn)用GIS的相關(guān)技術(shù)方法分析水化學(xué)性質(zhì)的時空分布特征，對水化學(xué)類型區(qū)域進(jìn)行劃分；采用Duncan多重比較法分析土地利用類型對地下水化學(xué)特征的影響。結(jié)果表明，廣州市淺層地下水化學(xué)特征季節(jié)性差異不顯著，但空間上存在較大差異，其中 Na+和 Cl-在空間上的變異性最大。由于廣州市東北地區(qū)土壤層較薄，對酸雨的緩沖能力較弱，并且作為流域內(nèi)的主要補(bǔ)給區(qū)，其pH值較低，pH總體呈現(xiàn)出東北低西南高的分布趨勢；TDS主要受到海水的影響呈現(xiàn)出與pH相似的分布趨勢，另外，農(nóng)耕地覆蓋下和脆弱性較高地區(qū)的地下水中的TDS含量相對較高。廣州市淺層地下水水化學(xué)類型以Ca+Mg-HCO3為主，沿海區(qū)域和中心城區(qū)由于海水入侵和人類活動的影響導(dǎo)致水化學(xué)類型向 Na+K-Cl+SO4型轉(zhuǎn)變。根據(jù)差異性分析結(jié)果，土地利用方式會對地下水造成一定的影響，但是較為分散的土地利用方式對地下水的影響效果不顯著，而由于行政功能劃分不同造成的各土地利用方式在不同行政區(qū)的比例差異卻會對地下水化學(xué)性質(zhì)造成顯著的影響。K+與SO42-在淺層地下水中的含量與農(nóng)耕用地面積存在正相關(guān)關(guān)系，Na+則主要與城鎮(zhèn)用地面積相關(guān)，Cl-同時受農(nóng)耕用地和城鎮(zhèn)用地的影響。

廣州市；淺層地下水；時空分布；水化學(xué)性質(zhì)；土地利用

隨著廣州市政治經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境問題已經(jīng)成為了廣州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素。目前廣州市城鎮(zhèn)地區(qū)的供水水源主要來自西江、東江和北江，一旦發(fā)生河流突發(fā)污染事件，將嚴(yán)重影響到廣州市人民的人身安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，需選取另外的水源地作為廣州市的應(yīng)急水源。廣州市的地下水主要蘊(yùn)藏在廣花盆地、帽峰山-白云山地區(qū)和流溪河河流階地（賈樹華等，1980），其水資源總量占全市水資源量的 26.1%（陳慧川，2011），豐富的地下水資源量為應(yīng)急供水提供了良好條件。然而，由于廣州市的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且土地利用方式存在較大的空間差異性，因此，不同地區(qū)的地下水化學(xué)性質(zhì)存在較大的差異。為更合理地開發(fā)利用廣州市地下水資源，本文對廣州市地下水化學(xué)的時空分布特征進(jìn)行分析，并通過探討地下水化學(xué)對土地利用類型的響應(yīng)，為流域地下水管理提供參考。

目前，國內(nèi)外已有較多的研究表明，土地利用類型在一定范圍內(nèi)會對地下水產(chǎn)生影響（Jeong，2001；賈亞男等，2003；Chae et al.，2004），例如，蔣勇軍等（2004）通過對云南小江巖溶流域 20年的土地利用變化及水質(zhì)變化分析，得出該區(qū)域地下水質(zhì)的變化與森林面積減少、耕地面積擴(kuò)大導(dǎo)致的化肥施用量的增加有關(guān)；郭芳等（2007）則通過人類活動影響的程度將湖南峒河流域的土地利用方式分為3類，對比得出人類活動程度越強(qiáng)的地區(qū)，地下水中 Na+、NO3-、K+、Cl-和 SO42-含量越高；耿玉棟等（2016）則分析了土地利用類型對廣州市地下水硝態(tài)氮含量的影響，得出城區(qū)硝酸鹽超標(biāo)率最高而林區(qū)最低。目前國內(nèi)的研究多集中于巖溶地帶的地下水，其他水文地質(zhì)條件下地下水水質(zhì)對土地利用類型的響應(yīng)仍有待更多的討論。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，利用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、空間分析能力和制圖功能以及統(tǒng)計(jì)學(xué)的差異性分析法，對廣州市地下水的水化學(xué)特征、水化學(xué)類型和土地利用對其的影響進(jìn)行了研究和探討。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

圖1 研究區(qū)域概況（a）及土地利用情況（b）Fig. 1 Schematic map of the study area and the sampling sites (left) and the land use in Guangzhou (right)

廣州市（112°57′～114°3′E，22°26′～23°56′N）位于廣東省南部，珠江三角洲中北緣，是西江、東江和北江的交匯處，分為從化區(qū)、海珠區(qū)、天河區(qū)、番禺區(qū)等11個行政區(qū)域。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量約為 1800 mm，降水主要集中于 4—9月，年平均蒸發(fā)量為1603.5 mm。地勢東北高西南低，東北部為以花崗巖和變質(zhì)巖為主的丘陵地區(qū)，西部和南部則主要為平原地帶。如圖 1（a）所示，通過現(xiàn)場實(shí)測水位，廣州市地下水位的分布趨勢與高程基本一致，總體上從北向南呈現(xiàn)補(bǔ)給排泄趨勢。

研究區(qū)中、新生代構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，北西西、北北西、北北東和北東向四組斷裂相互交錯，主要的控制性斷裂有：廣從斷裂、瘦狗嶺斷裂、文沖斷裂和化龍斷裂，這些斷裂帶將研究區(qū)劃分為3個水文地質(zhì)單元（彭衛(wèi)平等，2006）。地層巖性是造成不同類型地下水的基礎(chǔ)，除了第四系的河流沖積相和三角洲相的砂礫層外，研究區(qū)的巖層主要為下第三系和白堊系的紫紅色泥砂巖，二疊系和石炭系的灰?guī)r、砂巖、頁巖等和震旦系的花崗巖等（彭衛(wèi)平等，2006）。由于研究區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用和亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，地層巖石破碎，風(fēng)化作用對地下水化學(xué)有較大影響。根據(jù)地下水形成、賦存條件、水力特征等將廣州市地下水分為松散巖類孔隙水、碳酸巖類巖溶水和基巖裂隙水3大類（彭衛(wèi)平等，2006），其中，以松散巖類孔隙水為代表的淺層地下水為本文的主要研究對象。

根據(jù)國家基礎(chǔ)地理信息中心研發(fā)的土地利用遙感數(shù)據(jù)（GlobeLand30—2010），廣州市主要以林地、耕地和城鎮(zhèn)用地為主，其中耕地占總面積的34%，林地占40%，城鎮(zhèn)用地占12.5%，其土地利用分布情況如圖1（b）所示。

1.2 采樣及測試方法

分別于2014年12月（旱季）和2015年7月（雨季）對廣州市的72個淺層地下水井進(jìn)行采樣（圖1a），地下水井的剖面圖如圖 2所示，從左到右分別為從北到南的代表性水井，水井的平均水位埋深為 3.8 m，采樣時用泵抽取透水性較好的細(xì)砂和粗砂含水層的地下水。現(xiàn)場使用水位計(jì)測定水位，并使用便攜式HACH水質(zhì)分析儀測定井水pH。每個井位采集100 mL水樣，裝入聚乙烯瓶中，于4 ℃條件下保存待分析。水樣經(jīng)0.22 μm過濾后采用離子色譜（ICS-900）測定 Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-濃度；CO32-和HCO3-采用酸堿指示劑滴定法測定（魏復(fù)盛等，2002），總?cè)芙夤腆w（TDS）通過主離子的濃度總和減去1/2HCO3-計(jì)算得到（沈照理，1993）。

圖2 采樣點(diǎn)斷面柱狀圖Fig. 2 Geological column of sampling wells

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有指標(biāo)的特征統(tǒng)計(jì)和差異性分析均采用SPSS 19.0，所有空間插值分布圖均采用ArcGIS 10.3。

2 結(jié)果與討論

2.1 水化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)

分別對廣州市雨季和旱季淺層地下水進(jìn)行水化學(xué)特征的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 1所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，廣州市淺層地下水在雨季和旱季并未呈現(xiàn)出顯著差異，說明其在時間上較為穩(wěn)定。根據(jù)變異系數(shù)（CV）可以判斷指標(biāo)的空間變異性大小，整體而言，旱季各指標(biāo)變異系數(shù)較雨季大，說明雨季研究區(qū)地下水的空間變異性相對旱季小，水化學(xué)特征較為穩(wěn)定。按照變異系數(shù)的劃分等級，CV＜10%為弱變異性，10%＜CV＜100%為中等變異性，CV＞100%則為強(qiáng)變異性（代述勇等，2010）。根據(jù)表1可知，pH的空間變異性最小，接近弱變異性，而其余的水化學(xué)指標(biāo)中，只有雨季的K+和HCO3-為中等變異性，其余離子均為強(qiáng)變異性，在空間上變化程度大，其中，Cl-和 Na+的變異系數(shù)最大，這可能是因?yàn)閺V州市縱向跨度較大，最南部的南沙區(qū)與海洋相鄰，受海水影響所致。

2.2 pH和TDS的時空分布特征

統(tǒng)計(jì)方法只能反應(yīng)各水化學(xué)特征的總體情況和空間差異性，但不能反應(yīng)其在空間上的分布情況。利用 ArcGIS可以對指標(biāo)進(jìn)行空間插值，得出各項(xiàng)指標(biāo)在空間上的分布特征。空間插值法的前提是數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，否則可能存在比例效應(yīng)（王政權(quán)，1999），通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行 K-S檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本文數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布規(guī)律。采用 Kriging插值方法進(jìn)行插值，pH插值結(jié)果如圖3所示，TDS插值結(jié)果如圖4所示。由于缺乏廣州市北部采樣點(diǎn)，且該區(qū)域位于邊界處，插值結(jié)果可能存在較大偏差，因此該區(qū)域不予討論。

圖3顯示雨季和旱季pH整體上均呈現(xiàn)出北低南高的分布特征，地貌和巖性是造成這種差異的原因之一，廣州市北部地區(qū)主要為山地和丘陵，易發(fā)生水土流失和滑坡，因此土壤層較薄，對酸的緩沖能力較弱，而南部地區(qū)則以臺地和平原為主，風(fēng)化層較厚，對酸的緩沖能力較強(qiáng)（張玉璽等，2011）。根據(jù)陶貞（2012）等的研究，廣州地區(qū)雨水的pH均值為 4.35，呈酸性，因此，對酸的緩沖能力決定了地下水pH的分布情況；而西部的花都區(qū)為廣州市的巖溶地區(qū)，灰?guī)r廣泛分布（彭衛(wèi)平，2006）62，因此該區(qū)pH相對較高。另外，根據(jù)廣州市的地下水位可以判斷地下水流動的總體情況，北部地區(qū)水位高，屬于流域內(nèi)的補(bǔ)給區(qū)，直接受降水影響，且由于廣州市雨水為酸性，因此，補(bǔ)給區(qū)的pH整體呈偏酸性，而地下水從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的流動過程中，跟地層間發(fā)生反應(yīng)，酸性被中和。雖然兩個季節(jié)pH的均值基本相同，但兩個季節(jié)pH的空間分布存在一定的差異，廣州市中部地區(qū)雨季時pH較旱季低。

表1 廣州市淺層地下水水化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics value of hydrochemical parameters of shallow groundwater in Guangzhou mg?L-1

圖3 廣州市淺層地下水pH空間分布Fig. 3 The distribution of pH value of shallow groundwater in Guangzhou

圖4 廣州市淺層地下水TDS空間分布Fig. 4 The distribution of TDS of shallow groundwater in Guangzhou

由圖4可知，不論旱季還是雨季，TDS均呈現(xiàn)出從北到南沿水流方向逐漸升高的趨勢，造成這種趨勢的原因除了從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的規(guī)律呈現(xiàn)外，更重要的是海水入侵會造成沿海地區(qū)淺層地下水TDS突增。對比雨季和旱季的插值圖發(fā)現(xiàn)，旱季TDS的高值區(qū)較雨季多，說明降水對研究區(qū)淺層地下水具有稀釋作用。通過對比TDS和土地利用類型的空間分布圖發(fā)現(xiàn)，林地覆蓋下的地下水TDS較低，而受人類活動影響較大的農(nóng)耕地和城鎮(zhèn)用地的地下水的TDS相對較高。另外，將TDS的分布圖與廣州市地下水的脆弱性等級分布圖進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)（楊木壯等，2011），脆弱性較高的地區(qū)，TDS相對較高。由于酸性條件會造成更多物質(zhì)的溶解，通過計(jì)算pH與TDS之間的Pearson相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，pH與TDS之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系（旱季為0.15，雨季為0.18），說明，pH的變化不是導(dǎo)致TDS變化的主要原因。

2.3 廣州市地下水水化學(xué)類型分布差異

圖5 基于DTM的廣州市淺層地下水化學(xué)類型分區(qū)圖Fig. 5 Groundwater chemical types division of shallow groundwater in Guangzhou based on DTM

利用 Piper圖劃分水化學(xué)類型是國際通用的分類方法，但是無法體現(xiàn)空間差異。利用Voronoi圖（泰森多邊形法）和DTM法（Digital Terrain Model）可對地下水化學(xué)類型進(jìn)行空間劃分，通過實(shí)例比對，發(fā)現(xiàn)DTM法能更好地反映數(shù)據(jù)在空間上的變化特征，并且可視化效果相對更好（馬雷等，2012）。DTM 是對一種或者多種地面特性空間分布的數(shù)字描述，是疊加在二維地理空間上的一維或多維的地面特征向量空間（李志林等，2003；柴華彬等，2004）。本文利用DTM分析功能對廣州市淺層地下水進(jìn)行空間插值，根據(jù)Piper圖的分類方法將Ca2+和Mg2+、Na+和K+、Cl-和SO42-分別合并后進(jìn)行插值，毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)超過50%的離子組合參與水化學(xué)類型的劃分，即可得到區(qū)域的地下水化學(xué)類型，結(jié)果如圖5所示。

圖5顯示，雨季Ca+Mg-HCO3類型的地下水占總體的85%，旱季占81%，因此，不論雨季還是旱季，廣州市地下水以Ca+Mg-HCO3為主。而雨季和旱季部分地區(qū)水化學(xué)類型存在差異，雨季番禺區(qū)東南部、南沙區(qū)北部和增城區(qū)南部的水化學(xué)類型為Ca+Mg-Cl+SO4，番禺區(qū)西北部的水化學(xué)類型為Na+K-Cl+SO4，而位于荔灣、海珠和越秀等部分中心城區(qū)的地下水化學(xué)類型則為Na+K-HCO3；旱季南沙區(qū)南部的地下水化學(xué)類型為Na+K-Cl+SO4，南沙區(qū)北部、中心城區(qū)和從化區(qū)西部則為Ca+Mg-Cl+SO4。通過與TDS的對比發(fā)現(xiàn)，番禺區(qū)和南沙區(qū)的地下水化學(xué)類型主要受海水的影響產(chǎn)生了變化，但可能由于受到潮汐和河水流量的影響，海水入侵范圍的不同造成了雨季和旱季地下水化學(xué)類型的差異。而從化區(qū)西部和中心城區(qū)的水化學(xué)類型的變化則主要由人類活動的輸入造成，且由于旱季降水較少，降水對地下水的稀釋能力弱，水化學(xué)類型呈現(xiàn)差異的范圍較雨季大。

2.4 水化學(xué)特征對土地利用類型的響應(yīng)

為探討人類活動對水化學(xué)性質(zhì)的影響，本文采用Duncan多重比較法（Malik et al.，2017）對不同土地利用條件下和不同行政區(qū)域的地下水物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其差異情況。統(tǒng)計(jì)時去除了明顯受到海水入侵影響的南沙區(qū)、番禺區(qū)，以及水文地質(zhì)與其他地區(qū)存在較大差異的花都區(qū)的采樣點(diǎn)，城市化程度較高的海珠區(qū)、天河區(qū)、荔灣區(qū)和

越秀區(qū)統(tǒng)稱為中心城區(qū)。表2和表3表明，由于Ca2+、Mg2+和HCO3-主要受地質(zhì)條件影響，人類活動對其含量的變化影響不顯著（Datta et al.，1996；Lang et al.，2006；Xiao et al.，2015），因此，下文重點(diǎn)討論 pH、TDS、Na+、Cl-、K+與 SO42-。

2.4.1 不同土地利用類型下的地下水化學(xué)特征差異性分析

表2顯示，雨季時，不同土地利用條件下的各地下水物理化學(xué)指標(biāo)存在一定差異，但差異性不顯著（P＞0.05）。pH在各土地利用條件下的值接近于中性，草地和農(nóng)耕用地的pH略低于林地和城鎮(zhèn)用地，這是由于耕地土壤的植物生產(chǎn)量大，使得土壤中 CO2含量增加，并且有機(jī)酸的來源也較多（Ellaway et al.，1999），因此pH呈偏酸性；TDS反映了水生態(tài)系統(tǒng)的污染負(fù)荷（Jonnalagadda et al.，2001），而Cl-則是很好的環(huán)境污染指示因子（趙新鋒等，2007），TDS和Cl-在農(nóng)耕用地下的地下水中的含量最高，這是由于耕地相對酸性的環(huán)境使得下滲水的侵蝕力增強(qiáng)，更多的物質(zhì)隨下滲作用進(jìn)入地下水中；K+、SO42-的含量在農(nóng)耕用地下的地下中的含量也最高，這在一定程度上與農(nóng)業(yè)施用的鉀肥有關(guān)。因此，農(nóng)耕用地下的淺層地下水污染負(fù)荷較大，化肥的施用可能對地下水化學(xué)性質(zhì)造成一定的影響。

表2 不同土地利用條件下地下水水化學(xué)特征比較Table 2 Variations of physico-chemical parameters in different land uses

表3 不同行政區(qū)的地下水水化學(xué)特征比較Table 3 Variations of physico-chemical parameters in different districts

旱季時，K+與SO42-在草地下的地下水中的含量顯著高于其他土地利用類型（P＜0.05），其他指標(biāo)在不同的土地利用類型條件間不存在顯著性差異。據(jù)相關(guān)研究，景觀破碎化會引起污染物質(zhì)濃度的增加（Lee et al.，2009；趙鵬等，2012），草地在廣州市的分布較為分散，且草地依賴鉀肥的施用來增強(qiáng)草的抗性（游明鴻等，2003），此外，旱季雨水少，稀釋能力弱，推測這些都是造成旱季草地下地下水K+和SO42-濃度高于其他土地利用類型下地下水的原因。

2.4.2 不同行政區(qū)域下的地下水差異性分析

表 3所示為不同行政區(qū)下地下水的物理化學(xué)性質(zhì)差異對比，由于不同的行政區(qū)相對的經(jīng)濟(jì)功能不同，且相對于土地利用類型分布較為分散的特點(diǎn)而言，行政區(qū)更具有整體性，因此相較于土地利用覆蓋下的地下水差異特征，行政區(qū)的差異性更為顯著。結(jié)果顯示，不同指標(biāo)在不同的行政區(qū)間存在顯著性差異（P＜0.05）。

雨季時，pH在各行政區(qū)間無顯著性差異，TDS在中心城區(qū)地下水中的含量最高，黃埔區(qū)最小，中心城區(qū)與黃埔區(qū)間的差異性較顯著，由于中心城區(qū)是廣州市內(nèi)城市化程度最高的地區(qū)，說明城市化過程中人類活動的影響會導(dǎo)致TDS含量的增加。表4所示為各行政區(qū)下不同土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由表可知，中心城區(qū)的城鎮(zhèn)用地面積為所有行政區(qū)中最大，受人類活動干擾程度最大，Na+在中心城區(qū)的含量遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，此結(jié)論與郭芳等（2007）在巖溶地區(qū)所得出的研究結(jié)論一致。Cl-、K+與SO42-含量均以增城區(qū)最高，黃埔區(qū)最低，其中，只有 K+含量在這兩個區(qū)間存在顯著性差異，其他離子間差異不顯著。通過對比發(fā)現(xiàn)，增城區(qū)農(nóng)耕用地在增城區(qū)土地利用類型中所占的比例（表4）為所有行政區(qū)中最大，且3種離子含量與農(nóng)耕用地面積所占比例大小存在一定的正相關(guān)關(guān)系，因此推測，Cl-、K+與SO42-在地下水中的含量大小主要受農(nóng)耕用地面積影響。

表4 廣州市各行政區(qū)土地利用類型面積分布Table 4 The proportion of different land uses in each districts%

旱季時，中心城區(qū) pH顯著高于從化區(qū)；TDS在白云區(qū)和增城區(qū)間存在顯著性差異；中心城區(qū)的SO42-含量最高，與除從化區(qū)外的其他行政區(qū)均存在顯著性差異；Na+與Cl-含量也以中心城區(qū)為最高，與其他各區(qū)均存在顯著性差異。

通過對不同土地利用條件下和不同行政區(qū)下的水化學(xué)特征的差異性分析可知，雨季土地利用類型對研究區(qū)淺層地下水的影響較大，其中以農(nóng)耕來源的Cl-、K+與SO42-的含量最為顯著，而Na+與Cl-則不論旱季還是雨季都與城鎮(zhèn)用地和城市化發(fā)展程度呈現(xiàn)出正相關(guān)性，說明，Na+與Cl-可能更多與居民集中生活的污水排放有關(guān)。旱季則由于下滲作用減弱，使得來源于面源的離子含量未與土地利用類型間呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論

（1）廣州市地下水化學(xué)特征在時間上較為穩(wěn)定，未呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性差異，但存在明顯的空間差異性，這種差異的產(chǎn)生主要是由海水引起。地下水化學(xué)類型以Ca+Mg-HCO3為主，番禺和南沙區(qū)由于受到海水入侵的影響，Na+和Cl-所占的當(dāng)量百分比增加，水化學(xué)類型出現(xiàn)變化，而中心城區(qū)和旱季時的從化西部則由于受到人類活動的影響水化學(xué)類型改變。

（2）酸雨對廣州市地下水pH存在較大影響，且廣州市地下水的pH值整體上呈現(xiàn)出東北低西南高的趨勢分布，造成這種現(xiàn)象的主要原因除了受地形條件的影響外，還與地下水的補(bǔ)給排泄特征和巖性的差異存在較大關(guān)系。廣州市地下水TDS整體的分布趨勢與pH相同，造成這種現(xiàn)象的原因除了海水的影響外還受到土地利用條件的影響。

（3）土地利用類型對廣州市淺層地下水水化學(xué)性質(zhì)存在一定影響，其中雨季規(guī)律更顯著。K+與SO42-含量與農(nóng)耕用地面積存在一定的正相關(guān)關(guān)系，而 Na+含量則主要與居民集中生活生產(chǎn)的城鎮(zhèn)用地面積相關(guān)，Cl-同時受農(nóng)耕用地和城鎮(zhèn)用地面積影響。

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Abstract: Water security is a critical issue in Guangzhou, which serves as the political and economic center in the Pearl River Delta with a population more than 15 million. Although water supply usually comes from Dongjiang River, Xijiang River and Beijiang River, groundwater could be the most viable water source in any emergency water crises due probably to water pollutionand so on.Spatial and temporal change in groundwater quality and its influence factors are scientific bases for protection and use of groundwater resources. Seventy-two shallow groundwater samples were collected in December, 2014 and July, 2015 in Guangzhou to investigate the spatial and seasonal distribution of geochemical characteristics and hydro-chemical types. TDS and pH were measured in situ, while Na+, Ca2+, K+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-were measured by ion chromatography in the laboratory. GIS tool was used to figure out the relationship between the contamination of shallow groundwater and land use pattern in Guangzhou by Duncan multiple range test. Spatial variation of geochemical characteristics was found to be more significant than seasonal change,which occurs chiefly in the dry season. Na+and Cl-showed their largest variation compared to the other parameters. The value of pH increased from northeast to southwest due to the thin soil layer and thus a weak buffer to acid rain in northern Guangzhou. The spatial distribution of TDS was similar to pH with a high TDS in the agriculture land and vulnerable areas in response to anthropogenic activities and probable seawater intrusion. The shallow groundwater was dominated by Ca+Mg-HCO3type but changed to Na+K-Cl+SO4type in the urban area and coastal area. The spatial variation of land use contributed to the change in hydro-chemical characteristics of different districts of Guangzhou. The concentration of K+and SO42-in shallow groundwater had a positive correlation with the area of agricultural land, while the concentration of Na+was high in the urban area and the concentration of Cl-was high in these two areas.

Key words: Guangzhou; shallow groundwater; spatial and seasonal distribution; geochemical characteristics; land use

Spatial and Seasonal Geochemical Characteristics of Shallow Groundwater in Response to Land Use Pattern in Guangzhou

ZHANG Mingzhu1, WANG Zhuowei2*, LI Kun2*, CHEN Jianyao2,3, GAO Lei2, LI Shaoheng2,ZI Huiyu4, HUANG Xiaoxu5, DENG Yujun6

1. Guangzhou Water Research Institute, Guangzhou 510220, China; 2. School of Geography and Planning, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China;3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Urbanization and Geo-simulation, School of Geography and Planning, Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275, China;4. Guangzhou Flood, Drought and Wind Prevention Headquarters Office, Guangzhou 510220, China;5. Guangzhou Water Supply Engineering Construction Management Center, Guangzhou 510220, China;6. Guangzhou Water Authority Law Enforcement Detachment, Guangzhou 510220, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.012

X143

A

1674-5906（2017）09-1539-08

張明珠, 王卓微, 黎坤, 陳建耀, 高磊, 李紹恒, 資惠宇, 黃曉旭, 鄧玉軍. 2017. 廣州市淺層地下水化學(xué)時空分布特征及其對土地利用類型的響應(yīng)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(9): 1539-1546.

ZHANG Mingzhu, WANG Zhuowei, LI Kun, CHEN Jianyao, GAO Lei, LI Shaoheng, ZI Huiyu, HUANG Xiaoxu, DENG Yujun.Spatial and seasonal geochemical characteristics of shallow groundwater in response to land use pattern in Guangzhou [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(9): 1539-1546.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371055；41611140112；41771027；41701585）；廣州水務(wù)局科技項(xiàng)目（GZSW1451S/YD15G0320；2016-203；swjgky-2017001號）

張明珠（1985年生），女，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)樗h(huán)境。E-mail: 2271074212@qq.com*通信作者，E-mail: swangc@126.com；E-mail: 807786375@qq.com

2017-07-12