佛山市水化學特征分析

蔡霖　荊繼紅　許廣明　張燕君　孔思宇　許志鵬

摘 要：根據采集的水樣分析，初步研究了佛山市淺層地下水的化學類型分布特征，探討其成因規律。研究表明，佛山市淺層地下水的化學特征由重碳酸鹽型水向氯化物型水進行演變，研究區域上顯示出明顯的分區，如第四系出現較多的重碳酸鹽型水，而在基巖裂隙區，其水化學類型更多的是硫酸鹽重碳酸鹽型水和氯化物型水。同時在人類活動強烈的地區出現了硝酸型水。

關鍵詞：水化學類型;佛山市;地下水;地下水化學特征;硝酸鹽

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191015014

1 研究區概況

佛山市行政區在廣東省中西部、珠江三角洲平原腹地[1]。該市人口密集，工商業發達，工業化程度高，商業樓房高聳密布，是珠江三角洲城市之一，粵港澳大灣區重要節點城市。佛山市的經濟由十大行業作支撐，主要為：家用電器、光機電一體化、電子信息及裝備制造等。佛山市西北部有大量工區分布，類型多樣規模不等。制造業行業產值占工業總產值80%以上。

佛山市共有4個行政區，分別是禪城區、南海區、順德區和三水區，4個行政區面積共有3700km2，人口數量達700多萬人[2-3]。北江、西江形成的沖積平原，海拔一般小于5m，多在1.2～4m，區內河涌縱橫交錯，形成河網，有西北江橫跨，高明河從中間匯入，境內分支眾多的河流，堆積層厚度大。

佛山市氣候類型屬于亞熱帶季風氣候，氣候炎熱潮濕，年平均溫度約23℃，年平均降水量約110mm，區域內主要河流為西江和北江，長度約為704km，河流年徑流量較大。

2 水文地質概況

研究區地層主要為第四系、古近系和白堊系，西南部出露侏羅-三疊系地層，如圖1。地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，如圖2，研究區內含水層主要分布在河流兩岸，含水層巖性以中粗砂和卵礫石為主，厚度約為3～40m，富水性較好[4];部分基巖裂隙水分布在南海區西北部、三水區西部及東部，含水層巖性主要為粉砂巖、砂礫巖、泥質粉砂巖、石英砂巖，富水性貧乏。

受氣象、水文、地貌、巖性、地質構造等因素影響，研究區地下水補給、徑流、排泄有明顯的區域特點[5]。研究區氣候類型為亞熱帶季風性氣候，年降水量巨大，充足的降雨為地下水提供了大量的補給。從年內分配來看，降雨量在各個月分配不均，尤其在雨季中的7、8月份。在巖性、風化程度、地形地貌等因素的作用下，研究區內不同地層地下水補給量有較大的差異。如出現斷裂構造的古近系、白堊系基巖區，基巖內淺部巖石風化破裂，細小節理裂隙發育，降水量不易下滲補給。第四紀松散沉積物覆蓋區，該區有兩大河流經過，為三角洲平原腹地，地勢平緩，有利于地下水往地下補給。同時雨季后地表徑流較大，包氣帶零散分布小面積的弱透水黏土層，會造成地表徑流補給地下水。該區地下水多以水平徑流為主，基巖裂隙水由丘陵山區流向平原，總體從北向南，從西向東排泄，匯入江口，排泄入海。

3 水化學分布特征

3.1 數據統計

對佛山市淺層地下水數據統計分析。結果表明，研究區淺層地下水pH值范圍為：3.74～7.71，均值6.50，標準差為0.74，變異系數11.41%。標準差及變異系數均較小，該pH值范圍說明了淺層地下水處于一種酸性的環境。

礦化度變化范圍：51.02～957.29mg/L，均值497.18mg/L，標準差為244.27mg/L，變異系數51.93%，礦化度范圍表明受氣候、巖性等影響，地下水離子濃度在不同空間內有較大差異。

DO是表征水體水質好壞的重要指標。水體中的DO來自大氣中氧的溶解及水中植物光合作用釋放的氧[6]。常溫下水中的DO含量一般為8～14mg/L。樣品DO值在0.08～14.61mg/L范圍內，平均值2.19mg/L，影響水體DO濃度的因素復雜多變，各種因素間存在協同作用。

由表1可知，Ca2+質量濃度在研究區內的變化相對較大，濃度的最大值和最小值分別為164.6mg/L和1.74mg/L，平均值為71.19mg/L。研究區內大部分地區鈣離子質量濃度小于100mg/L，位于白堊系區域的水點濃度大于100mg/L，其余采樣點Ca2+濃度值相差不大。Mg2+質量濃度在研究區內總體上變化不大。第四系地區大部分濃度小于15mg/L，大于100mg/L的高值區出現在研究區北部的基巖裂隙區，最高值為53.95mg/L。Na+質量濃度在研究區內大部分小于150mg/L，最高值與最低值分別為120.9mg/L和2.87mg/L，平均值32.24mg/L。Cl-質量濃度分布總體上與Na+基本一致，大多小于200mg/L。SO2-4質量濃度為0～203.98mg/L，平均值54.51mg/L，濃度一般大于200mg/L，高值出現研究區北部白堊系地層。HCO-3質量濃度為3.02～589.58mg/L，平均值208.42mg/L，第四系地層區內，重碳酸離子濃度變化大。本區淺層地下水多為重碳酸型水，其次為重碳酸型與氯化物型混合型水，氯化物型、硫酸型、硝酸型混合水亦有少量分布。

3.2 水化學特征分布

由數據分析得，陰離子類型規律較為明顯。根據舒卡列夫分類法，根據濃度百分比做出陰離子水化學類型分布圖，陰離子類型統計見表2。由圖1和圖3看出，根據地下水的賦存、循環條件及巖性的變化，佛山市地層中第四系、古近系、白堊系、泥盆-二疊系，侏羅-三疊系的水化學類型具有一定的規律。

第四系覆蓋區的陰離子類型主要是重碳酸鹽型，重碳酸鹽、硫酸鹽型水在第四系零星分布，該區水量豐富，不僅是地下水補給區，也是地下水強徑流地帶。形成該水化學類型主要是因為水化學的溶濾作用，地下水在該區不斷交替，使得水中離子的重碳酸根為主要離子。因此研究區第四系覆蓋區內基本上為重碳酸鹽型水、重碳酸型硫酸型水、重碳酸鹽氯化物型水。

在第四系與基巖過渡區則出現硫酸鹽重碳酸鹽、硫酸鹽型、硫酸氯化物型水。如高明區西南部侏羅-三疊系地層和三水區東部、西部的白堊系地層附近，水化學類型中同時出現了重碳酸根、硫酸根、氯離子。這是由于這個地帶的水力傳導系數變小，地下水循環受到阻礙，補給區的地下水流經該地帶時，各大離子將會在該處聚集。同時在這個區域附近的TDS普遍較大，側面反映了該處地下水動力條件較弱，地層含鹽量較高，形成的水化學類型有硫酸鹽重碳酸鹽型水、硫酸鹽重碳酸鹽型水。

而在白堊系-古近系、泥盆系-二疊系、侏羅-三疊系等地層內出現水化學類型則以氯化物硫酸鹽、氯化物重碳酸鹽型、氯化物型水為主。這是因為該區水化學作用以蒸發排泄為主。強烈的蒸發作用，使得原本水量貧乏的基巖裂隙地層中的地下水不斷濃縮，碳酸鹽沉淀，留下氯離子、硫酸根等離子，形成高礦化地下水。

4 異常因子分布特征與分析

4.1 異常元素特征

研究區內發現氮的含量比較高。出現的形式有氨氮、硝酸鹽、亞硝酸，其中主要以硝酸根形式出現，其最大值為154.17mg/L，最小值為0.71mg/L，平均值為34.90mg/L。在數據分析過程中發現有幾處的硝酸根的毫克當量大于25%，水化學類型有較大變化。于是根據佛山市并沒有大量的硝鹽礦的情況，單獨考慮硝酸根含量，以K+，Ca2+，Na+，Mg2+，Cl-，SO2-4，HCO-3七大離子的含量排名劃分水化學類型。同時標記出硝酸根毫克當量百分數較大，這樣的水樣點出現的位置見圖3，這些水樣點陰離子類型如表3。

由圖4看出，高含量硝酸根的水樣點的分布具有一定的分布規律，硝酸根含量較高的地方出現均出現在白堊系-第三系、侏羅系-三疊系、泥盆-二疊系地層。共有15個，占總水樣的16.9%。這些地層是水量貧乏的地區，而對于第四系來說，由于水量交換迅速，即使水樣點監測出硝酸根，也不會影響地下水的水化學類型。結合表3圖3，可以看出氯化物型水的個數較多，對比圖2，可知氯化物與硝酸鹽出現的位置大體一致。對于這些地層來說，一般是含高鹽礦物，富水程度較弱的地區，因此氯離子含量，高的地區，相應的硝酸根含量也增高。

4.2 異常元素分析

在自然狀態下，氮只有在原生地層中出現。據此可考慮在研究區中的氮元素屬于人類活動造成，在不考慮氮的含量下計算的其他離子含量可作為其原生背景的水化學類型。在這個假設下，劃分水化學類型。根據劃分的水化學類型分布來看，可以明顯看出一些規律。在第四系地區淺層松散沉積物地區，陰離子類型基本以重碳酸離子為主。在地質圖也可以看出，水化學類型為重碳酸型水出現的地區富水性極強。在水力交替強烈的地區，地下水化學類型多為重碳酸型水。這是由于地下水的補給區，地下水的水文地球化學作用以溶濾作用占優勢，形成溶濾潛水區，水化學類型一般以重碳酸鹽型或重碳酸鹽硫酸鹽型水為主。比如山前傾斜平原（包括洪積斜平原與沖洪積傾斜平原）為地下水的徑流區，水力交替積極，潛水水化學類型一般以重碳酸鹽硫酸鹽型水占優勢。而在富水程度弱的地區，有白堊系、石炭系、古近系地層出露，該區氯離子逐漸升高，水化學類型多為氯化物型水。同時硝酸根出現在白堊系于第四系地層出露的交界處。由水動力條件可知，出現硝酸根區域水力條件較弱，比如在沖洪積平原邊緣地帶、盆地、洼地為地下水的排泄區或滯流區，水交替緩慢，加之潛水埋藏較淺，在蒸發作用下，潛水不斷濃縮礦化，硝酸根不斷聚集，地下水中的氮含量不斷升高，硝酸根含量升高。

5 結論

研究區位于珠江三角洲中部地區，該區域地下水陰離子類型分布與第四系地層沉積規律基本一致，為重碳酸鹽型向氯化物型演化，過度的類型以重碳酸鹽硫酸鹽型、硫酸鹽氯化物型、氯化物硫酸鹽型等類型為主。

水化學類型的復雜型受地層巖性的控制，在高鹽地層水化學類型會更加復雜。

硝酸根離子含量較高的水樣在本次取樣總數占比為16.9%，主要在第四系與白堊系交界處，成點狀分布。氮元素容易在水動力條件較弱的地區出現，如基巖裂隙水地區，沖洪積扇前緣。而人類生活污水、農業施肥、垃圾滲濾液下滲可能會加劇該處氮元素含量的增大。

參考文獻

[1] 王鳳林，毛緒美，王傲.基于GMS的佛山市軟土地面沉降預測研究[J].安全與環境工程，2009，16（06）：26-29.

[2]劉春燕，黃冠星，張英，荊繼紅，孫繼朝，劉景濤，陳璽，王建偉. 佛山東部地下水BTEX分布特征與來源[D]. 南水北調與水利科技， 2015.

[3]黃冠星，孫繼朝，汪珊，杜海燕，盧耀東，支兵發，陳彗川，陳璽. 珠江三角洲地下水有機氯農藥分布特征的初探[D]. 農業環境科學學報， 2008.

[4]黃寧. 物探方法在珠江三角洲地區地下水污染調查評價中的可行性研究[D]. 石家莊經濟學院， 2009.

[5]王傳珺，王玉廣，付元賓，吳英超，于姬，李晴，宮瑋. 遼東灣濱海地區海水入侵分布及地下水化學特征分析[D]. 防災科技學院學報， 2014.

[6]蔣春云. 太原市地下水化學特征及水質分析評價[D].中國地質大學（北京），2018.

作者簡介：

蔡霖（1996-），男，廣西，碩士研究生。研究方向：地下水科學與工程。