柳江流域巖溶地下水質(zhì)量與污染評價

楊 林 朱 明 何 愿

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，廣西 桂林 541004)

西南巖溶區(qū)是全球連片分布面積最大的碳酸鹽分布區(qū)，且降水豐沛，氣候濕熱，巖溶十分發(fā)育，巖溶地下水系統(tǒng)復(fù)雜而脆弱，對氣候變化和人類活動的響應(yīng)十分顯著[1-2]。巖溶區(qū)天然防滲過濾層很薄，甚至裸露，巖溶地下水極易受到污染，是巖溶地區(qū)經(jīng)濟和生態(tài)良性發(fā)展的制約因素[3-4]。本文以廣西柳江流域為研究區(qū)，通過對流域內(nèi)主要巖溶地下水點的地下水質(zhì)量與污染進行評價，分析流域地下水質(zhì)量和污染現(xiàn)狀及其影響因素，對巖溶地下水資源利用和水生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 自然地理

柳江流域位于桂中地區(qū)，地貌總體為巖溶平原溶崗溶丘地貌，呈盆地狀。河流大多沿傾斜面地勢從西北向東南流，形成樹枝狀水系。柳江為珠江流域西江水系的第二大支流，全長755km，流域面積為58400km2，較大支流有寨蒿河、尋江、融江、龍江、洛清江等。柳江流域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫18～20℃，年降水量為1300～1940mm，4—8月為雨季，降雨量占全年的70%以上。本次柳江流域巖溶地下水調(diào)查區(qū)主要包括融江、龍江流域及柳江中下游段，面積約20000km2。以巖溶地貌為主，沿河階地、耕地集中，人口稠密。

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)泥盆、石炭、二疊系地層碳酸鹽巖發(fā)育，巖石質(zhì)純、易溶，大面積連續(xù)分布。由于構(gòu)造運動，西、北部強烈上升，導(dǎo)致柳江流域上游的龍江、融江地下水坡度大。在強烈上升環(huán)境中，破碎帶及共軛節(jié)理使地下水河流、溶洞發(fā)育快，巖溶強烈發(fā)育。區(qū)內(nèi)廣泛分布上百條地下河，分別匯集各集水區(qū)地下水，完成自然界水循環(huán)。柳江下游由于地殼上升緩慢，長期是匯水環(huán)境，巖溶側(cè)向發(fā)育，地貌多形成峰林或?qū)捁绕皆５叵鹿艿老到y(tǒng)發(fā)育較均勻，形成含水層中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，故柳江下游平原上多溶潭溶井，地下河不明顯。地下水位埋深淺，巖溶水分布較均勻。

裂隙水主要賦存于前泥盆系碎屑巖中，廣泛分布于北部九萬大山、元寶山、天平山及東部大瑤山，多屬潛水。該流域因第四系不發(fā)育，又因松散堆積主要是黏性土，故孔隙水在該區(qū)分布有限，主要見于谷地及柳江兩岸階地堆積中。

2 采樣與測試

依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、土地利用和污染源分布狀況，在區(qū)域控制的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇重要地下水水源地，國家級、省級地下水監(jiān)測孔，巖溶大泉(泉群)、重要污染源附近的監(jiān)測井等井孔或水點進行取樣。巖溶水點選擇流動性水點進行布設(shè)，其中枯季流量大于50L/s的巖溶大泉和地下河出口點為必須取樣點。匯水面積超過50km2的區(qū)域為必須取樣區(qū)，視巖溶水點出露情況布置采樣點。選擇在區(qū)域上具有代表性的水點(井、泉等)作為采樣點，同時對松散巖類孔隙水、碎屑巖裂隙水作適當?shù)乜刂啤２蓸訒r間為平水期。本次調(diào)查過程中特別強調(diào)嚴格質(zhì)量控制，包括樣品野外采集質(zhì)量控制和室內(nèi)測試質(zhì)量控制。采集地下水樣點151個，所取水樣多為巖溶大泉水或地下河出口水，測試指標為70項，包括現(xiàn)場物理化學(xué)指標、無機物指標和有機指標。

3 地下水質(zhì)量和污染評價方法

3.1 地下水質(zhì)量評價方法

本次評價綜合《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價規(guī)范》(DD2008—01)和《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)，確定參評基礎(chǔ)指標共49項，見表1。地下水質(zhì)量單指標評價，按指標值所在的指標限值區(qū)間確定地下水質(zhì)量類別，指標限值相同時，從優(yōu)不從劣[5]。地下水質(zhì)量綜合評價，按單指標評價結(jié)果的最差類別確定。

表1 地下水質(zhì)量評價指標

3.2 地下水污染評價方法

地下水污染評價主要是基于目標組分的檢出和超標情況進行。本次地下水污染指標包括三氮(硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮)、重(類)金屬[鉛、鎘、鉻(六價)、砷、汞]、48項有毒有害有機污染物等，見表2。

表2 地下水污染評價指標

以環(huán)境背景值和《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ類水的水質(zhì)指標為參考對照，構(gòu)建計算公式：

(1)

式中：Pki為k水樣第i個指標的污染指數(shù)；Cki為k水樣第i個指標的測試結(jié)果；C0為k水樣無機組分i指標的背景值，有機組分等原生地下水中含量微弱的組分背景值按零計算；CⅢ為《地下水質(zhì)量標準》中指標i的Ⅲ類指標限值。

利用式(1)分別計算各水樣點單指標污染指數(shù)，按表3中污染指標分級標準，確定每一個指標污染等級。每個水樣點地下水綜合污染等級按單指標評價結(jié)果的最高類別確定。

表3 單指標污染指數(shù)分級標準

背景值采用比擬法確定，利用1975—1979年龍江南岸工作區(qū)Ⅲ類以上水質(zhì)分析結(jié)果、2011年《廣西重點巖溶流域地下水勘查與開發(fā)示范報告龍江流域下游南岸段》巖溶地下水系統(tǒng)上游無污染區(qū)水質(zhì)分析結(jié)果，進行比擬分析確定本次工作區(qū)背景值。

4 地下水質(zhì)量評價

根據(jù)本次取樣測試數(shù)據(jù)，柳江流域地下水質(zhì)量總體良好，151個樣品中，49.67%為Ⅱ類水質(zhì)，32.45%為Ⅲ類水質(zhì)，9.27%為Ⅳ類水質(zhì)，8.61%為Ⅴ類水質(zhì)，地下水質(zhì)量綜合評價結(jié)果見圖1。

圖1 柳江流域地下水質(zhì)量綜合評價

影響地下水質(zhì)量的主要有亞硝酸鹽、砷、pH值、錳、耗氧量、鐵、氟化物7個指標，其在14個Ⅳ類水質(zhì)樣品中的貢獻率，以亞硝酸鹽最大，為57.14%，其次是pH值、錳、砷，為14.29%，氟化物、鐵、耗氧量貢獻率相對較小，為7.14%，有3個樣品的2個指標同為Ⅳ類。在13個Ⅴ類水質(zhì)樣品中的貢獻率，以亞硝酸鹽最大，為92.31%，其次是氟化物,為7.69%。Ⅳ～Ⅴ類水影響因子貢獻率見表4。

表4 Ⅳ～Ⅴ類水影響因子貢獻率

Ⅳ～Ⅴ類地下水普遍受亞硝酸鹽影響，多分布于峰叢、峰林谷地低洼地區(qū)，土地利用類型以農(nóng)田、旱地、菜地、村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，所處地形均易匯水，為地下水系統(tǒng)排泄區(qū)，所以亞硝酸鹽指標受農(nóng)業(yè)活動影響最大，其次為村屯城鎮(zhèn)生活廢水排放、工業(yè)廢水排放影響。砷、錳指標也多受農(nóng)田施用農(nóng)藥化肥影響。鉛、氟化物指標，受養(yǎng)殖廢水、生活排污溝分布、漏失影響。pH值指標則受成土母巖環(huán)境影響。

5 地下水污染評價

根據(jù)多指標地下水污染綜合評價結(jié)果，柳江流域無污染樣品3個，占總樣品數(shù)的1.99%；輕污染97個，占64.24%；中污染27個，占17.88%；較重污染4個，占2.65%；嚴重污染3個，占1.99%；極重污染17個，占11.25%。地下水污染綜合評價結(jié)果見圖2。

圖2 柳江流域地下水污染綜合評價

整體上，流域處于輕度污染，局部地區(qū)出現(xiàn)中—極重污染。污染因子為亞硝酸鹽、硝酸鹽、砷、汞、鉛、氨氮6個指標，以硝酸鹽、砷污染最為普遍，其次為亞硝酸鹽極重污染，其他影響指標零星分布。其中，柳江流域11.26%的樣品出現(xiàn)亞硝酸鹽極重污染，1.99%的樣品出現(xiàn)砷嚴重污染，1.32%的樣品出現(xiàn)汞較重污染。較重污染—極重污染指標見表5。

表5 較重污染～極重污染指標

柳江流域地下水有機組分檢出率為1.99%，為甲烷和三氯甲烷，采樣點上游無明顯污染源，可能跟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動有關(guān)。

6 結(jié) 論

本次以區(qū)域調(diào)查、取樣為主要工作手段，評價地下水質(zhì)量和污染狀況，結(jié)果主要反映柳江流域巖溶區(qū)地下水質(zhì)量和污染狀況。評價結(jié)果表明，柳江流域巖溶地下水質(zhì)量良好，影響因子主要為亞硝酸鹽、氟化物、砷和pH值，受農(nóng)業(yè)活動影響最大。柳江流域巖溶地下水整體上處于輕度污染，以三氮污染、砷污染最為普遍，主要受農(nóng)業(yè)施用農(nóng)藥化肥、有機肥污染影響。研究成果可為相關(guān)政府部門的決策及進一步研究提供參考。