廣州市沿海地區(qū)淺層地下水質(zhì)量評價

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.廣州市水務科學研究所，廣東 廣州 510220)

為有效保護地下水資源，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，廣州市開始實施最嚴格水資源管理制度，禁止南部沿海地區(qū)開采地下水。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的加劇，污水排放量的增加，不可避免會影響水循環(huán)，進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，但研究區(qū)域的范圍較大，評價指標單一，難以全面了解廣州沿海地區(qū)的地下水質(zhì)量。基于此，本文通過對廣州南部沿海地區(qū)地下水質(zhì)量的綜合評價，對影響地下水水質(zhì)的相關(guān)因素進行探討，可為相關(guān)部門治理和保護地下水提供依據(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，南面是珠江入海口。研究區(qū)屬南亞熱帶季風性海洋氣候，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，地下水流向總體趨勢從北向南[5]。

2 樣品采集與檢驗方法

本次研究共布設采樣點18個(見圖1)，采樣點深度范圍為27～92 m。所有采樣點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原狀，或?qū)τ克枯^大的井長時間抽水，使井內(nèi)的地下水得到充分循環(huán)更新。檢測指標包括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)、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，所有項目的檢驗方法均按《生活飲用水標準檢驗法》(GB 5750—2006)[6]執(zhí)行。

圖1 研究區(qū)采樣點分布示意

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水超標項目

采用《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)[7]作為評價依據(jù)，對72組水樣的檢測結(jié)果進行分類，以Ⅲ類標準限值(適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水)作為超標標準，統(tǒng)計分析每年超標比例大于10%的超標項目。根據(jù)表1～2可知，研究區(qū)地下水的主要超標指標有9項，超標率在23.6%～77.8%之間，按超標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類標準限值的26倍和264倍，錳的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的23倍和100倍，耗氧量的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的7倍和35倍，氯化物的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的19倍和98倍，總硬度的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的5倍和18倍，溶解性總固體的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的9倍和46倍，鐵的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的15倍和264倍，硫酸鹽的平均值和極大值分別是Ⅲ類標準限值的1倍和36倍，pH值的平均值屬于Ⅲ類。

表1 地下水主要超標指標的超標率統(tǒng)計 %

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

3.2 地下水綜合質(zhì)量

1)地下水質(zhì)量級別分布

根據(jù)單指標綜合評價法[8]，計算得到各采樣點地下水的綜合質(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%，采樣點主要位于研究區(qū)的中部；Ⅴ類水占84.7%，采樣點遍及整個研究區(qū)。評價結(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：一是單指標評價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)特點決定了其礦化度、溶解性總固體、氯化物等指標本底值較高，對地下水質(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 單指標綜合評價法評價結(jié)果統(tǒng)計 組

2)地下水質(zhì)量時空分布特征

基于主成分分析法[9]，計算得到18個地下水采樣點72組水樣19項指標的綜合評分值。由表4可知，2018年雨季有15個采樣點地下水的綜合質(zhì)量優(yōu)于2017年雨季，2018年旱季18個采樣點地下水的綜合質(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)量優(yōu)于2017年；2017年有11個采樣點雨季地下水的綜合質(zhì)量優(yōu)于旱季，7個采樣點旱季地下水的綜合質(zhì)量優(yōu)于雨季，2018年有10個采樣點雨季地下水的綜合質(zhì)優(yōu)于旱季，8個采樣點旱季地下水的綜合質(zhì)量優(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的采樣點有6個位于南沙區(qū)，3個位于番禺區(qū)，旱季地下水的綜合質(zhì)量排名前9的采樣點有5個位于番禺區(qū)，4個位于南沙區(qū)，說明研究區(qū)雨季南沙區(qū)地下水的綜合質(zhì)量優(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 主成分分析法評價結(jié)果

3.3 水質(zhì)影響因素分析

1)鹽分指標的影響因素

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)地下水鹽分超標主要是受自然因素影響，來源于海水。

2)重金屬指標的影響因素

廣州市地勢總體呈北高南低，北部丘陵區(qū)多為地下水系統(tǒng)的補給區(qū)，其氧化還原環(huán)境往往都是強氧化環(huán)境，導致其釋放出來的鐵離子和錳離子也以高價的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，較容易進入地下水中。因此，研究區(qū)地下水中鐵、錳含量較高。同時，pH值偏低會導致地下水中鐵、錳含量升高；部分污染較嚴重的地表水也會影響地下水中鐵、錳的含量。

3)理化指標的影響因素

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，因緊鄰海洋受到海水影響。pH值的變化機制較復雜，需進一步研究。

4)營養(yǎng)鹽指標的影響因素

地下水中氨氮主要來源于人類活動，包括化學肥料、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，這也是國內(nèi)外地下水氨氮普遍超標的主要原因。本次研究采樣點主要位于農(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)有機物指標的影響因素

耗氧量反映的是水中還原性物質(zhì)主要是有機物，主要來源于動植物的分解以及生活污水和工業(yè)廢水的排放。當水體被有機物污染后，耗氧量便會增加。研究區(qū)地下水中耗氧量超標，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。研究區(qū)超標指標主要有氨氮、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，超標率在23.6%～77.8%之間。從時間上看，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主要受海水影響，鐵、錳等重金屬指標主要受氧化還原環(huán)境影響，pH值同時受酸雨和海水影響，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)。