雄縣地下水多組分含量分析及水質評價

賈亮亮 田曉華

(河北省水文工程地質勘查院，石家莊 050021)

前言

地下水作為水資源的重要組成部分，在社會經濟發展中發揮了重要作用，保障了糧食安全生產[1]。地下水是河北省主要的供水水源，特別是在河北平原的廣大農村、壩上高原等地區，地下水甚至是唯一可利用的水源[2]。地下水化學成分比較復雜，要想快速準確測定出各組分的含量，需要采用容量法和多種儀器分析法的有機結合才能快速準確完成[3-4]。

目前，文獻報道較多的是單一方法測定地下水中的化學組分[5-6]，而對多種分析方法有機配套使用，以及通過數理統計分析地下水化學特征一并研究的報道較少。本文結合雄縣地理位置，采取43組地下水，通過儀器分析和容量分析有機結合的方式，對地下水中多種化學成分進行快速準確測定。按照《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)對水質現狀予以評價，研究結果對了解雄縣地下水水質現狀具有重要意義，同時也為該區地下水資源的合理開發利用和科學管理提供依據[7-8]。

1 實驗部分

1.1 樣品采集

用聚乙烯瓶作為采樣瓶，水樣采集前先用蒸餾水清洗3次，再用待采集水樣潤洗3次，采樣時嚴格防止氣泡進入。根據不同的測試指標，加入相應的保護劑，防止氧化、還原、吸附等物理、化學變化的發生，取樣后密封保存，送至實驗室檢測。樣品從取樣、保存、送檢均按標準嚴格管理，操作過程按照《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》中所規定的方法進行，共取地下水水樣43組。

1.2 儀器與試劑

Optima 7000 DV等離子體發射光譜儀(美國Perkin-Elmer公司)，IC-6000離子色譜儀(安徽皖儀科技股份有限公司)，PF6-3原子熒光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)，T6紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)，PHS-3C型酸度計(上海儀電科學儀器股份有限公司)。

鉀、鈉、鈣、鎂、砷、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氨標準儲備溶液(1 mg/mL)；氟化物、二氧化硅、亞硝酸鹽、碘化物標準溶液(100 mg/mL)。

1.3 儀器條件

電感耦合等離子體發射光譜儀：RF 功率1 350 W，等離子體氣流量13.0 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化氣流量0.8 L/min，樣品流速1.5 mL/min。

原子熒光光度計：燈電流50 mA，負高壓280 V，原子化溫度200 ℃。

離子色譜儀：色譜柱NJ-SA-4A(4 mm×250 mm)，淋洗液碳酸鈉(1.8 mmol/L)+碳酸氫鈉(1.7 mmol/L)，進樣體積50 μL，流速1.5 mL/min，柱溫30 ℃，抑制電流40 mA。

1.4 樣品測定

鉀、鈉、鎂、鈣采用ICP-OES測定，砷采用原子熒光光度計測定，硫酸鹽和硝酸鹽采用離子色譜法測定，氨、亞硝酸鹽、氟化物、偏硅酸、碘化物采用紫外分光光度法測定，氯化物、總硬度、總堿度、重碳酸鹽采用滴定法，溶解性總固體采用重量分析法。

2 結果與討論

2.1 樣品測定結果

從野外采取的水樣按實驗方法，對采樣點各組樣品進行測定，選取有代表性的8個樣品測定結果列于表1。

表1 采樣點各組分測試結果

2.2 精密度和準確度實驗

對一定濃度水平的有證標準物質進行多次平行測定，以考察方法的精密度和準確度，結果如表2所示，測得的均值在允許誤差范圍內，相對標準偏差為0.30%～3.7%，表明方法準確度較高，且具有良好的重現性。

表2 精密度和準確度實驗

2.3 方法檢出限

在儀器的最佳條件下，按照實驗方法重復n(n≥7)次空白實驗，將各測定結果換算為樣品中的濃度，計算n次平行測定的標準偏差，按公式MDL=t(n- 1，0.99)×S計算檢出限。分光光度法以扣除空白值后的值與 0.01 吸光度相對應的濃度值作為檢出限，滴定法根據所用的滴定管產生的最小液滴的體積來計算。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、 HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-、NO2-、F-、碘化物、偏硅酸、As的檢出限分別為0.020、0.005、0.011、0.013、0.04、1.2、1.0、0.75、0.40、0.004、0.10、0.002、1.3、0.001 mg/L。

2.4 水化學特征

地下水的化學成分是地下水與環境長期相互作用的產物，對其進行描述性統計分析是研究其水化學特征的基礎，分析結果見表3。

由表3可知：研究區地下水中pH值在7.06～8.50之間，均值為7.98，屬偏弱堿性水。在各評價指標中，pH值和偏硅酸含量在空間上變異最低(CV<30%)；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空間變異性最高(CV>100%)；其余指標的空間變異中等(CV=30%～100%)。

表3 地下水化學組分特征統計

該區地下水中陽離子均值由大到小順序為Na+>Ca2+>Mg2+>K+，以Na+為主；陰離子均值由大到小依次為HCO3->SO42->Cl->F-，以HCO3-為主。通過描述性統計分析地下水的化學成分有助于了解地下水中化學成分富集，變化規律。

2.5 水化學類型

對水質檢測結果進行舒卡列夫分類[9]，區內地下水化學類型共計8種，但以HCO3-Na型為主。進一步采用三元相圖對研究區內的地下水進行水化學分析，以反映水樣的一般化學特征及各種離子的相對含量。在陽離子三角圖中(圖1a)，水樣點大部分散落在三角形的頂部，只有三個點位的Ca2+、Mg2+相對含量較高；在陰離子三角圖中(圖1b)，水樣點絕大部分散落在三角形的右上部，Cl-貧乏。

圖1 三元相圖Figure 1 Ternary plot.

2.6 水質評價

采用《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)作為評價依據，對地下水質量分類(Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類)賦予值的12個化學組分進行水質評價。單指標評價：按指標值所在的限值范圍確定地下水質量類別，指標限值相同時，從優不從劣；地下水質量綜合評價：按單指標評價結果最差的類別確定，評價結果見表4。

從表4的評價結果可以看出，研究區水質總體狀況較好，多為Ⅱ類和Ⅲ類，適用于集中式生活飲用水水源及工農業用水；少數地區地下水化學組分含量較高，評價結果為Ⅳ類，適用于農業和部分農業用水，但適當處理后仍可做生活飲用水。

表4 水質評價結果

3 結論

通過野外調查取樣，采用儀器分析和容量法相結合的方式，對研究區內的43組地下水進行快速準確檢測，獲得實驗結果。綜合運用描述性數理統計分析，分析了雄縣地下水的主要離子特征，并運用綜合評價法對地下水質量予以評價。得到以下結論：

1)該區地下水偏弱堿性，地下水化學類型以HCO3-Na型為主；

2)pH值和偏硅酸含量在空間上變異最低；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空間變異性最高；其余化學組分的空間變異中等；

3)水質評價結果表明，該區地下水水質總體情況較好，多為Ⅱ水和Ⅲ類水。少數地區地下水化學組分含量較高，評價結果為Ⅳ類，適用于農業和部分農業用水，但適當處理后仍可做生活飲用水。