海南島瓊北盆地孔隙承壓水水化學(xué)特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)*

樊連杰 鄒勝章 盧 麗 劉鋒平 林永生 朱丹尼 周長(zhǎng)松

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西巖溶資源環(huán)境工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

地下水是水資源的重要組成部分，在保障我國(guó)城鄉(xiāng)居民生活用水、支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維持生態(tài)平衡等方面具有十分重要的作用[1-4]。相對(duì)地表水，地下水具有水量相對(duì)穩(wěn)定、不易受污染等特點(diǎn)[5-7]。海南島瓊北盆地地下水資源豐富，地下水是該地區(qū)重要的飲用水源，特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，地下水甚至是唯一供水水源[8-10]。瓊北盆地地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙潛水、火山巖潛水和上第三系松散固結(jié)巖類孔隙承壓水；潛水水質(zhì)受地表環(huán)境直接影響較大，且水量受降雨影響動(dòng)態(tài)變化較大，在保障生活和生產(chǎn)用水方面具有一定局限性，目前該類型地下水的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)相對(duì)較少。現(xiàn)階段瓊北盆地通過(guò)機(jī)井方式開(kāi)采孔隙承壓含水層地下水，由于長(zhǎng)期超量開(kāi)采，該地區(qū)承壓水水位下降，部分區(qū)域形成地下水位降落漏斗，而地下水位下降會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)惡化、海水入侵和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。隨著海南自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)和國(guó)際旅游島建設(shè)的不斷推進(jìn)，海南島地下水環(huán)境狀況受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，海南島瓊北盆地分布有海口、洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)等重要經(jīng)濟(jì)體，人口密集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)及工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)該地區(qū)地下水環(huán)境狀況造成一定威脅[11-13]。

目前關(guān)于海南島地下水的研究主要集中在橡膠種植區(qū)[14-15]、西南部濱海地帶、南部沿海、地?zé)崽锏染植啃》秶鶾16-21]，且在研究過(guò)程中并未考慮地下水含水層類型，缺乏針對(duì)區(qū)域性重要含水層地下水水化學(xué)特征和水質(zhì)方面的系統(tǒng)性研究。本研究通過(guò)在枯水期對(duì)海南島瓊北盆地孔隙承壓水采樣分析測(cè)試，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、圖解法和離子比值等方法，結(jié)合水文地球化學(xué)理論對(duì)該地區(qū)地下水進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究了其地下水水化學(xué)特征及主要控制因素，揭示了該地區(qū)自然過(guò)程和人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境的影響，為該地區(qū)地下水資源保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處海南島北部、西北部濱海平原和火山巖臺(tái)地，北瀕瓊州海峽，與雷州半島隔海相望，西臨北部灣，包括海口、澄邁、臨高和儋州等4個(gè)縣市的部分地區(qū)和整個(gè)洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，面積約4 580 km2。地理坐標(biāo)為19°36′57″N～20°5′10″N，109°5′46″E～110°39′36″E。屬于熱帶海洋季風(fēng)氣候，春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺(tái)風(fēng)暴雨。年平均氣溫23.6 ℃，年無(wú)霜期346 d，終年無(wú)冰雪。多年平均降水量1 737 mm，多年平均蒸發(fā)量1 807 m。地勢(shì)平緩，地形呈波狀起伏，總體呈南高北低，海拔一般在100 m以下。根據(jù)地貌成因和形態(tài)特征，海南島瓊北盆地可分為山前剝蝕堆積波狀平原、火山巖臺(tái)地、河流侵蝕堆積平原和濱海堆積平原等4個(gè)大區(qū)。研究區(qū)位于雷瓊盆地南緣，東起海口東寨港，東西向的王五—文教深大斷裂為研究區(qū)的南部邊界，瓊州海峽為研究區(qū)北部和西部邊界，內(nèi)部受東北向臨高斷裂和西北向馬裊斷裂、顏春嶺—道崖斷裂和榮山—嶺南斷裂的切割，北臨瓊州海峽。地表出露地層有白堊系鹿母灣組，新近系上新統(tǒng)海口組，第四系更新統(tǒng)秀英組、多文組、北海組、道堂組、石山組，第四系全新統(tǒng)石山組、瓊山組、煙墩組；隱伏分布古近系長(zhǎng)流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈角樓組和海口組。地下水按賦存壓力狀況可分為潛水和承壓水兩大類，分別賦存于火山噴發(fā)巖、第四紀(jì)松散層和第三紀(jì)沉積的半固結(jié)-固結(jié)巖層中。研究區(qū)基底和邊緣的白堊紀(jì)碎屑巖、部分寒武紀(jì)變質(zhì)巖和中生代巖漿巖賦水透水性差，為系統(tǒng)的隔水底板。新第三紀(jì)以來(lái)，研究區(qū)仍位于凹陷區(qū)，處于海侵狀態(tài)，沉積了一套半固結(jié)、固結(jié)、松散碎屑巖及黏土，構(gòu)成一套多層組、各層組間有弱透水層存在且有一定水力聯(lián)系的孔隙承壓含水系統(tǒng)[22-24]。

2 樣品采集與分析方法

圖1 研究區(qū)地下水采樣點(diǎn)分布

3 結(jié)果與討論

3.1 地下水水化學(xué)特征

表1 研究區(qū)地下水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)1)

注：圖中的數(shù)值為毫克當(dāng)量(以 1 mg H作為參照)百分?jǐn)?shù)。

3.2 地下水水化學(xué)特征的主要控制因素

多元統(tǒng)計(jì)方法可用于識(shí)別地下水水化學(xué)特征形成與演化過(guò)程。相關(guān)性分析可以對(duì)多組變量元素進(jìn)行分析，反映離子之間相關(guān)程度，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越接近1，相關(guān)性越大[26]。研究區(qū)地下水水化學(xué)特征因子分析結(jié)果見(jiàn)表2，相關(guān)性分析見(jiàn)表3。

表2 研究區(qū)地下水水化學(xué)特征因子載荷和共同度

表3 地下水各組分間的相關(guān)系數(shù)1)

注：Na+/(Na++Ca2+)和均為摩爾比。

注：與Ca2+/Na+均為摩爾比。

通常認(rèn)為Na+和K+來(lái)源與大氣降雨、硅酸鹽礦物和蒸發(fā)巖類礦物溶解有關(guān)，Na+和Cl-毫克當(dāng)量濃度可用來(lái)反映地下水中Na+和K+的來(lái)源。海水和大氣降水的Na+和Cl-毫克當(dāng)量濃度比值為0.86，在未受人類活動(dòng)影響條件下，地下水中Na+和Cl-毫克當(dāng)量濃度比值等于或接近于1時(shí)，一般認(rèn)為巖鹽溶解是地下水中Na+和Cl-的主要來(lái)源[32]。由圖5(a)可見(jiàn)，研究區(qū)地下水采樣點(diǎn)大部分分布于1∶1當(dāng)量線附近，但仍有部分采樣點(diǎn)在1∶1當(dāng)量線之上，說(shuō)明研究區(qū)地下水中除蒸發(fā)巖和硅酸鹽巖對(duì)地下水中Na+和K+的來(lái)源有主要貢獻(xiàn)外，可能還受到陽(yáng)離子交替吸附作用影響，使得Na+和K+含量高于Cl-含量。

圖5 研究區(qū)地下水主要離子關(guān)系

3.3 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)，根據(jù)水樣分析測(cè)試結(jié)果對(duì)研究區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)是按單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果最差的類別確定水質(zhì)類型。研究區(qū)40個(gè)地下水采樣點(diǎn)中，Ⅱ類水點(diǎn)有6個(gè)，占15.0%，該類水可適用于各種用途；Ⅲ類水點(diǎn)有18個(gè)，占45.0%，該類水主要適用于集中式生活飲用水水源和工農(nóng)業(yè)用水；Ⅳ類水點(diǎn)有11個(gè)，占27.5%，超標(biāo)因子有Mn、pH、Pb、Zn、As，該類水適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水，適當(dāng)處理后可作為生活飲用水；Ⅴ類水點(diǎn)有5個(gè)，占12.5%，超標(biāo)因子有Al、Hg、pH，該類水不宜作為生活飲用水水源。

表4 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖6 地下水水質(zhì)分布

4 結(jié) 論

(2) 海南島瓊北盆地地下水水化學(xué)特征主要受水巖作用過(guò)程的礦物溶解影響，其中以硅酸鹽礦物的溶解為主，蒸發(fā)巖和碳酸鹽礦物的風(fēng)化溶解也有一定的貢獻(xiàn)，大氣降雨和蒸發(fā)濃縮的影響不明顯。Na+和K+的來(lái)源主要是蒸發(fā)巖和硅酸鹽巖，Ca2+和Mg2+主要來(lái)源于碳酸鹽礦物的溶解。

(3) 海南島瓊北盆地地下水水質(zhì)以Ⅲ類水為主，Ⅱ類和Ⅲ類水占比合計(jì)為60%，總體水質(zhì)較好，Ⅳ類和Ⅴ類水主要分布在地下水徑流區(qū)和排泄區(qū)，以濱海排泄區(qū)為主，Ⅳ類和Ⅴ類水的超標(biāo)因子均含pH，且地下水酸化，超標(biāo)因子Al和Mn與地質(zhì)背景有關(guān)。