南通海門區淺層地下水水化學特征和水質狀況分析

張建忙 范冠宇 郭 華 陳琬鏡 包 力

(1.江蘇省地質環境勘查院 南京 211102；2.南通市土地復墾開發整理中心 江蘇 南通 226001)

地下水資源在自然生態環境中起著重要的調節作用，同時也是居民飲用水、工農業生產等用水工程中重要的一份子，淺層地下水作為其中的重要組成部分，與城鎮居民生活有著密切關系，因此必須著重關注淺層地下水的水化學特征和水質狀況。

地下水水化學特征受地質歷史演變過程中水巖相互作用的影響，在一定程度上可以反映周邊的地質環境情況[1]，分析當地的地下水體離子成分特征，可以在一定程度上解析形成該水體化學特征的基本過程，也能反映環境對于其組成的作用機制。

南通市海門區水資源量充足，區內多級水系遍布，地表水資源豐富，從其分布特征及可視性程度等可以反映出地表水環境的監測管理、生態保護以及法規建設等方面的管理力度碾壓地下水。目前地表水是城鎮居民的主要用水，但農村地區淺層地下水的開發利用仍較普遍。在過去的發展歷史中，南通市海門區主要開采第Ⅲ承壓含水層地下水作為生活、工業、養殖用水，僅有少數民井開采淺層地下水。隨著地下水壓采方案及相關保護政策的實施，深層地下水實行控制開采，經濟社會發展對水資源的需求愈發無法得到滿足，淺層地下水的開發利用越發受到重視和鼓勵。由于淺層地下水開發利用價值較低，歷史調查資料較少，含水層流場特征、水文地質參數以及水化學特征等研究較少，同時極少有關南通市海門區相應地下水環境質量的綜合評價[2]。

基于此，此次以《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)為依據，結合南通市海門區地質環境綜合調查項目中25處地下水樣指標數據，分析南通市海門區淺層地下水質量及其空間特征[3]，對了解區內地下水質量現狀具有現實意義，并且能為南通市海門區地區今后的淺層地下水開發、地下水環境污染防治以及生態修復提供理論支撐。

1 研究區概況

海門區位于江蘇省的東南部，東北瀕黃海，南倚長江，素有"江海門戶"之稱，與上海隔江相望，被譽為“北上海”[4]。地理坐標為東經121°04′～121°32′、北緯31°46′～32°09′，全境總面積1 48.71 km2，耕地面積564.95 km2，占總面積的49.2%[5]。境內地勢平坦，溝河縱橫，地表平均海拔4.96 m(以廢黃河為基準)[5]。地勢呈西北略高、東南偏低，西部最高處海拔5.2 m，東部最低處海拔2.5 m，南北橫截面呈弧形，兩頭低，中間高[5]。南靠長江口北支，有江岸線56.66 km。東鄰啟東市，東北瀕臨黃海，有海岸線11.37 km，西和北部和通州接壤[6]。研究區氣候為北亞熱帶海洋季風性濕潤氣候，年平均氣溫15.9 ℃，年平均降水量1 083.8 mm，主要分布在5～9月，約占全年降雨量的44%，年平均蒸發量1 303.5 mm。海門區屬典型的沿河水網地區，境內河流縱橫交錯，各河流屬長江水系，緊靠長江入海口，出江入海，水系發育，水資源豐富。主要河道為人工河道，形成三橫七豎的格局，區域內的河道已全部連通江水[7]。

松散巖類孔隙潛水含水系統是研究區主要淺層含水系統，全區廣泛分布，含水層(組)由第四系全新統組成[8]，厚度40～60 m，東厚西薄，含水層巖性為：上部以亞砂土及亞黏土為主，下部以粉細砂為主，砂層厚度一般在10～20 m左右，具有明顯的上細下粗的二元結構[9]。潛水水位埋深一般為1.0～2.0 m，水位動態受降水年周期變化的影響，沿江一帶與潮水位的漲落密切相關。單井涌水量一般小于100 m3/d，富水性較差，地下水礦化度1.0～3.0 g/L，水質差。

研究區內氣候濕潤，降水充沛，孔隙潛水含水層埋藏淺，廣泛發育，與地表水聯系緊密，兩者呈互補關系[10]。調查區潛水水位主要隨大氣降水變化，豐水期最高，平水期水位緩慢下降，至枯水期最低。同時潛水與長江水力聯系密切，呈互補關系，即豐水期長江水補給地下水，枯水期地下水補給長江水。

大氣降雨入滲，地表水體側向滲透、農田灌溉水的回歸等三項共同組成了孔隙水潛水含水層的補給[11]。由于本區地處長江三角洲河口地區，潛水含水層的巖性顆粒比較粗，滲透性比較好，因此逕流條件較好。

潛水蒸發，側向入滲地表水體以及向深部含水層越流補給和人工開采組成潛水垂直和橫向排泄的三項排泄途徑，其中人工開采，潛水蒸發是主要排泄途徑[11]。

2 淺層地下水化學特征分析

2.1 評價范圍與評價方法

本次地下水水質評價范圍主要為南通市海門區10 m以淺民井中的地下水[12]，不包括位于崇明島的海永鄉部分，評價區陸域面積為1 065.78 km2。依托于南通市海門區地質環境綜合調查項目，根據實際需要，對海門區淺層地下水進行了調查取樣，選取民井地下水采樣點25個(如圖1所示)，約每43 km2/個，取樣時間為2020年12月份至2021年3月份，處于枯水期。水樣按規范標準采取，并送至具有測試資質的江蘇省地質工程勘察院測試中心進行檢測。考慮到樣品的代表性、樣品點的控制性等因素[12]，同時為了全面了解水化學特征，依據《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)中的相關要求，確定測試指標共計32項，對25個水樣進行地下水水化學類型及水質評價[13]，并在此基礎上對全區地下水水化學類型和水質進行評價分析[14]。

圖1 民井取樣點分布圖Figure 1 Location of the sampling points of civilian wells.

根據地下水中6種主要陰陽離子(Cl-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Na+、Mg2+)的分布特征[12]，水化學分類采用舒卡列夫分類法，研究區內淺層地下水水化學分類情況如表1所示。

表1 舒卡列夫分類表Table 1 Schukarev classification table /個

2.2 淺層地下水水化學類型

區域地質情況、地貌形態、水文氣象特征，含水層組的巖性以及地下水的生成賦存條件共同決定了地下水的水化學特征[12]。HCO3-是研究區地下水水化學類型中的優勢陰離子，25組水樣中，23組為HCO3型，占水樣總數的92%；2組為HCO3·Cl型，占水樣總數的8%，分布在研究區東部和北部靠近海邊的河溝地帶，水化學類型可能跟海水的上溯有關。陽離子以Ca2+為主，25組水樣中，9組為Ca型，占水樣總數的36%；7組為Ca·Mg型，占水樣總數的28%；6組為Ca·Mg·Na型，占水樣總數的24%；2組為Na·Mg型，占水樣總數的8%；1組為Na·Ca型，占水樣總數的4%。水化學類型以HCO3-Ca為主，占水樣總數的36%，主要分布其次為HCO3-Ca·Mg，占水樣總數的28%。按礦化度大小分組，南通市海門區淺層地下水全部為A組[12](圖2)。

2.3 礦化度、總硬度、pH值分布特征

2.3.1 礦化度分布特征

研究區淺層地下水主要以淡水和微咸水為主，所取水樣中未見咸水及其他礦化度較高的水。88%的水樣礦化度含量≤1 g/L，大于1 g/L的僅占12%。其中最大值1.443 g/L，最小值0.404 g/L。根據礦化度含量對研究區進行分區，淡水區面積為937.89 km2，研究區的中部及南部大部分地區是主要分布地；微咸水面積127.89 km2，主要分布在研究區的西南部、北部、西北部地區，北部地區靠近海岸，微咸水跟海水的上溯存在一定的關系，具體詳見圖3。

圖3 民井礦化度圖Figure 3 Salinity map of civilian wells.

2.3.2 總硬度分布特征

研究區淺層地下水所取水樣的總硬度含量在232～519 mg/L，總體來說研究區淺層地下水硬度相對較低。總硬度含量<300 mg/L的占水樣總數的12%，300～450 mg/L的占76%，450～650 mg/L的占12%。研究區淺層地下水主要為硬水，造成水高硬度的主要原因，可能與該區石灰型土壤有關，土壤中多有鈣質結核顯示。研究區淺層地下水的總硬度分布情況詳見圖4。

圖4 民井總硬度分布圖Figure 4 Distribution diagram of total hardness of civilian wells.

2.3.3 pH值分布特征

研究區淺層地下水所取水樣的pH值在7.09～8.16，其中pH值7.0～8.0的占92%，大于8.0的占8%，pH值高的水樣點距離海門三廠工業園區較近，可能跟工業生產存在一定關系。pH值分布圖詳見圖5。

圖5 民井pH值分布圖Figure 5 pH value distribution diagram of civilian wells.

3 淺層地下水水質現狀評價

針對研究區所選取的25個民井地下水水樣，評價指標選取色度、濁度、pH值、TDS、總硬度、NO3-、NO2-、總鐵、碘化物、硼、CODMn、SO42-、氯化物和氟化物[15]共計14項。結合《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)中的相關規定[16]，確定Ⅲ類水標準值為地下水水質控制標準，分別進行單項組分和質量綜合評價[17]。民井的現狀水質類別通過單組分分析確定，然后按照超標率和最大超標倍數兩個指標進行評價[12]。

研究區淺層地下水總硬度超標率為12%，研究區總硬度超標倍數最大值出現在四甲鎮北面的街東村附近，超標1.15倍；地下水硝酸鹽超標率為64%，全區硝酸鹽超標倍數最大值出現在通啟運河邊的金鎖村附近，超標7.12倍；地下水溶解性總固體超標率為8%，最大超標倍數為1.16倍，出現在包場鎮以東的六東村附近；地下水中鐵超標率為88%，最大超標倍數為15.57倍，出現在臨江鎮以西的湯西村；地下水碘化物超標率為16%，最大超標倍數為2.75倍，出現在海門經濟技術開發區的新遠村附近；色度超標率為32%，最大超標倍數為9.66倍，出現在臨江鎮以西的湯西村；濁度超標率為12%，最大超標倍數為3.02倍，出現在悅來鎮西邊的云彩村附近。

研究區淺層地下水中亞硝酸鹽、氟化物、氯化物、CODMn、硫酸鹽、pH值、硼未檢出超標。

各檢測指標的單獨評價結果最終綜合確定取樣民井的水質類別[12]。評價結果表明，研究區25眼取樣民井中，符合地下水Ⅲ類水質類別要求的只有1眼，占取樣民井總數的4%。其余96%的民井為不達標井(Ⅳ類、Ⅴ類下同)，其中Ⅳ類水9眼，Ⅴ類水15眼，表明研究區淺層地下水已遭到相當程度的污染[12]。各取樣民井的水質評價結果如表2所示。

表2 潛水含水層民井水取樣質量綜合評價Table 2 List of comprehensive evaluation on sampling quality of civilian well water in phreatic aquifer

研究區民井水樣檢測結果中，除色度、濁度這兩個感官性狀指標外，超標最多的是硝酸鹽，其次為碘化物，鐵和溶解性總固體。其中碘化物受海進海退影響，鐵受沉積環境影響，屬于本底背景值偏高。

如前所述，以海相沉積為主，受沉積環境影響，淺層地下水水質總體較差，礦化度、總硬度及碘化物等本底值偏高，但由于可直接接受當地大氣降水入滲補給，并與地表水產生較頻繁的補徑排關系，水交替循環周期短，因而淺層水的水質在枯豐水期表現出完全不同的特征。主要是豐水期礦化度、總硬度低，枯水期高。

4 南通市海門區淺層地下水水質污染分析

根據分析結果確定硝酸鹽為研究區淺層地下水主要污染項目[18]，根據單井水質分析中所確定的硝酸鹽含量分別確定其水質類別，在此基礎上通過數據插分處理得到各類別水質的分布面積。以硝酸鹽地下水分類中的Ⅲ類及以上水質作為未受污染水，Ⅳ類作為輕度污染水，Ⅴ類作為重度污染水[19]。

根據評價結果可知：研究區淺層地下水污染面積為719.16 km2，占評價區面積的67.48%。其中輕度污染面積為239.11 km，占22.44%，重度污染面積為480.05 km，占45.04%，未受到污染的面積為346.62 km，占32.52%。重度污染區有2部分，其中一部分位于海門街道辦與三廠街道辦范圍內，應該與城鎮化進程及工業生產有關，另一部分位于東部的悅來以及北部的四甲、余東鎮以北地區，大部分為農村地區，可能與該地區的農業種植及畜禽養殖有關。研究區淺層地下水中硝酸鹽分布情況如圖6所示。

圖6 民井硝酸鹽含量分布圖Figure 6 Nitrate content distribution map of civilian wells.

在研究區調查發現，村村都有死水溝塘，有的環繞村莊分布，有的橫穿村莊，溝塘里深度一般2～4 m，寬7～10 m。居民多沿溝塘而居，在溝溏中洗衣、洗菜、淘米，鴨、鵝生活其中，雨水季節土壤中的殘留農藥和化肥隨徑流泄入溝塘，有的家庭作坊的污水也排入溝塘。實際上溝塘成了生活污水和有毒物質的匯集地。加之塘水終年不流動，造成塘水渾濁，魚蝦不生，枯雨季節塘底黑色的污泥散發出嗅味。不少居民的飲水井就打在溝塘旁邊，井深3～7 m左右，與溝塘死水深度近似，埋深土層又是砂土層，毫無疑問，受污染的溝塘死水通過滲透補給水井，污染飲水，造成有的井水硝酸鹽、亞硝酸鹽高。此外，院落布局的不科學也造成環境的污染。例如不少居民，水井和家中污水坑、豬欄以及廚房靠近，這直接影響井水的污染。

由于淺層水容易獲得補給，故也易遭受污染，水中“三氮”含量較高[20]。結合以往的研究基礎可以得出本區民井潛水中硝酸鹽具有以下特征：

硝酸鹽的來源主要是積肥、混合肥料，包括人畜糞便，動植物殘骸，垃圾、污物以及土壤中的有機結合氮[21]；硝酸鹽含量隨時間變化幅度較大，同一年份一般是豐水期較高，枯水期較低，8月份豐水期后出現高值；硝酸鹽含量也同潛水位有關，水位上升硝酸鹽含量增大，水位下降硝酸鹽含量減少，二者具有一致性。

綜上所述，地下水中三氮指標的增加，主要是人類活動引起的[22]。

5 結論

1)研究區淺層地下水為弱堿性水，其平均pH值為7.65，水體硬度相對較低，陰、陽離子中濃度最高的分別為HCO3-和Ca2+。地下水中TDS、總硬度以及主要常規離子的變異系數為中等變異，研究區地下水化學性質在空間分布上存在一定的分帶性。HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg型水是研究區淺層地下水主要的化學類型。

2) 研究區淺層地下水水質總體較差，大部分地區水質為Ⅳ類、Ⅴ類，礦化度、總硬度及碘化物等本底值偏高，淺層地下水污染面積為719.16 km2，占評價區面積的67.48%，主要污染項目為硝酸鹽。

3) 沉積環境的復雜性和臨江靠海的得天獨厚地形地貌決定了研究區淺層地下水中水化學成分(總鐵、碘化物、TDS及總硬度等)天然含量較高，后期的人類活動導致氨氮超標。