南通城區(qū)淺層地下水水化學特征與水質評價分析

陳亞楠，朱國仙，倪江河

(江蘇省地質環(huán)境勘查院，江蘇 南京 211102)

1 概述

南通地區(qū)地下水開采歷史較長，自二十世紀五十年代開始，城鄉(xiāng)普遍開采地下水作為生活、工業(yè)、養(yǎng)殖用水。二十世紀九十年代達到開采高峰，但主要開采層位是第Ⅲ承壓含水層。潛水含水層由于富水量相對較少，僅上世紀70年代有少數民井開采。而近些年，隨著經濟社會發(fā)展對水資源的需求愈發(fā)無法得到滿足，而地下水超采問題及由此引發(fā)的地質環(huán)境問題則越發(fā)嚴重，南通地區(qū)實施區(qū)域供水，深層地下水實行控制開采。深層地下水資源作為寶貴的淡水資源被嚴格保護的同時，淺部的潛水和第Ⅰ承壓微咸水資源的開發(fā)利用越發(fā)受到重視和鼓勵。近些年，隨著洗車、紡織行業(yè)的迅速發(fā)展，開采潛水用于洗車和紡織廠房冷卻，一定程度上緩解了地下水資源的供需矛盾。

潛水是指埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定隔水層以上，且具有自由水面的重力水。潛水作為一個開放的含水層，上層無隔水層，與地表水、大氣降水、農田灌溉水聯(lián)系密切，極易受到人類活動影響，這也為潛水污染創(chuàng)造了便利的條件。而南通市域由于潛水資源量較少，開發(fā)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。因此開展南通市淺層地下水水質調查評價迫在眉睫。

根據調查需要，本次對南通市城區(qū)淺層地下水進行了調查取樣，采取42件，依據《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)確定測試指標共計11項，并對區(qū)域淺層地下水水質進行了評價。評價區(qū)域范圍南通市城區(qū)，包括南通市崇川區(qū)、港閘區(qū)、經濟技術開發(fā)區(qū)和通州區(qū)平潮鎮(zhèn)、先鋒街道、川港鎮(zhèn)、張芝山鎮(zhèn)及興仁鎮(zhèn)和城區(qū)的部分區(qū)域，面積約800 km2。

2 淺層地下水含水層地質特征

南通市城區(qū)潛水含水層由全新統(tǒng)三角洲相粉土、粉砂、粉細砂組成，含水層厚度一般20～30 m，區(qū)內廣泛分布。含水層巖性變化較大，開發(fā)區(qū)南興往東一帶含水砂層分上、下兩層，下層厚度10～20 m，中間為亞粘土，下層水具微承壓性。潛水水位埋深一般0.45～2.88 m，水位動態(tài)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。單井涌水量一般為300～1 000 m3/d，在任港街道、文峰街道、狼山街道一線的單井涌水量為100～200 m3/d，通州區(qū)金新街道局部地區(qū)單井涌水量約為1 200 m3/d。

調查區(qū)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(lián)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。

3 淺層地下水水化學特征

3.1 淺層地下水水化學類型

(1)本次對評價區(qū)22個深度小于10 m潛水井和20個井深30 m(過慮器10～30 m)潛水井的地下水進行取樣分析，按舒卡列夫分類法對地下水類型進行統(tǒng)計分類，結果表明調查區(qū)內潛水(小于10 m)水質類型有7種類型，以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Mg、HCO3-Na型水為主，占81.82%；其次為HCO3·Cl-Na·Ca型水，占9.09%；HCO3·SO4·Cl-Na·Ca·Mg型水和HCO3·SO4-Na·Ca型水，均占4.55%。

潛水(10～30 m)水質類型較復雜，共有10種類型，以HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca型水為主，占60%；其次為Cl-Na型水，占15%；HCO3-Na·Ca、HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Mg型水占15%；HCO3·SO4·Cl-Na·Mg型水占5%。(表1、圖1、圖2)。

圖1 潛水(小于10m)水化學類型圖 圖2 潛水(10～30m)水化學類型圖

表1 舒卡列夫分類表(地下水類型統(tǒng)計，單位：個)

(2)根據主要陽離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)和陰離子(HCO3-+CO32-、SO42-、Cl-)的毫克當量濃度，將大于25%毫克當量百分數的離子參與水化學類型的分類命名，對潛水水質繪制Piper三線圖。

從Piper三線圖(圖3)分析可得，潛水(小于10 m)水化學類型基本屬于HCO3-，潛水(10～30 m)水化學類型基本屬于HCO3-·Cl-型水。水化學分類較多，說明該含水層受地表水水質的影響較大，深度小于10 m地下水受大氣降水影響，地下水淡化，大部分區(qū)域地下水為淡水。深度大于10 m地下水受大氣降水影響較弱，地下水礦化度仍較高。

圖3 潛水水化學類型圖

3.2 礦化度、總硬度、pH值及各化學組分分布特征

3.2.1 礦化度

潛水(小于10 m)水質受大氣降水影響，水循環(huán)較快，基本已淡化，礦化度即礦化度為1 g/L左右。深部潛水的水質較復雜，在垂向上及水平方向上變化極大，有淡水、微咸水、局部為鹽水。受長江水補給，長江沿線一帶水質小于1 g/L，礦化度向東逐漸增大，竹行、先鋒、興仁礦化度3～10 g/L，川姜鎮(zhèn)北部局部礦化度達12 g/L(見圖4)。

圖4 潛水(10～30m)礦化度分區(qū)圖 圖5 潛水(10～30m)Cl-濃度分區(qū)圖

3.2.2 總硬度

潛水(小于10 m)總硬度107.6～590.0 mg/L，潛水(10～30 m)總硬度濃度232～2 920.0 mg/L，硬度較高，在東方紅農場一線以南以及川姜鎮(zhèn)北部地區(qū)為特硬水。

3.2.3 pH值

潛水PH值均在7.1～7.76之間，屬中性水。綜合對比分析全區(qū)潛水水化學特征，長江沿線一帶水質較好，自西向東水質逐漸變差。

3.2.4 氯離子

潛水(小于10 m)Cl-濃度為12.4～226.9 mg/L，總體較低；潛水(10～30 m)Cl-濃度95～7 038.6 mg/L，自西向東濃度逐漸增大，長江沿線一帶的Cl-濃度最低，川姜鎮(zhèn)一帶的Cl-濃度最高(圖5)。

3.2.5 重碳酸根離子

潛水(小于10 m)水質HCO3-濃度為268.5～814.6 mg/L，區(qū)域上濃度變化不大；潛水(10～30 m)HCO3-濃度516.2～1 661.6 mg/L，自西北向東南濃度逐漸變大，在東方紅農場以南、江心沙一帶濃度最高，長江沿線一帶HCO3-濃度在500～600 mg/L。

3.2.6 硫酸根離子

區(qū)內潛水的SO42-濃度較低，大部分地區(qū)SO42-濃度低于250 mg/L，達到Ⅲ類水水質標準，僅金沙街道北部出現異常，SO42-濃度較高，達到499.5 mg/L(圖6)。

圖6 潛水(10～30m)SO42-濃度分區(qū)圖(單位：mg/L)

4 地下水水質評價

4.1 評價標準

本次評價采用《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)，該標準根據我國地下水水質現狀、人體健康基準值及地下水質量保護目標，并參照生活飲用水、工業(yè)農業(yè)用水水質要求制定，比較全面。

《地下水質量標準》將地下水質量劃分為五類，各類的水質特征：

Ⅰ、Ⅱ類水主要反映地下水化學組分的天然背景值(Ⅰ類為天然低背景值)，水質適用于各種用途；

Ⅲ類水是以人體健康基準值為依據，適用于生活飲用及工農業(yè)供水；

Ⅳ類水是以工農業(yè)用水要求為依據，水質適用于工農業(yè)供水，經適當處理后也可作為生活供水水源；

Ⅴ類水不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。

4.2 評價方法

本次依照《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)，采用單指標評價和質量綜合評價法。

單項組分評價：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(yōu)不從劣。

質量綜合評價：按單指標評價結果最差的類別確定，并指出最差類別的指標。

4.3 評價結果

按照上述地下水質量標準進行質量綜合評價，經統(tǒng)計，潛水(井深小于10 m)水質優(yōu)于Ⅲ類水占27.3%，Ⅳ類型水占36.4%，V類水占36.3%，主要為氨氮、硝酸鹽氮、總硬度超標；潛水(井深10～30 m)水質優(yōu)于Ⅲ類水占5.0%，V類水占95.0%，水質較差，僅有1件水樣為III類水。

潛水中主要超標指標為耗氧量、氨氮、氯離子、礦化度、總硬度、鈉離子超標(見表2，圖7、圖8)。潛水(井深小于10 m)水質優(yōu)于潛水(井深10～30 m)，影響10 m以下潛水水質的指標主要為耗氧量、氯離子、礦化度、鈉離子，10 m以上潛水由于受大氣降水影響，逐漸淡化，氯離子、礦化度、鈉離子等指標降低，使其水質優(yōu)于10 m以下地下水。

表2 潛水含水層深井水取樣質量綜合評價一覽表

圖7 潛水(小于10m)水質質量綜合評價圖 圖8 潛水(10～30m)水質質量綜合評價圖

綜合分析，潛水(井深小于10 m)部分可以作為生活飲用及工農業(yè)供水，主要分布于沿江一帶～文峰街道、金沙鎮(zhèn)及川姜鎮(zhèn)，平潮鎮(zhèn)～劉橋鎮(zhèn)、興仁街道及工作區(qū)東南角水質多為Ⅳ類水，可用于工農業(yè)供水，經適當處理后也可作為生活供水水源；中部地區(qū)潛水(井深小于10 m)水質較差，為Ⅴ類水，不宜飲用。

潛水(井深10～30 m)以Ⅴ類水為主，不宜飲用。

4.4 潛水水質惡化原因分析

南通地區(qū)潛水受全新統(tǒng)沉積環(huán)境影響，其含水砂層海相沉積砂層為主，導致潛水水質總體較差，礦化度、氯離子、鈉離子及總硬度等本底值偏高，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(huán)周期短，因而西部地區(qū)淺層水的水質逐年向好的方向發(fā)展，表現在礦化度、總硬度逐漸降低。另一方面，也正是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。

結合以往的研究基礎可以得出本區(qū)潛水中硝酸鹽具有以下特征：

(1)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；(2)硝酸鹽在地域上呈點狀污染；(3)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；(4)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、硫酸鹽等指標的增加，主要是人類活動引起的。

5 結語

(1)南通地區(qū)淺層地下水分小于10 m潛水和10～30 m潛水兩層區(qū)，潛水(小于10 m)水質總體優(yōu)于潛水(10～30 m)。統(tǒng)計分析結果顯示，潛水(井深小于10 m)水質優(yōu)于Ⅲ類水僅占27.3%；潛水(10～30 m)水質優(yōu)于Ⅲ類水占5.0%，V類水占95.0%，總體水質較差。

(2)綜合分析南通地區(qū)淺層地下水水質，潛水(小于10 m)水質總體優(yōu)于潛水(10～30 m)少量可用于居民飲用水，部分可用于工業(yè)農業(yè)用水。潛水(10～30 m)水質以Ⅴ類水為主，不宜飲用。

(3)南通地區(qū)潛水水質指標超標主要為耗氧量、氨氮、氯離子、礦化度、總硬度、鈉離子超標。其中氯離子、礦化度、總硬度、鈉離子超標由于其沉積環(huán)境導致本底值偏高，氨氮及硝酸鹽偏高主要與人類活動等息息相關。