晋江市浅层地下水质量及水化学特征初探

2013-09-05朱春芳叶念军

地下水 2013年5期

关键词：晋江市水化学本区

朱春芳，周迅，叶念军

(南京地质调查中心，江苏南京 210016)

晋江市浅层地下水质量及水化学特征初探

朱春芳，周迅，叶念军

(南京地质调查中心，江苏南京 210016)

以福建省晋江市农村居民广泛作为饮用水及生活用水的浅层地下水为研究对象，采集水样53组，综合分析各项水质指标得出:晋江市浅层地下水呈现出低PH值、低矿化度、低总硬度的水质特征。研究区内73.6%的浅层地下水中有部分项指标超出生活饮用水卫生标准。浅层地下水化学类型主要有Cl·HCO3－Ca·Na型、Cl－Na型、HCO3·SO4·Cl－Ca·Na型和Cl－Na·Ca型，结合研究区内气象、水文、地形和地质条件等影响因素，分析浅层地下水质量及水化学在水平方向上的分布特征与演化规律。

水化学;浅层地下水;晋江

研究区地层从泥盆系直至第四系均有发育。第四纪地层出露面积较广，厚度较小，总厚度为32～80 m，分为第四纪时代未分组残积坡积层，更新统龙海组(Q3l)和全新统长乐组(Q4c)。境内居民大多以风化带孔隙裂隙水含水层作为水源开采地，该含水层广泛分布于境内的山前地带、低丘和红土台地。风化带为基岩的风化产物，上部剧风化带形成残坡积层，主要岩性为粘性土、砂(砾)质粘性土，补给源以大气降水为主，基岩裂隙水的侧向补给为辅。地下水沿孔隙或裂隙网络运动，水力坡度较缓，径流途径较长［1］。

地下水是福建闽南地区重要的备用水源［2］，而该地区关于浅层地下水的研究较少［3］。根据2010年福建省及晋江市水资源公报，晋江市地下水资源量16.02亿m3，地下水供水量2.26亿m3，地下水开发利用程度为14.11%。地下水位埋深一般为2.4～19.0 m。据实地调查，浅层地下水主要为居民分散开采，用途主要为生活饮用水，即使在自来水已经覆盖的区域，浅井作为饮用水源的比例依然较高。这与当地居民的生活习惯有一定关系。

1 水样采集与测试

1.1 水样采集

依据平均分布重点加密原则，在研究区内共采取水样共53组。分布于晋江市、东石镇、内坑镇、安海镇、池店镇、磁灶镇、罗山镇、金井镇、陈埭镇、龙湖镇、英林镇、紫帽镇、罗山街道、深沪镇等地区，图1为晋江市采样点分布图，样品主要采自当地居民广泛用于生活饮用的浅井，井深范围在3～27 m之间，80%的水样为井深在8～20 m的浅层地下水。采样时间为2011年8～9月，采样点分布如图1所示。

图1 晋江市浅层地下水采样点分布图

1.2 测试指标

现场测试指标为气温、水温、Eh、EC、TDS、DO、浊度共 7项，实验室无机分析指标包括总硬度、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－、NO3－、NO2－、NH4+、Fe、F－、偏硅酸、Mn、Zn、Hg、Cr6+ 、As、Pb、Cd、Se、Al、生化需氧量、TDS共26项。水化学测试由国土资源部华东矿产资源监督监测中心完成。

2 水样测试结果及分析

2.1 测试结果

表1 晋江市浅层地下水水化学参数描述性统计特征值

2.2 数据统计

根据所取水样的现场测试及实验室水质分析结果，统计晋江市浅层地下水水化学描述性特征值。可见，本区浅层地下水pH 在4.01～7.91之间，偏酸性;浊度在0.4～15.5NTU之间;TDS含量在40～1 507 mg/L之间;总硬度在3～544 mg/L之间。本区浅层地下水质量从统计数值来看整体较差，除总硬度外，PH、浊度和TDS都超出生活饮用水卫生标准(GB5749－2006)中关于农村小型集中式供水和分散式供水的水质指标限值，其中pH超标率高达39.62%。阴离子中氟化物含量在0.22～6.77 mg/L之间，超标率5.66%，最大值超出标准5.6倍;氯离子含量在14.8～724 mg/L之间，超标率9.43%，最大值超出标准2.4倍;污染最严重的是硝酸盐，含量在4.4～216.9 mg/L之间，超标率高达41.51%，最大值超出标准2.4倍。阳离子中Fe略有超标，Mn 超标率高达13.21%;Na+含量在11.9 ～415.9 mg/L之间，超标率7.55%，最大值超出标准2.1倍。NH4+、Pb、Al超标率均为11.32%。

除pH外，各项指标的变异系数都较大，说明研究区离子含量在空间分布上变化较大。特别是K+、NO2－、NH4+、Fe、F－、Mn、As、Pb、Al，其变异系数大于 120%，反映了这些离子存在较强的空间变异性。值得说明的是显著污染因子NO3－，其变异系数相对较小，表明研究区NO3－空间分布差异较小，是最广泛分布全区的污染物。Cl－、HCO－、3SO42－、Na+和Ca2+含量平均值和标准差相对较大，表明这几种离子在晋江市浅层地下水中含量较大，是地下水中的主要离子组分，决定着地下水的水化学类型。

图2 晋江市浅层地下水阴阳离子毫克当量百分数饼图

图2为晋江市浅层地下水阳离子和阴离子的毫克当量百分数饼图。由图可知，该区浅层地下水中主要阳离子是Na+和Ca2+，毫克当量百分数分别为48.58%、30.03%。其次是Mg2+，毫克当量百分数为17.25%，K+含量较少，仅占4.13%。该区浅层地下水中主要阴离子是Cl－和HCO3－，毫克当量百分数分别为54.65%、27.99%，其次是SO42－，毫克当量百分数为17.37%。可见，晋江市浅层地下水中主要富含 Cl－、HCO3－、Na+和 Ca2+。

2.3 TDS、总硬度分布规律

TDS和总硬度是评价地下水质量优劣的重要指标。本区浅层地下水TDS大体呈现由中部向东北、西南方向逐渐增大的趋势。除了东北部靠近晋江市区的西滨镇及西南部英林镇新厝地区地下水中的TDS略大于1 g/L、为微咸水外，绝大部分地区浅层地下水都为TDS小于1 g/L的淡水。分析对比地下水中主要离子浓度与TDS的变化规律，发现Cl－、HCO3－、Na+离子含量呈现出与TDS类似的变化规律，因此判断该区地下水TDS的变化主要是由Cl－、HCO3－、Na+离子浓度的变化影响而形成的。

在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使SO42-还原为H2S，结果使得地下水中SO42-减少，pH值变大。

图3 TDS与总硬度拟合曲线

研究区浅层地下水总硬度总体较低，大部分地区为软水和微硬水。硬水主要出现在英林镇新厝片区及晋江市—陈埭镇一线，在泉州湾以西海岸带地下水总硬度较高为极硬水。这说明在该区东北部及西南部近海一带，Ca2+和Mg2+离子含量所占比例较大。该区总硬度分布情况与TDS分布变化相似，从TDS与总硬度拟合曲线来看，二者存在较好的线性关系，进一步说明了该区浅层地下水中TDS与总硬度在空间分布与浓度变化规律上呈现出较好的一致性。

2.4 水化学类型分布特征

研究区共有13种水化学类型，主要有Cl·HCO3－Ca·Na型，占总类型的26.4%，主要分布于陈埭镇近泉州湾、晋江市南罗山街道、晋江市南近安海镇一带;Cl－Na型占22.6%，主要分布于东石、安海、紫帽、西滨镇近泉州湾一带;HCO3·SO4·Cl－Ca·Na型占 13.2%，主要分布于内坑镇与安海镇交界、池店镇与陈埭镇交界一带;Cl－Na·Ca型占9.4%，主要分布于英林镇近海岸线一带。其他水质类型分布较杂乱。图4为晋江市浅层地下水化学piper三线图，图5为晋江市浅层地下水水化学类型分布图，晋江境内地形从北西往南东逐渐降低，地貌由低山丘陵、丘陵台地往滨海平原过渡。地下水类型按基岩裂隙水、风化带孔隙裂隙水、松散岩类孔隙水展布。浅层地下水化学类型大致变化规律为 HCO3·Cl－ Ca·Na(HCO3·SO4·Cl－ Ca·Na)→Cl·HCO3－Na·Ca→Cl·HCO3－Na→Cl－Na型渐变。

图4 晋江市浅层地下水水化学piper三线

图5 晋江市浅层地下水水化学类型分布图

3 讨论

3.1 浅层水质量评述

晋江市浅层地下水53个水样中，共39个点存在1～6项指标超标，整体超标率73.6%。本区水质总体较差，在工厂企业的集中排污地区、海湾以及河流近入海地区的局部地带，水质最差。

晋江长期以来为国家重点酸雨控制区域，如2003年酸雨频率大于80%，降雨 pH 年均值为 5.0 －5.6［5］。本区浅层地下水主要接受大气降水的补给，降雨充沛，水循环较快，浅层地下水处于开放型的地下水循环系统中［6］。长期的风化和淋滤作用使北部山区和丘陵地带呈现出低矿化度、低硬度、低 pH 值呈酸性的水质特征［7］［8］。而靠近海岸的沿海地带一方面受海风影响，将海上飞沫带入内地，另一方面历史上可能遭受海侵，周训等在广西北海地区以地下水中Cl－大于50 mg/L为判定海水入侵的标准［9］，而本区沿海地区浅层地下水Cl－最高值达700 mg/L。在晋江北东及西南受海潮影响较大的近海岸带浅层地下水呈现出Cl－、Na+、K+、Mg2+浓度显著增高，TDS、总硬度、pH 值较高的水质特征。三氮污染主要受人为活动影响，晋江市全境内除西北部山区的水库外，所有河流均遭受严重污染，水体呈黑臭状;在北部晋江入海口附近亦有多个排污口，水体浑浊。三氮在本区呈现出超标率较高且空间分布差异较小的特征，特别是在工厂企业密集的晋江北部及晋江的入海口附近，超标点相对更加密集。因此总结得出:本区pH超标主要是由原生环境形成，Cl－、TDS、Na+的超标主要受海水入侵的影响，三氮的超标主要受人为因素影响。

3.2 浅层地下水水化学类型分布及演化影响因素分析

本区浅层地下水水化学类型在水平方向上的分布特征与演化规律，主要受气象水文因素、地形条件、和地质条件等因素的影响［1］。

3.2.1 气象水文因素

从山区到沿海，水化学类型的变化主要是阴离子中的氯离子变化造成的。从大范围的区域地理因素来看，氯离子绝对含量高低与距离海洋的远近有关。远离海洋的地区，一方面不受海水入侵或咸潮影响，另一方面所受季风影响也较少。

3.2.2 地形条件因素

研究区地势自西北向东南，由构造侵蚀中山、中低山至低丘台地滨海平原逐渐降低。山区地势起伏大，沟谷切割程度深，随地形坡度地下水水力坡度也大，水动力条件较强，交替强烈，停留时间短。地下水唯一补给源为大气降水，以溶滤作用为主，因此水化学类型较为简单，从大环境背景来看，水化学类型以HCO3－Na为主。向东至低丘台地、半岛岛屿地势较低，地形切割程度次于山区，地下水水力坡度、水动力条件弱于山区，地下水交替较之山区渐于趋缓，溶解作用和脱硫化作用有所增强。因此，地下水化学类型逐渐向HCO3·Cl－Na·Ca型过渡。滨海平原地势低平，水动力条件最弱，地下水径流几乎处于停滞状态，自然排泄主要靠蒸发作用。因此水化学类型因浓缩和溶解作用进一步向Cl－Na型转变。

研究区西北紫帽镇、磁灶镇一带地下水化学类型为Cl－Na型，应与取样点靠近水库，受地表水影响较多有关。与泉州湾、晋江河口附近同为Na－Cl型水的潜水相比，此处潜水TDS小于100，属于极软淡水，而河口地带潜水则为微咸水、半咸水。从水平分带来看，地形因素主导了地下水的水动力条件，使其排泄方式由径流排泄向蒸发排泄转变，地下水经历的水动力过程由溶滤作向浓缩作用过渡，地下水总硬度、TDS逐渐升高，同时伴有溶解作用和脱硫化作用。地下水pH值也随之逐渐升高。

3.2.3 地质条件

地下水化学特征除受自然地理条件影响外，还受地质条件影响，主要受含水岩组及顶底板的岩类化学成分影响。山区基岩裂隙水和风化带孔隙裂隙水，多赋存于火山岩和侵入岩中;而平原地带第四系松散岩类，则主要由上述火山岩、变质岩类经风化、剥蚀、侵蚀、搬运和堆积作用形成，其化学成分主要来源于前者。因此，本区地下水化学类型与火山岩、变质岩及其风化搬运产物密切相关。