广州市地下水源地浅层地下水pH值的时空变化及其成因分析

李 丹，孟庆强，张明珠

(广州市水务科学研究所，广东 广州510220)

广州市地处珠江三角洲，属南方水资源丰富地区，但绝大部分为过境客水，本地水资源相对较少，人均占有量为1 375 m3，与广东省平均相比，人均少1 808 m3。而广州市本地多年平均径流量仅有81.29亿 m3，其中地表水为60.10亿m3，浅层地下水20.37亿 m3，深层地下水为 0.82亿 m3。近30年快速的城市化及经济、社会的发展使广州市的水质性缺水问题日益突出，境外来水－西江、北江、东江已逐步成为广州市主要的供水来源。然而，这些境外来水的中、上游也面临着经济发展与环境污染问题，突发性污染事件(如西江的Cd污染事件、北江的铊污染事件等)目前是广州乃至整个珠江三角洲供水安全的最大威胁。故此，广州本地的地下水资源作为重要的战略储备资源，其规划、保护、利用意义重大。

本文根据2010～2014年广州市五个重要地下水源地共100个水文地质孔、53个民井的pH值数据，总结了广州市地下水源地pH值的时空分布规律，初步探讨了其影响因素和成因，旨在为该地区更合理地开发、利用和保护地下水提供科学依据，具有十分重要的现实意义。

1 区域水文地质概况

根据《广东省地下水功能区划》划定的广州市地貌类型，平原区面积为 2 723.06 km2，山丘区面积为 4 223.21 km2，山丘区与山间平原区面积为275.74 km2。广州市在构造单元上属华南褶皱系粤北、粤东北—粤中凹陷带的粤中凹陷区。区内大面积分布花岗岩类岩石，西南部为沉积地层，南部为三角洲沉积及花岗岩类台地。

广州市地下水资源划分了五个重要水源地，分别为广花盆地、龙洞冲积平原、南岗－新塘地区冲积平原、增江冲洪积平原和流溪河阶地，总面积将近1 400 km2。根据《广东省地下水功能区划》(2005～2030)，广花盆地位于珠江三角洲广州广花盆地应急水源区，流溪河阶地位于珠江三角洲广州白云分散式开发利用区，增江冲洪积平原位于珠江三角洲广州三江分散式开发利用区，龙洞冲积平原和南岗—新塘冲积平原位于珠江三角洲广州至新塘地质灾害易发区。

根据地下水的赋存条件、含水介质条件、水理性质及水力特征，将区内地下水划分为松散岩类孔隙水、岩溶水、基岩裂隙水三大类。其中，岩溶水根据埋藏条件的不同分为裸露型、覆盖型、埋藏型;基岩裂隙水依含水岩组及水理性质的差异，分为块状岩类裂隙水、层状岩类裂隙水和碎屑岩类(红层)孔隙裂隙水。

松散岩类孔隙水水化学类型主要为HCO3－Ca型、HCO3·Cl－Na·Ca型和 HCO3·SO4－Na·Ca型;岩溶水水化学类型以HCO3－Ca型为主，次为 HCO3·SO4－Na·Ca型和HCO3·Cl－Na·Ca型;基岩裂隙水水化学类型主要为 HCO3－Na·Ca型、HCO3·Cl－Ca·Na型和 HCO3－Ca型。

2 pH值分布特征

2.1 样品采集

调查对象为广州市五个地下水源地内具有代表性的100个水文地质孔及53个民井。从2010年9月至2014年12月每年分丰水期和枯水期分别进行pH值的观测，共获得地下水pH值数据1 063组。

表1 广州市2010－2014年五个重要地下水源地地下水中pH值统计汇总

2.2 测试结果分析

分别统计广州市五个重要地下水源地的pH值超标率，结果表明，广州市五个重要地下水水源地的pH超标率大小如下:流溪河阶地(29.77%)＞龙洞冲积平原(23.91%)＞增江冲洪积平原(20.53%)＞广花盆地(6.53%)＞南岗－新塘地区冲积平原(2.70%)。流溪河阶地pH值超标率最高，其次为龙洞冲积平原和增江冲洪积平原，广花盆地和南岗－新塘地区冲积平原pH值超标率较低。研究区超标率范围是 2.70% ～29.77%，整体超标率是14.02%。

分别统计五个水源地2010－2014年地下水pH值均值，结果表明各区域 pH值多年均值呈中性，范围为6.90～7.21，pH值多年均值从小到大依次排列如下:流溪河阶地(6.90)＜龙洞冲积平原(7.03)＜增江冲洪积平原(7.04)＜南岗－新塘地区冲积平原(7.20)＜广花盆地(7.21)。整个研究区pH值多年均值为7.12(见表1)。

对广州市五个重要地下水源地的pH值进行丰水期和枯水期的对比，结果见表2。在403组丰、枯水期对比样中，丰水期地下水 pH值均值为7.04，枯水期均值7.17。丰水期pH值低于枯水期的占47.52%，高于枯水期的占35.64%，无变化的16.83%。丰水期与枯水期pH值的差值平均为－0.08，最大值为 1.80，最小值为 －1.91。结果表明，对研究区整体而言，丰、枯水期地下水pH值变化不大，丰水期略有降低。特别地，龙洞冲积平原丰水期pH值比枯水期略有升高，龙洞冲积平原和流溪河阶地pH丰＞pH枯(%)大于pH丰＜pH枯(%)，个别钻孔在个别年份出现pH值的较大波动。

表2 广州市2010－2014年五个重要地下水源地地下水中pH值丰/枯水对比

2.3 pH值分布特征

本文根据研究区2010－2014年历年数据统计具有代表性的钻孔及民井的地下水pH值多年均值、pH值年际变化率(详见图 1)，应用 surfer软件进行克里金(Kriging)插值［1］。克里金(Kriging)插值法［2］又称空间自协方差最佳插值法，它广泛地应用于地学制图、地下水模拟等领域，是一种以最佳线性无偏估计为核心的地质统计格网化方法［3］。图3是根据研究区地下水pH值多年均值等值线图，能基本反映研究区地下水pH值的多年分布态势。图4是研究区地下水pH值年际趋势变化等值线图，能基本反映研究区地下水pH值的多年时空变化趋势。

广州市五个重要地下水源地的pH值具有区域性分布特征，详见图2。研究区pH值多年均值范围在6.48～8.13之内。pH值小于6.5的偏酸性地下水主要位于广花盆地花都区新华街区域，该区域监测到地下水 pH平均值为6.48，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848－93)pH值呈Ⅳ类水质标准。广花盆地白云区人和镇、流溪河阶地从化区江浦街道、流溪河阶地太平镇水南村、龙洞冲积平原天河区天河公园、南岗－新塘地区冲积平原黄埔区、增江冲洪积平原荔城镇呈地下水pH值低洼，这些区域监测到地下水pH值平均值为 6.67、6.52、6.60、6.88、6.99、6.95，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848－93)pH值呈Ⅰ类水质标准。

研究区pH值2010－2014年际变化率在－0.7至0.7之内。5年内64.43%的水点pH值呈下降趋势，主要分布在增江冲洪积平原、流溪河阶地城郊镇和江浦街道、南岗－新塘地区冲积平原新塘镇、龙洞冲积平原龙洞－上涂屋一带及岑村;pH值呈上升趋势的水点所占比例为35.57%，主要分布在广花盆地白云区石井河上游、新市街和江高镇，龙洞冲积平原员村，流溪河阶地太平镇水南村，详见图3。约80%的水点pH值年际变化范围在－0.3至0.1之间，其中年际变化率在(－0.3，－0.1〛范围的水点所占比例为 27.52%，年际变化率在(－0.1，0〛范围的水点所占比例为 31.54%，年际变化率在(0，0.1〛范围的水点所占比例为20.13%。

结果表明，除局部地段地下水pH值多年均值小于6.5呈Ⅳ类，广州市地下水源地地下水的pH值总体表现良好。然而增江冲洪积平原荔城镇，流溪河阶地城郊镇和江浦街道属于地下水偏酸性地区，且呈逐年酸化趋势，这将一定程度上影响着该区地下水资源的开发利用。

图1 研究区2010－2014年地下水pH值年际变化率

图2 广州市重要地下水源地地下水中pH值多年均值等值线示意图

图3 广州市重要地下水源地地下水中pH值年际趋势变化等值线示意图

3 影响因素及成因浅析

3.1 酸雨

酸雨一般是指pH＜5.6的降水。广州作为珠江三角洲城市群的中心城市，酸雨污染严重。王志春［2］通过对广州1992－2008年酸雨资料的统计分析表明，广州17年的年平均降雨pH值为4.05，酸雨年均发生频率为86.9%;春季pH值最低，夏季pH值最高，具有明显的季节性变化。大气降水是广州浅层地下水的主要补给来源，每年4－9月是地下水的补给期，10月至次年3月为消耗期。丰水期地下水pH值较枯水期偏低，一定程度上指示了酸雨对地下水酸化的贡献作用［4］。

3.2 地质条件

研究区广花盆地、龙洞冲积平原、南岗－新塘地区冲积平原、增江冲洪积平原和流溪河阶地所处地貌分别为盆地、洪积－冲积平原和溪谷平地。其中广花盆地地貌类型以平原为主，台地和丘陵次之。地质条件间接影响地下水的酸碱性。

丘陵区以山顶海拔高度250～500 m和100～250 m分为高丘陵区和低丘陵区。高丘陵分布在广花盆地花都北部、流溪河阶地从化西南部、增江冲洪积平原增城北部，低丘陵主要分布在增城北部，黄埔区南岗以南等地。丘陵是稳定性较差的一类地貌单元，不仅沟谷密度较大，而且经常发生水土流失、崩塌和滑坡等。表层土壤较薄，且土壤粘结性差，通透性好，对酸的缓冲能力甚低［5］。

台地海拔高度小于100 m，包括广花平原及以北的台地，增城的南部和广州市区的大部分。广州市主要是基岩台地，即由花岗岩、变质岩或沉积岩构成的侵蚀－剥蚀台地，主要分布于沿海丘陵与平原过渡地区，风化层较厚，对酸的缓冲能力相对较强。

平原海拔高度小于20 m，按平原特点可分为溪谷平地、洪积－冲积平原、冲积平原，其中溪谷平地分布于丘陵区河谷的上游，平原面积小，组成物质较粗;洪积－冲积平原分布于丘陵边部和冲积平原区间，堆积物来源复杂;冲积平原分布于河流下游，如流溪河、增江、沙河涌、车陂涌的下游平原等，地面平坦，堆积层厚度大;表层土壤粘土含量高，粘结性强，对酸的缓冲能力相对较强［5］。

广花盆地花都区北部、增江冲洪积平原增城区北部、流溪河阶地从化区基岩出露区断裂发育，地表浅部岩石破碎，节理裂隙发育，利于大气降水的垂直入渗补给。龙洞冲积平原浅部基岩裂隙水受大气降水影响大，在获得补给的同时排泄也快，具有雨多泉水流量大、旱天泉流量少的特点。这些区域地下水pH值偏酸性，在一定程度上受酸雨和原生地质环境的双重作用。

3.3 地下水的补给、径流、排泄条件

广州市西部低山丘陵及台地区，地下水排泄区接近于补给区，并具径流途径短、循环交替强烈的特点，pH值相对较低，以弱酸性为主;流溪河等冲积平原及古河道地带地下水具径流弱、循环交替较缓等特点，pH值弱酸性－中性。隐伏岩溶区地下水接受上覆松散岩类孔隙水的补给，在岩溶作用下，pH值相对较高，以中性－弱碱性为主。由于地层结构及受外围因素影响的不同，pH值随深度的变化存在差异。如广花盆地，上层松散岩类孔隙水与下层岩溶水的pH值具有明显的差异性，白云区双岗村应急井中，上层松散岩类孔隙水pH值7.22，水化学类型为HCO3－Ca－Na型;下层岩溶水pH 值 7.50，水化学类型为 HCO3－Ca·Mg型。

3.4 人类活动的影响

在天然条件下，地下水系统为时空有序结构。水流以不同级次方式有序运移，水量、水质发生稳定的、有规律的时空演变［6］。广州市人口密集，城市化、工业化发展迅速，是人类活动强作用区。地表水污染、土壤污染、废水灌溉、污渠渗漏等人类活动强烈地影响着地下水环境［7］。数据显示研究区个别钻孔在个别年份出现pH值的较大波动，五年内呈高/低点反弹趋势变化，在一定程度上指示了人类活动对地下水pH变化的驱动作用。

人类活动增加了地下水补给来源，如灌溉入渗、渠系渗漏、污废水入渗补给。生活污水和工业废水与天然状态下的补给水水质有很大差别，且区域变化差异较大。流溪河阶地、增江冲洪积平原属于广州市郊，近年来农业集约化、产业多元化和乡镇企业迅猛发展，投入农田中的农药、化肥量和全年畜禽粪尿产生量急剧增加，地表水、土壤都受到不同程度的污染［8］。这些污染物会随着降雨入渗、地表水补给进入地下水。废水灌溉、污渠渗漏也是广州市郊地下水污染的来源之一。目前关于人类活动对地下水的影响虽有研究，但深度明显不够，并且大多只针对单一的人类因素进行研究，对于多重人类因素影响下的地下水系统的变化研究不足［6］。

4 结语

(1)广州市五个重要地下水水源地的pH超标率大小如下:流溪河阶地＞龙洞冲积平原＞增江冲洪积平原＞广花盆地＞南岗－新塘地区冲积平原。超标率范围是2.70% ～29.77%，整体超标率是14.02%。对研究区整体而言，丰、枯水期地下水pH值变化不大，丰水期略有降低。

(2)广州市五个重要地下水源地的pH值均值及年际变化趋势具有区域性分布特征。除局部地段地下水pH值多年均值小于6.5呈Ⅳ类，广州市地下水源地地下水的pH值总体表现良好。然而增江冲洪积平原荔城镇，流溪河阶地城郊镇和江浦街道属于地下水偏酸性地区，且呈逐年酸化趋势，这将一定程度上影响着该区地下水资源的开发利用。

(3)酸雨、地质条件、地下水的补给、径流、排泄条件、人类活动是影响广州市地下水源地地下水pH值的主要因素，是造成地下水pH值分布出现区域差异的主要原因。

［1］张二勇，李云峰，王玮.Surfer软件绘图接口的开发及应用［J］.地下水.2005(03).

［2］艾强.基于不同插值方法的地下水等值线图绘制研究［J］.地下水.2012(03).

［3］白世彪，陈晔，王建.等值线绘图软件SURFER7.0中九种插值法介绍［J］.物探化探计算技术.2002(02).

［4］王志春，丁凌云，刘尉，等.广州酸雨现状及影响因素分析［J］.热带气象学报.2011，27(5):717 －722.

［5］张玉玺，孙继朝，陈玺，等.珠江三角洲浅层地下水pH值的分布及成因浅析［J］.水文地质工程地质.2011(01).

［6］李培月.人类活动影响下地下水环境研究—以宁夏卫宁平原为例［D］.长安大学.2014.

［7］张金镇，邓熙，顾继光.流溪河水质的动态特征［J］.生态科学.2004(03).

［8］刘平，程炯，刘晓南，等.广州流溪河流域典型农业集水区降雨径流污染物输出特征分析［J］.生态与农村环境学报.2008，24(1):92－95.