柳江流域岩溶地下水质量与污染评价

杨 林 朱 明 何 愿

(广西壮族自治区地质环境监测站，广西 桂林 541004)

西南岩溶区是全球连片分布面积最大的碳酸盐分布区，且降水丰沛，气候湿热，岩溶十分发育，岩溶地下水系统复杂而脆弱，对气候变化和人类活动的响应十分显著[1-2]。岩溶区天然防渗过滤层很薄，甚至裸露，岩溶地下水极易受到污染，是岩溶地区经济和生态良性发展的制约因素[3-4]。本文以广西柳江流域为研究区，通过对流域内主要岩溶地下水点的地下水质量与污染进行评价，分析流域地下水质量和污染现状及其影响因素，对岩溶地下水资源利用和水生态可持续发展具有重要的意义。

1 区域水文地质概况

1.1 自然地理

柳江流域位于桂中地区，地貌总体为岩溶平原溶岗溶丘地貌，呈盆地状。河流大多沿倾斜面地势从西北向东南流，形成树枝状水系。柳江为珠江流域西江水系的第二大支流，全长755km，流域面积为58400km2，较大支流有寨蒿河、寻江、融江、龙江、洛清江等。柳江流域属于中亚热带季风气候，年均气温18～20℃，年降水量为1300～1940mm，4—8月为雨季，降雨量占全年的70%以上。本次柳江流域岩溶地下水调查区主要包括融江、龙江流域及柳江中下游段，面积约20000km2。以岩溶地貌为主，沿河阶地、耕地集中，人口稠密。

1.2 水文地质条件

研究区内泥盆、石炭、二叠系地层碳酸盐岩发育，岩石质纯、易溶，大面积连续分布。由于构造运动，西、北部强烈上升，导致柳江流域上游的龙江、融江地下水坡度大。在强烈上升环境中，破碎带及共轭节理使地下水河流、溶洞发育快，岩溶强烈发育。区内广泛分布上百条地下河，分别汇集各集水区地下水，完成自然界水循环。柳江下游由于地壳上升缓慢，长期是汇水环境，岩溶侧向发育，地貌多形成峰林或宽谷平原。地下管道系统发育较均匀，形成含水层中网络系统，故柳江下游平原上多溶潭溶井，地下河不明显。地下水位埋深浅，岩溶水分布较均匀。

裂隙水主要赋存于前泥盆系碎屑岩中，广泛分布于北部九万大山、元宝山、天平山及东部大瑶山，多属潜水。该流域因第四系不发育，又因松散堆积主要是黏性土，故孔隙水在该区分布有限，主要见于谷地及柳江两岸阶地堆积中。

2 采样与测试

依据区域水文地质条件、土地利用和污染源分布状况，在区域控制的基础上，优先选择重要地下水水源地，国家级、省级地下水监测孔，岩溶大泉(泉群)、重要污染源附近的监测井等井孔或水点进行取样。岩溶水点选择流动性水点进行布设，其中枯季流量大于50L/s的岩溶大泉和地下河出口点为必须取样点。汇水面积超过50km2的区域为必须取样区，视岩溶水点出露情况布置采样点。选择在区域上具有代表性的水点(井、泉等)作为采样点，同时对松散岩类孔隙水、碎屑岩裂隙水作适当地控制。采样时间为平水期。本次调查过程中特别强调严格质量控制，包括样品野外采集质量控制和室内测试质量控制。采集地下水样点151个，所取水样多为岩溶大泉水或地下河出口水，测试指标为70项，包括现场物理化学指标、无机物指标和有机指标。

3 地下水质量和污染评价方法

3.1 地下水质量评价方法

本次评价综合《地下水污染地质调查评价规范》(DD2008—01)和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)，确定参评基础指标共49项，见表1。地下水质量单指标评价，按指标值所在的指标限值区间确定地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣[5]。地下水质量综合评价，按单指标评价结果的最差类别确定。

表1 地下水质量评价指标

3.2 地下水污染评价方法

地下水污染评价主要是基于目标组分的检出和超标情况进行。本次地下水污染指标包括三氮(硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮)、重(类)金属[铅、镉、铬(六价)、砷、汞]、48项有毒有害有机污染物等，见表2。

表2 地下水污染评价指标

以环境背景值和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水的水质指标为参考对照，构建计算公式：

(1)

式中：Pki为k水样第i个指标的污染指数；Cki为k水样第i个指标的测试结果；C0为k水样无机组分i指标的背景值，有机组分等原生地下水中含量微弱的组分背景值按零计算；CⅢ为《地下水质量标准》中指标i的Ⅲ类指标限值。

利用式(1)分别计算各水样点单指标污染指数，按表3中污染指标分级标准，确定每一个指标污染等级。每个水样点地下水综合污染等级按单指标评价结果的最高类别确定。

表3 单指标污染指数分级标准

背景值采用比拟法确定，利用1975—1979年龙江南岸工作区Ⅲ类以上水质分析结果、2011年《广西重点岩溶流域地下水勘查与开发示范报告龙江流域下游南岸段》岩溶地下水系统上游无污染区水质分析结果，进行比拟分析确定本次工作区背景值。

4 地下水质量评价

根据本次取样测试数据，柳江流域地下水质量总体良好，151个样品中，49.67%为Ⅱ类水质，32.45%为Ⅲ类水质，9.27%为Ⅳ类水质，8.61%为Ⅴ类水质，地下水质量综合评价结果见图1。

图1 柳江流域地下水质量综合评价

影响地下水质量的主要有亚硝酸盐、砷、pH值、锰、耗氧量、铁、氟化物7个指标，其在14个Ⅳ类水质样品中的贡献率，以亚硝酸盐最大，为57.14%，其次是pH值、锰、砷，为14.29%，氟化物、铁、耗氧量贡献率相对较小，为7.14%，有3个样品的2个指标同为Ⅳ类。在13个Ⅴ类水质样品中的贡献率，以亚硝酸盐最大，为92.31%，其次是氟化物,为7.69%。Ⅳ～Ⅴ类水影响因子贡献率见表4。

表4 Ⅳ～Ⅴ类水影响因子贡献率

Ⅳ～Ⅴ类地下水普遍受亚硝酸盐影响，多分布于峰丛、峰林谷地低洼地区，土地利用类型以农田、旱地、菜地、村庄、乡镇为主，所处地形均易汇水，为地下水系统排泄区，所以亚硝酸盐指标受农业活动影响最大，其次为村屯城镇生活废水排放、工业废水排放影响。砷、锰指标也多受农田施用农药化肥影响。铅、氟化物指标，受养殖废水、生活排污沟分布、漏失影响。pH值指标则受成土母岩环境影响。

5 地下水污染评价

根据多指标地下水污染综合评价结果，柳江流域无污染样品3个，占总样品数的1.99%；轻污染97个，占64.24%；中污染27个，占17.88%；较重污染4个，占2.65%；严重污染3个，占1.99%；极重污染17个，占11.25%。地下水污染综合评价结果见图2。

图2 柳江流域地下水污染综合评价

整体上，流域处于轻度污染，局部地区出现中—极重污染。污染因子为亚硝酸盐、硝酸盐、砷、汞、铅、氨氮6个指标，以硝酸盐、砷污染最为普遍，其次为亚硝酸盐极重污染，其他影响指标零星分布。其中，柳江流域11.26%的样品出现亚硝酸盐极重污染，1.99%的样品出现砷严重污染，1.32%的样品出现汞较重污染。较重污染—极重污染指标见表5。

表5 较重污染～极重污染指标

柳江流域地下水有机组分检出率为1.99%，为甲烷和三氯甲烷，采样点上游无明显污染源，可能跟农业生产活动有关。

6 结 论

本次以区域调查、取样为主要工作手段，评价地下水质量和污染状况，结果主要反映柳江流域岩溶区地下水质量和污染状况。评价结果表明，柳江流域岩溶地下水质量良好，影响因子主要为亚硝酸盐、氟化物、砷和pH值，受农业活动影响最大。柳江流域岩溶地下水整体上处于轻度污染，以三氮污染、砷污染最为普遍，主要受农业施用农药化肥、有机肥污染影响。研究成果可为相关政府部门的决策及进一步研究提供参考。