南通城区浅层地下水水化学特征与水质评价分析

陈亚楠，朱国仙，倪江河

(江苏省地质环境勘查院，江苏 南京 211102)

1 概述

南通地区地下水开采历史较长，自二十世纪五十年代开始，城乡普遍开采地下水作为生活、工业、养殖用水。二十世纪九十年代达到开采高峰，但主要开采层位是第Ⅲ承压含水层。潜水含水层由于富水量相对较少，仅上世纪70年代有少数民井开采。而近些年，随着经济社会发展对水资源的需求愈发无法得到满足，而地下水超采问题及由此引发的地质环境问题则越发严重，南通地区实施区域供水，深层地下水实行控制开采。深层地下水资源作为宝贵的淡水资源被严格保护的同时，浅部的潜水和第Ⅰ承压微咸水资源的开发利用越发受到重视和鼓励。近些年，随着洗车、纺织行业的迅速发展，开采潜水用于洗车和纺织厂房冷却，一定程度上缓解了地下水资源的供需矛盾。

潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由水面的重力水。潜水作为一个开放的含水层，上层无隔水层，与地表水、大气降水、农田灌溉水联系密切，极易受到人类活动影响，这也为潜水污染创造了便利的条件。而南通市域由于潜水资源量较少，开发利用价值较低，历史调查资料较少，含水层流场特征、水文地质参数以及水化学特征等研究较少。因此开展南通市浅层地下水水质调查评价迫在眉睫。

根据调查需要，本次对南通市城区浅层地下水进行了调查取样，采取42件，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)确定测试指标共计11项，并对区域浅层地下水水质进行了评价。评价区域范围南通市城区，包括南通市崇川区、港闸区、经济技术开发区和通州区平潮镇、先锋街道、川港镇、张芝山镇及兴仁镇和城区的部分区域，面积约800 km2。

2 浅层地下水含水层地质特征

南通市城区潜水含水层由全新统三角洲相粉土、粉砂、粉细砂组成，含水层厚度一般20～30 m，区内广泛分布。含水层岩性变化较大，开发区南兴往东一带含水砂层分上、下两层，下层厚度10～20 m，中间为亚粘土，下层水具微承压性。潜水水位埋深一般0.45～2.88 m，水位动态受降水年周期变化的影响，沿江一带与潮水位的涨落密切相关。单井涌水量一般为300～1 000 m3/d，在任港街道、文峰街道、狼山街道一线的单井涌水量为100～200 m3/d，通州区金新街道局部地区单井涌水量约为1 200 m3/d。

调查区潜水水位主要随大气降水变化，丰水期最高，平水期水位缓慢下降，至枯水期最低。同时潜水与长江水力联系密切，呈互补关系，即丰水期长江水补给地下水，枯水期地下水补给长江水。

3 浅层地下水水化学特征

3.1 浅层地下水水化学类型

(1)本次对评价区22个深度小于10 m潜水井和20个井深30 m(过虑器10～30 m)潜水井的地下水进行取样分析，按舒卡列夫分类法对地下水类型进行统计分类，结果表明调查区内潜水(小于10 m)水质类型有7种类型，以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Mg、HCO3-Na型水为主，占81.82%；其次为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%。

潜水(10～30 m)水质类型较复杂，共有10种类型，以HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca型水为主，占60%；其次为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、图1、图2)。

图1 潜水(小于10m)水化学类型图 图2 潜水(10～30m)水化学类型图

表1 舒卡列夫分类表(地下水类型统计，单位：个)

(2)根据主要阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)和阴离子(HCO3-+CO32-、SO42-、Cl-)的毫克当量浓度，将大于25%毫克当量百分数的离子参与水化学类型的分类命名，对潜水水质绘制Piper三线图。

从Piper三线图(图3)分析可得，潜水(小于10 m)水化学类型基本属于HCO3-，潜水(10～30 m)水化学类型基本属于HCO3-·Cl-型水。水化学分类较多，说明该含水层受地表水水质的影响较大，深度小于10 m地下水受大气降水影响，地下水淡化，大部分区域地下水为淡水。深度大于10 m地下水受大气降水影响较弱，地下水矿化度仍较高。

图3 潜水水化学类型图

3.2 矿化度、总硬度、pH值及各化学组分分布特征

3.2.1 矿化度

潜水(小于10 m)水质受大气降水影响，水循环较快，基本已淡化，矿化度即矿化度为1 g/L左右。深部潜水的水质较复杂，在垂向上及水平方向上变化极大，有淡水、微咸水、局部为盐水。受长江水补给，长江沿线一带水质小于1 g/L，矿化度向东逐渐增大，竹行、先锋、兴仁矿化度3～10 g/L，川姜镇北部局部矿化度达12 g/L(见图4)。

图4 潜水(10～30m)矿化度分区图 图5 潜水(10～30m)Cl-浓度分区图

3.2.2 总硬度

潜水(小于10 m)总硬度107.6～590.0 mg/L，潜水(10～30 m)总硬度浓度232～2 920.0 mg/L，硬度较高，在东方红农场一线以南以及川姜镇北部地区为特硬水。

3.2.3 pH值

潜水PH值均在7.1～7.76之间，属中性水。综合对比分析全区潜水水化学特征，长江沿线一带水质较好，自西向东水质逐渐变差。

3.2.4 氯离子

潜水(小于10 m)Cl-浓度为12.4～226.9 mg/L，总体较低；潜水(10～30 m)Cl-浓度95～7 038.6 mg/L，自西向东浓度逐渐增大，长江沿线一带的Cl-浓度最低，川姜镇一带的Cl-浓度最高(图5)。

3.2.5 重碳酸根离子

潜水(小于10 m)水质HCO3-浓度为268.5～814.6 mg/L，区域上浓度变化不大；潜水(10～30 m)HCO3-浓度516.2～1 661.6 mg/L，自西北向东南浓度逐渐变大，在东方红农场以南、江心沙一带浓度最高，长江沿线一带HCO3-浓度在500～600 mg/L。

3.2.6 硫酸根离子

区内潜水的SO42-浓度较低，大部分地区SO42-浓度低于250 mg/L，达到Ⅲ类水水质标准，仅金沙街道北部出现异常，SO42-浓度较高，达到499.5 mg/L(图6)。

图6 潜水(10～30m)SO42-浓度分区图(单位：mg/L)

4 地下水水质评价

4.1 评价标准

本次评价采用《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)，该标准根据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照生活饮用水、工业农业用水水质要求制定，比较全面。

《地下水质量标准》将地下水质量划分为五类，各类的水质特征：

Ⅰ、Ⅱ类水主要反映地下水化学组分的天然背景值(Ⅰ类为天然低背景值)，水质适用于各种用途；

Ⅲ类水是以人体健康基准值为依据，适用于生活饮用及工农业供水；

Ⅳ类水是以工农业用水要求为依据，水质适用于工农业供水，经适当处理后也可作为生活供水水源；

Ⅴ类水不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。

4.2 评价方法

本次依照《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)，采用单指标评价和质量综合评价法。

单项组分评价：按指标值所在的限值范围确定地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣。

质量综合评价：按单指标评价结果最差的类别确定，并指出最差类别的指标。

4.3 评价结果

按照上述地下水质量标准进行质量综合评价，经统计，潜水(井深小于10 m)水质优于Ⅲ类水占27.3%，Ⅳ类型水占36.4%，V类水占36.3%，主要为氨氮、硝酸盐氮、总硬度超标；潜水(井深10～30 m)水质优于Ⅲ类水占5.0%，V类水占95.0%，水质较差，仅有1件水样为III类水。

潜水中主要超标指标为耗氧量、氨氮、氯离子、矿化度、总硬度、钠离子超标(见表2，图7、图8)。潜水(井深小于10 m)水质优于潜水(井深10～30 m)，影响10 m以下潜水水质的指标主要为耗氧量、氯离子、矿化度、钠离子，10 m以上潜水由于受大气降水影响，逐渐淡化，氯离子、矿化度、钠离子等指标降低，使其水质优于10 m以下地下水。

表2 潜水含水层深井水取样质量综合评价一览表

图7 潜水(小于10m)水质质量综合评价图 图8 潜水(10～30m)水质质量综合评价图

综合分析，潜水(井深小于10 m)部分可以作为生活饮用及工农业供水，主要分布于沿江一带～文峰街道、金沙镇及川姜镇，平潮镇～刘桥镇、兴仁街道及工作区东南角水质多为Ⅳ类水，可用于工农业供水，经适当处理后也可作为生活供水水源；中部地区潜水(井深小于10 m)水质较差，为Ⅴ类水，不宜饮用。

潜水(井深10～30 m)以Ⅴ类水为主，不宜饮用。

4.4 潜水水质恶化原因分析

南通地区潜水受全新统沉积环境影响，其含水砂层海相沉积砂层为主，导致潜水水质总体较差，矿化度、氯离子、钠离子及总硬度等本底值偏高，但由于可直接接受当地大气降水入渗补给，并与地表水产生较频繁的补径排关系，水交替循环周期短，因而西部地区浅层水的水质逐年向好的方向发展，表现在矿化度、总硬度逐渐降低。另一方面，也正是由于浅层水容易获得补给，故也易遭受污染，水中“三氮”含量较高。

结合以往的研究基础可以得出本区潜水中硝酸盐具有以下特征：

(1)硝酸盐的来源主要是积肥、混合肥料，包括人畜粪便，动植物残骸，垃圾、污物以及土壤中的有机结合氮；(2)硝酸盐在地域上呈点状污染；(3)硝酸盐含量随时间变化幅度较大，同一年份一般是丰水期较高，枯水期较低，8月份丰水期后出现高值；(4)硝酸盐含量也同潜水位有关，水位上升硝酸盐含量增大，水位下降硝酸盐含量减少，二者具有一致性。

综上所述，地下水中三氮、硫酸盐等指标的增加，主要是人类活动引起的。

5 结语

(1)南通地区浅层地下水分小于10 m潜水和10～30 m潜水两层区，潜水(小于10 m)水质总体优于潜水(10～30 m)。统计分析结果显示，潜水(井深小于10 m)水质优于Ⅲ类水仅占27.3%；潜水(10～30 m)水质优于Ⅲ类水占5.0%，V类水占95.0%，总体水质较差。

(2)综合分析南通地区浅层地下水水质，潜水(小于10 m)水质总体优于潜水(10～30 m)少量可用于居民饮用水，部分可用于工业农业用水。潜水(10～30 m)水质以Ⅴ类水为主，不宜饮用。

(3)南通地区潜水水质指标超标主要为耗氧量、氨氮、氯离子、矿化度、总硬度、钠离子超标。其中氯离子、矿化度、总硬度、钠离子超标由于其沉积环境导致本底值偏高，氨氮及硝酸盐偏高主要与人类活动等息息相关。