粤港澳大湾区滨海区域地下水质量特征及成因浅析——以江门市新会区为例

岑 雷，杨苏诗，曹飞龙，沈龙梅，廖柱坤

(1.广东省地质局第六地质大队，广东 江门 529000；2.广东省江门地质灾害应急抢险技术中心，广东 江门 529000)

粤港澳大湾区由香港、澳门两个特别行政区和广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门、肇庆九个珠三角城市组成，总面积约5.6万 km2，是中国开放程度最高、经济活力最强、人口密度最高的区域之一，在国家发展大局中具有重要战略地位[1]。其区域地下水质量安全性与新会区经济发展和人民的生命财产安全息息相关。大湾区中部以三角洲平原为主，其间零星分布残丘，东、西、北部为低山丘陵区，地形起伏较大[2]。滨海区域地形地貌以低山丘陵与平原相间分布，山间分布较多的溪沟、河谷，山前有洪冲积平原，沿海岸带分布有滨海平原，地下水含水系统三维结构和地下水化学成分复杂。

本文利用新会区城市地质调查项目采集的132组地下水全分析检测报告，综合运用地下水质量评价、GIS叠加分析、数理统计和传统水化学图表分析方法，结合区域水文地质条件、人类活动、水化学反应等影响因素，探讨粤港澳滨海区域地下水质量分级特征、地下水化学特征和形成原因，为进一步深化对粤港澳滨海区域地下水资源特征的认识提供借鉴及政府规划区域内地下水资源的合理开发、利用与保护提供依据。

1 研究区概况

新会区地处粤港澳大湾区中西部，与中山、珠海接壤，濒临南海，毗邻港澳。陆域呈三角形，北阔南窄，东西相距48.8 km，南北相距54.5 km。研究区位于北回归线以南，属亚热带季风性气候。年均气温为22.4℃，多年平均降水量1 784.6 mm，年均蒸发量为1 641.6 mm。区内水陆交通相连，地理条件优越，内河外海相通，是粤港澳大湾区西部重要的交通枢纽。

2 样品采集与测试

地下水样品的采集、保存及运输严格按照《水样的采取、保存和送检规程》(原地质矿产部)要求进行。样品均在具有国家颁发的有关资质的广东省地质实验测试中心进行测试，执行标准参照GB/T8538-2008，样品测试数据准确可靠[3]。

共计采集松散岩类孔隙水淡水77组，咸水13组；岩浆岩裂隙水淡水28组，咸水5组；红层碎屑岩裂隙孔隙水淡水1组，咸水5组；一般碎屑岩裂隙水淡水3组；共计132组地下水样(图1)。

图1 地下水质量样品采样图

3 结果及讨论

3.1 地下水质量评价

本次地下水质量评价主要以《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)作为评价标准。评价指标中常规指标选取了pH、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、锰、铜、锌、铝、耗氧量、氨氮(以N计)、钠，共13项一般化学指标，以及亚硝酸盐(以N计)、硝酸盐(以N计)、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、镉、铬(六价)、铅等10项毒理学指标，非常规指标选取了硼、钡、镍、钴、钼、银，共6项毒理学指标。共计29项水质评价指标[4]。依据地下水质量状况和人类健康风险，参照生活饮用水、工业、农业等用水质量要求，依据各组分含量高低，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五类。

根据上述地下水质量评价原则、评价方法和样品采集情况，地下淡水质质量等级特征为：Ⅰ类1组、Ⅱ类4组、Ⅲ类29组、Ⅳ类50组、Ⅴ类25组，Ⅲ类水达标率为31.19%。综合考虑区域地质环境背景、水样采集情况和离子沉淀条件的难易程度，使评价结果更能真实地反映区域地下水质量好坏，剔除pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量共6项指标后评价结果为：Ⅰ类22组、Ⅱ类20组、Ⅲ类44组、Ⅳ类16组、Ⅴ类7组，Ⅲ类水达标率为78.90%(图2)；地下咸水都存在溶解性总固体等多项指标超标，地下水质量等级全部是Ⅴ类。

图2 地下淡水水质分级特征图

3.1.1 地下淡水质量评价

(1)松散岩类孔隙淡水

经综合评价，松散岩类孔隙水质量级别Ⅱ类为1组、Ⅲ类8组、Ⅳ类21组和Ⅴ类47组，达到Ⅲ类标准水样共9组，达标率11.68%。Ⅳ类水的主要影响指标贡献比由高到低排序有pH、锰、铁、耗氧量、铝、砷、氨氮、碘化物、亚硝酸盐、硝酸盐、铅共11项指标(图3)。其中pH的贡献比最大，达到58.62%。Ⅴ类水的主要影响指标贡献比由高到低排序有pH、锰、氨氮(以N计)、碘化物、铁、化学耗氧量、铝、铅、砷、总硬度、硼、钼、氯化物、亚硝酸盐(以N计)、氟化物共15项指标。其中pH、锰的贡献比最大，都达到61.90%。

经非全指标(不考虑pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量)综合评价，质量级别Ⅰ类为4组、Ⅱ类为11组、Ⅲ类41组、Ⅳ类15组和Ⅴ类6组，达到Ⅲ类标准水样共56组，达标率72.72%，松散岩类孔隙淡水样中有9组为污染场地水样，质量级别为Ⅲ类1组、Ⅳ类2组和Ⅴ类6组。

图3 Ⅳ类和Ⅴ类松散岩类孔隙淡水主要影响指标及其贡献比柱状图表

(2)岩浆岩裂隙淡水

经综合评价，岩浆岩裂隙淡水质量级别Ⅱ类为2组、Ⅲ类为4组、Ⅳ类21组和Ⅴ类1组。Ⅳ类水的主要影响指标有pH、锰、铁、铝、化学耗氧量共5项指标(图4)。其中pH值贡献比最大，达到76.19%，其次是锰、铁、铝和耗氧量，贡献比分别为23.81%、9.52%、9.52%、4.76%。Ⅴ类水只有1组，超标组分为pH(5.49)，去除该组份水样达Ⅱ类质量标准。

图4 Ⅳ类岩浆岩裂隙淡水主要影响指标及其贡献比柱状图表

经非全指标(不考虑pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量)综合评价，质量级别Ⅰ类为16组、Ⅱ类为9组、Ⅲ类3组，Ⅲ类标准水样达标率100%。

(3)红层碎屑岩类裂隙孔隙淡水

本次采集1组红层碎屑岩类裂隙孔隙淡水样品，经综合评价，质量级别为Ⅴ类。单项水质中，超标(Ⅳ类、Ⅴ类)项目包括氯化物、铁、锰、铝、化学耗氧量、氨氮(以N计)、碘化物、铅共8项指标。

(4)一般碎屑岩裂隙淡水

本次一般碎屑岩裂隙水样品共计3组，经综合评价，质量级别Ⅰ类为1组和Ⅴ类2组；若不考虑pH的影响，质量级别Ⅰ类为1组、Ⅱ类为1组和Ⅳ类1组。单项水质中，超标(Ⅳ类、Ⅴ类)项目包括一般化学指标pH，有两组超标，最大超标值4.78，超标倍数为4.4倍；毒理学指标有一组铅超标，超标值为0.011 mg/L，超标倍数为1.1倍。Ⅴ类水的影响指标为pH。

3.1.2 地下咸水质量评价

(1)松散岩类孔隙咸水

经综合评价，松散岩类孔隙咸水质量级别Ⅴ类13组。Ⅴ类水的主要影响指标有氯化物、钠、氨氮(以N计)、溶解性总固体、铁、锰、总硬度、碘化物、pH、铝、化学耗氧量、氟化物、砷、硼14项指标(见图5)。其中氯化物、钠的贡献比最大，都达到92.31%。

图5 Ⅴ类松散岩类孔隙咸水主要影响指标及其贡献比柱状图

(2)岩浆岩裂隙咸水

本次5组岩浆岩裂隙咸水，经综合评价，质量级别全部为Ⅴ类。经单项水质评价Ⅴ类影响指标主要有总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铝、氨氮(以N计)、钠、氟化物、碘化物10项指标。

(3)红层碎屑岩裂隙孔隙咸水

本次5组红层碎屑岩类裂隙孔隙咸水，经综合评价，质量级别均为Ⅴ类。单项水质评价Ⅴ类影响指标主要为总硬度、溶解性总固体、氯化物、铁、锰、氨氮、钠、碘化物。

3.2 地下水质量分区评价

根据新会区地下水质量综合评价结果，将不同质量等级的水样点通过GIS投影到地质图上，根据克里金插值法结合水文地质条件和地形地貌进行人工干预调整，把新会区地下水质量划分为四级：地下水质量较好区、中等区、较差区和极差区(图6)。

图6 地下水质量分区评价图

3.2.1 地下水质量较好区

主要分布于新会区会城—大泽—司前一带北部丘陵区、西南部的古兜山丘陵区和东南部牛牯岭丘陵区，地下水类型以裂隙水为主，含水层岩性主要为花岗岩，其次为一般碎屑岩、红层碎屑岩。地下水化学组分含量总体较低。局部地区与天然环境背景有关的指标pH呈酸性，铁、锰、铝含量较高。不考虑天然环境背景有关的指标影响下，地下水质量等级主要为Ⅰ、Ⅱ类，分布面积约525.12 km2，约占总面积的38.76%。

3.2.2 地下水质量中等区

主要分布于新会区北部会城—大泽—司前一带、东南部古井、沙堆、三江、睦州一带和西南部双水—崖门一带的丘间谷地和山前平原区，地下水类型以松散岩类孔隙水为主，含水层岩性主要为砾砂、中粗砂。地下水质量中超标物主要为pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量等，多为天然环境形成，分布较普遍易处理，适当处理后可作生活饮用水。不考虑天然环境背景有关的指标影响下，地下水质量等级主要为Ⅲ类，分布面积约332.47 km2，约占总面积的24.54%。

3.2.3 地下水质量较差区

零星分布于山前平原区，地下水类型以松散岩类孔隙水为主，含水层岩性主要为砾砂、中粗砂。地下水质量中超标物主要为pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量等，多为原生环境形成，分布较普遍易处理，适当处理后可作生活饮用水。不考虑天然环境背景有关的指标影响下，超标物还包括碘化物、铅、砷、总硬度、硼、钼、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、氟化物等，地下水质量等级主要为Ⅳ类，分布面积约23.29 km2，约占总面积的1.72%。

3.2.4 地下水质量极差区

呈面状广泛分布于潭江流域、西江流域、虎跳门水道等沿岸平原区和银湖湾滨海平原区，地下水主要为咸水，矿化度1.12～15.94 g/L，水化学类型主要为Cl-Na型，这与支兵发、姚 普等在此地区研究的地下咸水分布情况一致[5-6]。天然环境形成的溶解性总固体、氯化物、氨氮、铁、钠、锰、碘化物、总硬度等超标物含量普遍较高，不考虑pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量指标地下水质量等级仍为Ⅴ类。分布面积约473.83 km2，约占总面积的34.98%。

3.3 地下水化学特征

3.3.1 地下水化学组分统计特征

研究区地下水样品主要水化学组分进行统计分析(表1)，研究区咸水中阳离子和阴离子各组分含量平均值排序为：Na>Ca>Mg>K，主要阳离子为Na和Ca。Cl>HCO3>SO4>NO3，主要阴离子为Cl和HCO3。可溶性SiO2变化范围为2.08～52.5 mg/L，变异系数0.50，空间变化差异小。碘化物变化范围为0.001～11.7 mg/L，变异系数4.95，空间变化差异最大。TDS变化范围34～15 936 mg/L，变异系数2.25，空间变化差异较大。

表1 地下水主要组分化学组分统计特征

3.3.2 地下水化学类型

通过Piper三线图表示新会区不同质量等级区地下水化学类型[7-10](图7)，水化学类型分布情况：地下水质量较好区(Ⅰ、Ⅱ类水)以HCO3·Cl·SO4-Na·Ca型为主，TDS含量34～295 mg/L；地下水质量中等区(Ⅲ类水)以HCO3-Ca·Na型为主，TDS含量299～730 mg/L；地下水质量差区(Ⅳ、Ⅴ类水)以Cl·HCO3-Na·Ca型为主，TDS含量775～15 936 mg/L。

图8 研究区地下水水化学Gibbs图

3.3.3 地下水化学特征影响因素

为探究新会区不同质量等级地下水水化学特征的天然成因，利用Gibbs图定性分析降雨、岩石风化水解、蒸发浓缩等天然因素的影响[11-14](图8)。地下水质量较好区(Ⅰ、Ⅱ类水)整体上看地下水化学成因有两种类型，主要部分Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值小于0.5，而TDS大于100 mg/L，表明该区域水化学组分主要受岩石风化作用主导，其次部分Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值大于0.5，TDS小于100 mg/L，表明该区域水化学组分主要受降雨补给作用主导；地下水质量中等区(Ⅲ类水)Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值小于0.5，TDS含量299～730 mg/L，表明该区域水化学组分主要受岩石风化作用主导；地下水质量差区(Ⅳ、Ⅴ类水)Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值主要大于0.5，TDS含量775～15 936 mg/L，天然因素如降雨、岩石风化水解、蒸发浓缩等作用对其水化学组分影响较小，而古海水入侵造成咸淡水混合，该条件下，离子交换和各类水化学反应可能是其水化学组分形成的主导作用[15]。

4 结语

(1)新会区地下水质量等级特征为：新会区地下淡水中pH、铁、锰、铝、氨氮、耗氧量共6项指标背景值较高，其中pH对水质评价结果的影响率最高，超过60%。剔除这几项指标后Ⅰ类22组、Ⅱ类20组、Ⅲ类44组、Ⅳ类16组、Ⅴ类7组，Ⅲ类水达标率为78.90%，地下淡水质量总体较好；地下咸水都存在溶解性总固体等多项指标超标，23组地下水质量等级全部是Ⅴ类。

(2)新会区地下水按质量等级划分为四级：地下水质量较好区、中等区、较差区和极差区，具有显著的分区性。丘陵区地下水质量较好；丘间谷地和山前平原区地下水质量中等或较差，局部pH呈酸性，铁、锰、铝、氨氮、耗氧量含量较高；潭江流域、西江流域、虎跳门水道等沿岸平原区和银湖湾滨海平原区地下水为咸水，地下水质量差，溶解性总固体、氯化物、氨氮、铁、钠、锰、碘化物、总硬度等超标物含量普遍较高。

(3)新会区地下水化学类型：地下水质量较好区(Ⅰ、Ⅱ类水)以HCO3·Cl·SO4-Na·Ca型为主，TDS含量34～295 mg/L；地下水质量中等区(Ⅲ类水)以HCO3-Ca·Na型为主，TDS含量299～730 mg/L；地下水质量差区(Ⅳ、Ⅴ类水)以Cl·HCO3-Na·Ca型为主，TDS含量775～15 936 mg/L。

(4)新会区地下水化学特征：地下水质量较好区(Ⅰ、Ⅱ类水)水化学组分主要受岩石风化作用主导，其次受降雨补给作用主导；地下水质量中等区(Ⅲ类水)水化学组分主要受岩石风化作用主导；地下水质量差区古海水入侵造成咸淡水混合，该条件下，离子交换和各类水化学反应可能是其水化学组分形成的主导作用。