饮用天然山泉水水化学组分稳定性分析评价——以融水苗族自治县四荣乡为例

◎ 杨 敏，苏守明

广西海洋地质调查院，广西 北海 536000

天然山泉水的质量受水化学主要组分控制，对水化学主要组分进行稳定性分析评价，是揭示天然山泉水水质优劣的有效途径之一。

广西天然山泉水资源丰富，开发利用前景广阔。2021 年12 月，广西发展和改革委员会印发《广西特色产业做强做优总体方案》的通知，把健康饮用水作为特色食品之一在特色产业发展方向和重点上给予培育，要求以绿色、健康、长寿为特色打造和提升“广西天然优质饮用水”的区域品牌，重点培育高端矿泉水品牌，做强做优天然矿泉水和山泉水。研究小组采用不稳定系数和变异系数的综合评价方法，对融水苗族自治县四荣乡天然山泉水水化学主要组分进行稳定性分析评价，评价结果可为企业开发优质山泉水服务，对做强做优广西天然山泉水产业具有积极意义。

1 研究区概况

研究区位于融水苗族自治县四荣乡云际山西侧，距融水苗族自治县城10 km，地理位置为东经109°15′0.20″，北纬25°10′31.68″。研究区为距今6.8 亿～8 亿年前的南华系地层，岩性主要由冰筏砾岩、碎屑岩夹铁矿层等组成，遭受低绿片岩相变质作用，可划分为长安组、富禄组及黎家坡组，其中长安组、黎家坡组为冰川与海洋混合沉积类型，长安组下部为灰绿色砂质板岩、板岩夹变质砂岩、含砾砂岩，上部为灰绿色块状含砾泥岩；富禄组为陆棚—浅海相沉积碎屑岩夹赤铁矿层沉积；黎家坡组主要为一套灰绿色—灰黑色轻变质含砾砂质泥岩，少量为轻变质含砾泥质砂岩及含砾砂岩。

研究区位于融水—龙头向斜西北侧，地处广西“山”字型构造的北部脊柱，西侧有拉马—龙美区域性大断裂经过，区内无大的断层通过。研究区位于云际山西麓，属构造侵蚀中低山地貌。区内山体标高一般为500～800 m，山谷切割深度为300～500 m，山顶尖、山脊窄，地形坡度25°～35°，局部形成悬崖峭壁。坡面植被茂密，冲沟发育，多呈“V”字型，水系以树枝状及羽毛状为主，落差较大，局部存在跌水、瀑布[1-2]。

2 样品采集与分析方法

2.1 样品采集与测试分析

研究小组于2021 年1 月、4 月和8 月使用塑料瓶在研究区同一水流点采集水样，每次取理化分析样品2 个，每个样品体积＞2.5 L，样品采集后用蜡封存，第二天将样品送至广西分析测试中心进行测试。

天然山泉水水化学主要组分中的阴、阳离子检测仪器采用iCAP 7400 Radial 感耦合等离子体发射光谱仪、iCAP Q 电感耦合等离子体质谱仪及Integrion RFIC 离子色谱仪；溶解性总固体采用干燥—重量法测定；pH 采用玻璃电极法测定；偏硅酸采用硅钼黄光谱法测定。对于精密度的控制，在重复性条件下，获得的2 次独立测定结果的绝对差值未超过算术平均值的10%，测试结果可靠。

2.2 评价方法

不稳定系数和变异系数的综合评价方法，是目前运用比较广泛的水化学组分稳定性评价方法[2-3]。研究小组采用该方法对研究区饮用天然山泉水水化学主要组分稳定性进行评价。该方法的公式如下：

式（1）中，B为不稳定系数；Xmax为某组分含量的最大值（mg/L）；Xmin为某组分含量的最小值（mg/L）。

式（2）中，C为变异系数；Xi为某次某组分含量（mg/L）；为某组分含量平均值（mg/L）；n为某组分个数。

依据不稳定系数（B）及变异系数（C）对水化学主要组分进行稳定性划分，划分结果如表1 所示。

表1 稳定性与不稳定系数及变异系数关系表

3 结果与讨论

3.1 主要组分稳定性评价

从研究区天然山泉水水化学主要组分稳定性评价结果可知（见表2），研究区天然山泉水的11 项主要组分中的稳定性情况如下：含量为6.73～14.30 mg/L，均值为11.21 mg/L，不稳定系数为2.12，变异系数为0.29，不稳定；含量为2.42～3.30 mg/L，均值为2.38 mg/L，不稳定系数为1.36，变异系数为0.13，稳 定；Cl-含量为0.75～1.03 mg/L，均值为0.85 mg/L，不稳定系数为1.37，变异系数为0.15，稳定；Ca2+含量为1.85～3.20 mg/L，均值为2.42 mg/L，不稳定系数为1.73，变异系数为0.24，基本稳定；Mg2+含量为1.07～1.30 mg/L，均值为1.18 mg/L，不稳定系数为2.21，变异系数为0.08，稳定；Na+含量为2.08～2.90 mg/L，均值为2.45 mg/L，不稳定系数为1.39，变异系数为0.14，稳定；K+含量为0.38～0.57 mg/L，均值为0.51 mg/L，不稳定系数为1.50，变异系数为0.18，稳定；溶解性总固体含量为31.40～41.30 mg/L，均值为37.30 mg/L，不稳定系数为1.32，变异系数为0.11，稳定；总硬度含量为18.40～23.18 mg/L，均值为21.04 mg/L，不稳定系数为1.26，变异系数为0.16，稳定；pH 为7.05～7.29，均值为7.21，不稳定系数为1.03，变异系数为0.02，稳定；H2SiO3含量为13.00～16.10 mg/L，均值为14.30 mg/L，不稳定系数为1.24，变异系数为0.09，稳定。

表2 融水苗族自治县四荣乡天然山泉水水化学主要组分稳定性评价结果表

3.2 影响因素分析

研究区的水环境因素，如水温、pH 等均可能对水化学主要组分在水中的含量有影响。研究小组利用SPSS 进行因子相关性分析，得到研究区内水化学主要组分与水体各项环境因子相关性及阴、阳离子间相关性如表3 所示。

水化学主要组分与环境因子间相关性及阴、阳离子间相关性，能反映水化学主要组分的控制因素和影响因素。山泉水中温度与Cl-、K+的相关系数＞0.8，有显著相关关系，说明山泉水中Cl-、K+的含量受水环境温度因素控制。pH与、Ca2+、Mg2+、Na+的相关系数达到0.7，说明山泉水中、Ca2+、Mg2+、Na+的含量受水环境pH 因素控制。由表3 可知，Ca2+、Mg2+、Na+与的相关系数在0.5～0.7 之间，呈强相关关系，而与之间的相关系数达到0.8，有显著相关关系，说明山泉水中Ca2+、Mg2+、Na+的含量受因素控制，也受因素影响。

表3 水化学主要组分与水体各项环境因子及阴、阳离子间的相关性分析表

3.3 水质评价

（1）根据水质测试结果，研究区饮用天然山泉水水化学常量组分中：占阴离子毫摩尔数为50.72%，其他阴离子占阴离子毫摩尔数在25%以下；Ca2+、Na+，Mg2+占阳离子毫摩尔数＞25%，其他阳离子占阳离子毫摩尔数在25%以下。

参照矿泉水中阴、阳离子＞25%（摩尔分数）以上者可参加水化学类型命名规则[4]，研究区饮用天然山泉水的水化学类型命名为HCO3﹣Ca·Na·Mg。

（2）研究区饮用天然山泉水中的偏硅酸（H2SiO3）含量为13.00～16.10 mg/L，均值为14.30 mg/L；溶解性总固体含量为31.40～41.30 mg/L，均值为37.30 mg/L，2 项指标符合广西瓶装饮用水行业协会团体标准《饮用天然泉水》（T—GXPZS 001—2018）的界限指标（H2SiO3≥7.0 mg/L、溶解性总固体含量为25～500 mg/L）的规定，因此将其命名为偏硅酸低溶解性总固体中性极软饮用天然泉水。

（3）pH 均值为7.21，属中性水（界限值6.5～＜8.0）[4]。

（4）总硬度均值为21.04 mg/L，属极软水（界限值＜90 mg/L）[4]。

（5）广西地矿测试中心2021 年5 月和9 月的检测结果显示，泉水中微生物指标超标，建议做好溪沟上游居民排污处理和环境整治后，再请当地疾控中心重新取样检测。

4 结 语

（2）水化学主要组分稳定性的影响因素分析表明，Cl-、K+的含量受水环境温度因素控制，Ca2+、Mg2+、Na+的含量受水环境pH 因素控制；Ca2+、Mg2+、Na+的含量受因素控制，也受因素影响。

（3）四荣乡天然山泉水水化学类型属HCO3﹣Ca·Na·Mg，为偏硅酸低溶解性总固体中性极软饮用天然泉水，水质稳定、优良，适合所有人群饮用，是瓶装、桶装饮用天然泉水的理想水源和饮料基液[2]。