李 丹，孟慶強(qiáng)，張明珠

(廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州510220)

廣州市地處珠江三角洲，屬南方水資源豐富地區(qū)，但絕大部分為過境客水，本地水資源相對(duì)較少，人均占有量為1 375 m3，與廣東省平均相比，人均少1 808 m3。而廣州市本地多年平均徑流量?jī)H有81.29億 m3，其中地表水為60.10億m3，淺層地下水20.37億 m3，深層地下水為 0.82億 m3。近30年快速的城市化及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展使廣州市的水質(zhì)性缺水問題日益突出，境外來水－西江、北江、東江已逐步成為廣州市主要的供水來源。然而，這些境外來水的中、上游也面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染問題，突發(fā)性污染事件(如西江的Cd污染事件、北江的鉈污染事件等)目前是廣州乃至整個(gè)珠江三角洲供水安全的最大威脅。故此，廣州本地的地下水資源作為重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源，其規(guī)劃、保護(hù)、利用意義重大。

本文根據(jù)2010～2014年廣州市五個(gè)重要地下水源地共100個(gè)水文地質(zhì)孔、53個(gè)民井的pH值數(shù)據(jù)，總結(jié)了廣州市地下水源地pH值的時(shí)空分布規(guī)律，初步探討了其影響因素和成因，旨在為該地區(qū)更合理地開發(fā)、利用和保護(hù)地下水提供科學(xué)依據(jù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

根據(jù)《廣東省地下水功能區(qū)劃》劃定的廣州市地貌類型，平原區(qū)面積為 2 723.06 km2，山丘區(qū)面積為 4 223.21 km2，山丘區(qū)與山間平原區(qū)面積為275.74 km2。廣州市在構(gòu)造單元上屬華南褶皺系粵北、粵東北—粵中凹陷帶的粵中凹陷區(qū)。區(qū)內(nèi)大面積分布花崗巖類巖石，西南部為沉積地層，南部為三角洲沉積及花崗巖類臺(tái)地。

廣州市地下水資源劃分了五個(gè)重要水源地，分別為廣花盆地、龍洞沖積平原、南崗－新塘地區(qū)沖積平原、增江沖洪積平原和流溪河階地，總面積將近1 400 km2。根據(jù)《廣東省地下水功能區(qū)劃》(2005～2030)，廣花盆地位于珠江三角洲廣州廣花盆地應(yīng)急水源區(qū)，流溪河階地位于珠江三角洲廣州白云分散式開發(fā)利用區(qū)，增江沖洪積平原位于珠江三角洲廣州三江分散式開發(fā)利用區(qū)，龍洞沖積平原和南崗—新塘沖積平原位于珠江三角洲廣州至新塘地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。

根據(jù)地下水的賦存條件、含水介質(zhì)條件、水理性質(zhì)及水力特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為松散巖類孔隙水、巖溶水、基巖裂隙水三大類。其中，巖溶水根據(jù)埋藏條件的不同分為裸露型、覆蓋型、埋藏型;基巖裂隙水依含水巖組及水理性質(zhì)的差異，分為塊狀巖類裂隙水、層狀巖類裂隙水和碎屑巖類(紅層)孔隙裂隙水。

松散巖類孔隙水水化學(xué)類型主要為HCO3－Ca型、HCO3·Cl－Na·Ca型和 HCO3·SO4－Na·Ca型;巖溶水水化學(xué)類型以HCO3－Ca型為主，次為 HCO3·SO4－Na·Ca型和HCO3·Cl－Na·Ca型;基巖裂隙水水化學(xué)類型主要為 HCO3－Na·Ca型、HCO3·Cl－Ca·Na型和 HCO3－Ca型。

2 pH值分布特征

2.1 樣品采集

調(diào)查對(duì)象為廣州市五個(gè)地下水源地內(nèi)具有代表性的100個(gè)水文地質(zhì)孔及53個(gè)民井。從2010年9月至2014年12月每年分豐水期和枯水期分別進(jìn)行pH值的觀測(cè)，共獲得地下水pH值數(shù)據(jù)1 063組。

表1 廣州市2010－2014年五個(gè)重要地下水源地地下水中pH值統(tǒng)計(jì)匯總

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

分別統(tǒng)計(jì)廣州市五個(gè)重要地下水源地的pH值超標(biāo)率，結(jié)果表明，廣州市五個(gè)重要地下水水源地的pH超標(biāo)率大小如下:流溪河階地(29.77%)＞龍洞沖積平原(23.91%)＞增江沖洪積平原(20.53%)＞廣花盆地(6.53%)＞南崗－新塘地區(qū)沖積平原(2.70%)。流溪河階地pH值超標(biāo)率最高，其次為龍洞沖積平原和增江沖洪積平原，廣花盆地和南崗－新塘地區(qū)沖積平原pH值超標(biāo)率較低。研究區(qū)超標(biāo)率范圍是 2.70% ～29.77%，整體超標(biāo)率是14.02%。

分別統(tǒng)計(jì)五個(gè)水源地2010－2014年地下水pH值均值，結(jié)果表明各區(qū)域 pH值多年均值呈中性，范圍為6.90～7.21，pH值多年均值從小到大依次排列如下:流溪河階地(6.90)＜龍洞沖積平原(7.03)＜增江沖洪積平原(7.04)＜南崗－新塘地區(qū)沖積平原(7.20)＜廣花盆地(7.21)。整個(gè)研究區(qū)pH值多年均值為7.12(見表1)。

對(duì)廣州市五個(gè)重要地下水源地的pH值進(jìn)行豐水期和枯水期的對(duì)比，結(jié)果見表2。在403組豐、枯水期對(duì)比樣中，豐水期地下水 pH值均值為7.04，枯水期均值7.17。豐水期pH值低于枯水期的占47.52%，高于枯水期的占35.64%，無變化的16.83%。豐水期與枯水期pH值的差值平均為－0.08，最大值為 1.80，最小值為 －1.91。結(jié)果表明，對(duì)研究區(qū)整體而言，豐、枯水期地下水pH值變化不大，豐水期略有降低。特別地，龍洞沖積平原豐水期pH值比枯水期略有升高，龍洞沖積平原和流溪河階地pH豐＞pH枯(%)大于pH豐＜pH枯(%)，個(gè)別鉆孔在個(gè)別年份出現(xiàn)pH值的較大波動(dòng)。

表2 廣州市2010－2014年五個(gè)重要地下水源地地下水中pH值豐/枯水對(duì)比

2.3 pH值分布特征

本文根據(jù)研究區(qū)2010－2014年歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)具有代表性的鉆孔及民井的地下水pH值多年均值、pH值年際變化率(詳見圖 1)，應(yīng)用 surfer軟件進(jìn)行克里金(Kriging)插值［1］。克里金(Kriging)插值法［2］又稱空間自協(xié)方差最佳插值法，它廣泛地應(yīng)用于地學(xué)制圖、地下水模擬等領(lǐng)域，是一種以最佳線性無偏估計(jì)為核心的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)格網(wǎng)化方法［3］。圖3是根據(jù)研究區(qū)地下水pH值多年均值等值線圖，能基本反映研究區(qū)地下水pH值的多年分布態(tài)勢(shì)。圖4是研究區(qū)地下水pH值年際趨勢(shì)變化等值線圖，能基本反映研究區(qū)地下水pH值的多年時(shí)空變化趨勢(shì)。

廣州市五個(gè)重要地下水源地的pH值具有區(qū)域性分布特征，詳見圖2。研究區(qū)pH值多年均值范圍在6.48～8.13之內(nèi)。pH值小于6.5的偏酸性地下水主要位于廣花盆地花都區(qū)新華街區(qū)域，該區(qū)域監(jiān)測(cè)到地下水 pH平均值為6.48，依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)pH值呈Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。廣花盆地白云區(qū)人和鎮(zhèn)、流溪河階地從化區(qū)江浦街道、流溪河階地太平鎮(zhèn)水南村、龍洞沖積平原天河區(qū)天河公園、南崗－新塘地區(qū)沖積平原黃埔區(qū)、增江沖洪積平原荔城鎮(zhèn)呈地下水pH值低洼，這些區(qū)域監(jiān)測(cè)到地下水pH值平均值為 6.67、6.52、6.60、6.88、6.99、6.95，依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)pH值呈Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

研究區(qū)pH值2010－2014年際變化率在－0.7至0.7之內(nèi)。5年內(nèi)64.43%的水點(diǎn)pH值呈下降趨勢(shì)，主要分布在增江沖洪積平原、流溪河階地城郊鎮(zhèn)和江浦街道、南崗－新塘地區(qū)沖積平原新塘鎮(zhèn)、龍洞沖積平原龍洞－上涂屋一帶及岑村;pH值呈上升趨勢(shì)的水點(diǎn)所占比例為35.57%，主要分布在廣花盆地白云區(qū)石井河上游、新市街和江高鎮(zhèn)，龍洞沖積平原員村，流溪河階地太平鎮(zhèn)水南村，詳見圖3。約80%的水點(diǎn)pH值年際變化范圍在－0.3至0.1之間，其中年際變化率在(－0.3，－0.1?范圍的水點(diǎn)所占比例為 27.52%，年際變化率在(－0.1，0?范圍的水點(diǎn)所占比例為 31.54%，年際變化率在(0，0.1?范圍的水點(diǎn)所占比例為20.13%。

結(jié)果表明，除局部地段地下水pH值多年均值小于6.5呈Ⅳ類，廣州市地下水源地地下水的pH值總體表現(xiàn)良好。然而增江沖洪積平原荔城鎮(zhèn)，流溪河階地城郊鎮(zhèn)和江浦街道屬于地下水偏酸性地區(qū)，且呈逐年酸化趨勢(shì)，這將一定程度上影響著該區(qū)地下水資源的開發(fā)利用。

圖1 研究區(qū)2010－2014年地下水pH值年際變化率

圖2 廣州市重要地下水源地地下水中pH值多年均值等值線示意圖

圖3 廣州市重要地下水源地地下水中pH值年際趨勢(shì)變化等值線示意圖

3 影響因素及成因淺析

3.1 酸雨

酸雨一般是指pH＜5.6的降水。廣州作為珠江三角洲城市群的中心城市，酸雨污染嚴(yán)重。王志春［2］通過對(duì)廣州1992－2008年酸雨資料的統(tǒng)計(jì)分析表明，廣州17年的年平均降雨pH值為4.05，酸雨年均發(fā)生頻率為86.9%;春季pH值最低，夏季pH值最高，具有明顯的季節(jié)性變化。大氣降水是廣州淺層地下水的主要補(bǔ)給來源，每年4－9月是地下水的補(bǔ)給期，10月至次年3月為消耗期。豐水期地下水pH值較枯水期偏低，一定程度上指示了酸雨對(duì)地下水酸化的貢獻(xiàn)作用［4］。

3.2 地質(zhì)條件

研究區(qū)廣花盆地、龍洞沖積平原、南崗－新塘地區(qū)沖積平原、增江沖洪積平原和流溪河階地所處地貌分別為盆地、洪積－沖積平原和溪谷平地。其中廣花盆地地貌類型以平原為主，臺(tái)地和丘陵次之。地質(zhì)條件間接影響地下水的酸堿性。

丘陵區(qū)以山頂海拔高度250～500 m和100～250 m分為高丘陵區(qū)和低丘陵區(qū)。高丘陵分布在廣花盆地花都北部、流溪河階地從化西南部、增江沖洪積平原增城北部，低丘陵主要分布在增城北部，黃埔區(qū)南崗以南等地。丘陵是穩(wěn)定性較差的一類地貌單元，不僅溝谷密度較大，而且經(jīng)常發(fā)生水土流失、崩塌和滑坡等。表層土壤較薄，且土壤粘結(jié)性差，通透性好，對(duì)酸的緩沖能力甚低［5］。

臺(tái)地海拔高度小于100 m，包括廣花平原及以北的臺(tái)地，增城的南部和廣州市區(qū)的大部分。廣州市主要是基巖臺(tái)地，即由花崗巖、變質(zhì)巖或沉積巖構(gòu)成的侵蝕－剝蝕臺(tái)地，主要分布于沿海丘陵與平原過渡地區(qū)，風(fēng)化層較厚，對(duì)酸的緩沖能力相對(duì)較強(qiáng)。

平原海拔高度小于20 m，按平原特點(diǎn)可分為溪谷平地、洪積－沖積平原、沖積平原，其中溪谷平地分布于丘陵區(qū)河谷的上游，平原面積小，組成物質(zhì)較粗;洪積－沖積平原分布于丘陵邊部和沖積平原區(qū)間，堆積物來源復(fù)雜;沖積平原分布于河流下游，如流溪河、增江、沙河涌、車陂涌的下游平原等，地面平坦，堆積層厚度大;表層土壤粘土含量高，粘結(jié)性強(qiáng)，對(duì)酸的緩沖能力相對(duì)較強(qiáng)［5］。

廣花盆地花都區(qū)北部、增江沖洪積平原增城區(qū)北部、流溪河階地從化區(qū)基巖出露區(qū)斷裂發(fā)育，地表淺部巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，利于大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給。龍洞沖積平原淺部基巖裂隙水受大氣降水影響大，在獲得補(bǔ)給的同時(shí)排泄也快，具有雨多泉水流量大、旱天泉流量少的特點(diǎn)。這些區(qū)域地下水pH值偏酸性，在一定程度上受酸雨和原生地質(zhì)環(huán)境的雙重作用。

3.3 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

廣州市西部低山丘陵及臺(tái)地區(qū)，地下水排泄區(qū)接近于補(bǔ)給區(qū)，并具徑流途徑短、循環(huán)交替強(qiáng)烈的特點(diǎn)，pH值相對(duì)較低，以弱酸性為主;流溪河等沖積平原及古河道地帶地下水具徑流弱、循環(huán)交替較緩等特點(diǎn)，pH值弱酸性－中性。隱伏巖溶區(qū)地下水接受上覆松散巖類孔隙水的補(bǔ)給，在巖溶作用下，pH值相對(duì)較高，以中性－弱堿性為主。由于地層結(jié)構(gòu)及受外圍因素影響的不同，pH值隨深度的變化存在差異。如廣花盆地，上層松散巖類孔隙水與下層巖溶水的pH值具有明顯的差異性，白云區(qū)雙崗村應(yīng)急井中，上層松散巖類孔隙水pH值7.22，水化學(xué)類型為HCO3－Ca－Na型;下層巖溶水pH 值 7.50，水化學(xué)類型為 HCO3－Ca·Mg型。

3.4 人類活動(dòng)的影響

在天然條件下，地下水系統(tǒng)為時(shí)空有序結(jié)構(gòu)。水流以不同級(jí)次方式有序運(yùn)移，水量、水質(zhì)發(fā)生穩(wěn)定的、有規(guī)律的時(shí)空演變［6］。廣州市人口密集，城市化、工業(yè)化發(fā)展迅速，是人類活動(dòng)強(qiáng)作用區(qū)。地表水污染、土壤污染、廢水灌溉、污渠滲漏等人類活動(dòng)強(qiáng)烈地影響著地下水環(huán)境［7］。數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)個(gè)別鉆孔在個(gè)別年份出現(xiàn)pH值的較大波動(dòng)，五年內(nèi)呈高/低點(diǎn)反彈趨勢(shì)變化，在一定程度上指示了人類活動(dòng)對(duì)地下水pH變化的驅(qū)動(dòng)作用。

人類活動(dòng)增加了地下水補(bǔ)給來源，如灌溉入滲、渠系滲漏、污廢水入滲補(bǔ)給。生活污水和工業(yè)廢水與天然狀態(tài)下的補(bǔ)給水水質(zhì)有很大差別，且區(qū)域變化差異較大。流溪河階地、增江沖洪積平原屬于廣州市郊，近年來農(nóng)業(yè)集約化、產(chǎn)業(yè)多元化和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展，投入農(nóng)田中的農(nóng)藥、化肥量和全年畜禽糞尿產(chǎn)生量急劇增加，地表水、土壤都受到不同程度的污染［8］。這些污染物會(huì)隨著降雨入滲、地表水補(bǔ)給進(jìn)入地下水。廢水灌溉、污渠滲漏也是廣州市郊地下水污染的來源之一。目前關(guān)于人類活動(dòng)對(duì)地下水的影響雖有研究，但深度明顯不夠，并且大多只針對(duì)單一的人類因素進(jìn)行研究，對(duì)于多重人類因素影響下的地下水系統(tǒng)的變化研究不足［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)廣州市五個(gè)重要地下水水源地的pH超標(biāo)率大小如下:流溪河階地＞龍洞沖積平原＞增江沖洪積平原＞廣花盆地＞南崗－新塘地區(qū)沖積平原。超標(biāo)率范圍是2.70% ～29.77%，整體超標(biāo)率是14.02%。對(duì)研究區(qū)整體而言，豐、枯水期地下水pH值變化不大，豐水期略有降低。

(2)廣州市五個(gè)重要地下水源地的pH值均值及年際變化趨勢(shì)具有區(qū)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類，廣州市地下水源地地下水的pH值總體表現(xiàn)良好。然而增江沖洪積平原荔城鎮(zhèn)，流溪河階地城郊鎮(zhèn)和江浦街道屬于地下水偏酸性地區(qū)，且呈逐年酸化趨勢(shì)，這將一定程度上影響著該區(qū)地下水資源的開發(fā)利用。

(3)酸雨、地質(zhì)條件、地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件、人類活動(dòng)是影響廣州市地下水源地地下水pH值的主要因素，是造成地下水pH值分布出現(xiàn)區(qū)域差異的主要原因。

［1］張二勇，李云峰，王瑋.Surfer軟件繪圖接口的開發(fā)及應(yīng)用［J］.地下水.2005(03).

［2］艾強(qiáng).基于不同插值方法的地下水等值線圖繪制研究［J］.地下水.2012(03).

［3］白世彪，陳曄，王建.等值線繪圖軟件SURFER7.0中九種插值法介紹［J］.物探化探計(jì)算技術(shù).2002(02).

［4］王志春，丁凌云，劉尉，等.廣州酸雨現(xiàn)狀及影響因素分析［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào).2011，27(5):717 －722.

［5］張玉璽，孫繼朝，陳璽，等.珠江三角洲淺層地下水pH值的分布及成因淺析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2011(01).

［6］李培月.人類活動(dòng)影響下地下水環(huán)境研究—以寧夏衛(wèi)寧平原為例［D］.長(zhǎng)安大學(xué).2014.

［7］張金鎮(zhèn)，鄧熙，顧繼光.流溪河水質(zhì)的動(dòng)態(tài)特征［J］.生態(tài)科學(xué).2004(03).

［8］劉平，程炯，劉曉南，等.廣州流溪河流域典型農(nóng)業(yè)集水區(qū)降雨徑流污染物輸出特征分析［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào).2008，24(1):92－95.