趙曉玲，張成龍，朱學(xué)群

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽合肥230001）

0 引言

溶解性總固體（tοtal dissοlved sοlids），縮寫為TDS，曾稱總礦化度，為地下水中所含各種離子、分子與化合物的總含量。TDS值越高，表明水中含有的溶解物越多。TDS是安徽省淮北平原淺層地下水主要超標(biāo)組分之一[1～8]。

阜陽市地處淮北平原西北部，為安徽省皖北地區(qū)人口第一大市，地下水是其生產(chǎn)、生活的主要水源，而TDS是該市淺層地下水主要超標(biāo)組分之一。以枯水期為例，淺層地下水TDS超標(biāo)率2013年為4.35%，2014年達13.04%，2015年和2016年均為12.50%，2017年達27.27%。超標(biāo)率在2017年為近些年最高，單孔點最高超標(biāo)0.4倍，超標(biāo)點主要分布于界首市、臨泉縣、太和縣洪山鎮(zhèn)、潁上縣江口集鎮(zhèn)和楊湖鎮(zhèn)附近地區(qū)。分析該市淺層地下水TDS近些年的變化特征，探究其與其他水質(zhì)組分的相關(guān)關(guān)系，找尋影響該地區(qū)TDS變化的主要因素，以期了解阜陽市淺層地下水部分水質(zhì)組分的變化規(guī)律和相互關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)來源

上世紀80年代初，阜陽市等皖北地區(qū)中心城市監(jiān)測網(wǎng)在初步建立了淮北平原區(qū)域性地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)之后相繼建立，安徽省系統(tǒng)的地下水環(huán)境監(jiān)測工作也由此開始。此后，通常每年取樣1次，在枯水期4—6月份進行。為便于分析枯、豐水期地下水水質(zhì)的變化情況，從2013年開始一年取樣2次，豐水期也進行取樣監(jiān)測，安排在8—9月份，取樣數(shù)量較枯水期明顯偏少，仍以枯水期監(jiān)測為主。

水樣采集前，先對監(jiān)測孔進行抽水洗井，待含水層中的新鮮水流完全流入孔內(nèi)，確保水清砂凈后才能進行水樣采集，取樣容器用原水沖洗3～5次后再按各測試項目要求進行取樣，現(xiàn)場用紗布和石蠟密封，填寫、粘貼水樣標(biāo)簽。水樣一經(jīng)采取后，存放在陰涼處，3日內(nèi)送至檢測單位測試。2013年—2017年水樣均送至本單位實驗室進行檢測。2018年我站實驗室受暴雨影響，設(shè)備泡水損壞，無法繼續(xù)進行水樣測試，之后的檢測分析轉(zhuǎn)到其他單位進行，測試項目與之前相比有部分出入，個別項目數(shù)據(jù)不連續(xù)，故而本次選擇在枯、豐水期均進行取樣，且檢測為本單位實驗室，其數(shù)據(jù)為2013年—2017年5年間的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)。

2013年—2017年阜陽市淺層地下水共取樣137組，其中，枯水期116組，豐水期21組，5年間先后共有24個監(jiān)測孔點參與水質(zhì)取樣，每年取樣的孔點數(shù)受城建拆遷、孔點損毀等多種情況的影響，不完全相同。

2 空間分布情況

參照地下水質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14848—2017，Ⅲ類水TDS的限值為≤1000mg/L。與此標(biāo)準(zhǔn)相比，5年的枯、豐水期期間，阜陽市137組淺層地下水采樣點中共有19組超標(biāo)，其中枯水期超標(biāo)16組，豐水期超標(biāo)3組，超標(biāo)倍數(shù)在0.03和0.6之間。

在枯水期，每年的超標(biāo)情況分布見圖1。2013年阜陽市淺層地下水共取樣23組，TDS超標(biāo)1組，超標(biāo)率約4.35%，超標(biāo)0.03倍，超標(biāo)點位于潁州區(qū)王店鎮(zhèn)附近地區(qū)；2014年取樣23組，TDS超標(biāo)3組，超標(biāo)率約13.04%，超標(biāo)倍數(shù)0.33～0.6倍，超標(biāo)點位于界首市、太和縣、潁州區(qū)程集鎮(zhèn)等附近地區(qū)；2015年取樣24組，TDS超標(biāo)3組，超標(biāo)率約12.50%，超標(biāo)倍數(shù)0.08～0.45倍，超標(biāo)點位于界首市、太和縣、黃崗等附近地區(qū)；2016年 取 樣24組，TDS超 標(biāo)3組，超 標(biāo) 率 約12.50%，超標(biāo)倍數(shù)0.1～0.14倍，超標(biāo)點位于界首市、江口集、臨泉縣等附近地區(qū)；2017年取樣22組，TDS超標(biāo)6組，超標(biāo)率約27.27%，超標(biāo)倍數(shù)0.04～0.4倍，超標(biāo)點位于界首市、臨泉縣、太和縣洪山鎮(zhèn)、潁上縣江口集鎮(zhèn)和楊湖鎮(zhèn)等附近地區(qū)。

豐水期取樣數(shù)量少，超標(biāo)孔點數(shù)亦非常少。2013年和2015年阜陽市淺層地下水均取樣3組，TDS均未超標(biāo)。TDS超標(biāo)的年份有：2014年取樣3組，超標(biāo)1組；2016年、2017年均取樣6組，各超標(biāo)1組。

總體統(tǒng)計來看，2013年—2017年在取樣的孔點中，枯水期超標(biāo)0次的孔點有14個，超標(biāo)1次的孔點有6個，超標(biāo)2次的孔點有3個，超標(biāo)4次的孔點有1個，超標(biāo)統(tǒng)計情況見圖1。豐水期超標(biāo)2次的孔點1個，在界首市；超標(biāo)1次的孔點1個，在太和縣洪山鎮(zhèn)。

圖1 2013年—2017年阜陽市淺層地下水采樣點枯水期TDS超標(biāo)情況分布圖Figure 1.Distribution map of TDS exceedance in shallow groundwater sampling spots in Fuyang City during dry season from 2013 to 2017

3 時間變化情況

3.1 數(shù)據(jù)處理

將2013年—2017年阜陽市淺層地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)經(jīng)過初步分析，剔除異常值后，借助SPSS軟件，計算TDS每年的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，并根據(jù)枯、豐水期的數(shù)值制作出曲線圖和箱圖，觀察TDS的變化情況。

在進行相關(guān)性分析前，先統(tǒng)計近年來枯、豐水期TDS、總硬度、pH、總堿度、氯化物等指標(biāo)的頻率分布情況，對于偏態(tài)分布的指標(biāo)，則通過轉(zhuǎn)換計算使其呈正態(tài)分布，且經(jīng)過檢驗是顯著的之后，再分析其與TDS的相關(guān)關(guān)系。

3.2 枯水期

從近5年平均值的分析結(jié)果來看，枯水期TDS均值在636～782mg/L之間波動，總體呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢。從標(biāo)準(zhǔn)差來看，2013年—2015年TDS數(shù)值間差異相對保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動情況接近，2016年—2017年差異增大，TDS數(shù)值間波動增高（表1，圖2）。

圖2 2013—2017年阜陽市淺層地下水TDS數(shù)值分布情況箱圖Figure 2.Diagram of distribution of values of TDS in shallow groundwater in Fuyang City from 2013 to 2017

表1 2013年—2017年阜陽市淺層地下水枯水期TDS統(tǒng)計結(jié)果Table 1.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in Fuyang city during dry seasοn frοm 2013 tο2017

3.3 豐水期

豐水期阜陽市淺層地下水TDS均值在501～751mg/L之間波動，總體低于枯水期均值，年際間波動較枯水期明顯，總體亦呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢，增速較枯水期稍緩。從標(biāo)準(zhǔn)差的波動情況來看，近5年間豐水期數(shù)值間的差異在緩慢增加，2014年豐水期數(shù)值間差異明顯增大，其余年份呈緩慢增長趨勢，波動情況總體與豐水期均值相似（表2）。

表2 2013年—2017年阜陽市淺層地下水豐水期TDS統(tǒng)計結(jié)果Table 2.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in wet seasοn in Fuyang City frοm 2013 tο2017

3.4 與pH、總硬度、氯化物、總堿度等的相關(guān)關(guān)系

枯水期分析結(jié)果顯示，pH、總硬度、總堿度、氯化物與TDS都存在極顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），其中pH與TDS是負相關(guān)，總堿度、總硬度、氯化物與TDS為中度正相關(guān)，相關(guān)程度依次為總堿度＞總硬度＞氯化物（表3）。

表3 枯水期阜陽市淺層地下水TDS與其他組分的相關(guān)關(guān)系Table 3.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during dry seasοn

豐水期，pH、總硬度、總堿度、氯化物、硫酸根與TDS的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，總硬度、總堿度、氯化物、硫酸根與TDS都存在極顯著的高度正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)程度依次為總堿度＞總硬度＞硫酸根＞氯化物（表4），而pH與TDS的相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

表4 豐水期阜陽市淺層地下水TDS與其他組分的相關(guān)關(guān)系Table 4.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during wet seasοn

4 原因分析

TDS包括溶解于水中的各種離子、分子與化合物的總量，但不包括懸浮物和溶解氣體。其主要成分有鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸離子、碳酸氫離子、氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子。TDS值的多年演變特征受自然因素和人類活動的雙重影響，降雨量和水位埋深決定的凈補給量是淺層TDS變化的重要影響因素[9～11]。

阜陽市地處沖積平原區(qū)，地形平坦，地勢總趨勢西北高、東南低。該地區(qū)淺層地下水埋藏淺，主要為降水補給，次為地表水補給等；水平徑流與近代河流基本一致，自西北向東南，局部地段受地形地貌控制，流向河流和低洼處；蒸發(fā)是其主要排泄方式。水位監(jiān)測結(jié)果表明，淺層地下水水位能及時響應(yīng)降雨量的波動，對降水反應(yīng)非常靈敏[12～14]，其TDS波動情況明顯受降水的影響。有研究結(jié)果表明[15]，皖北平原淺層地下水平均水位埋深呈下降趨勢，即地下水位在波動中下降，下降趨勢為0.093m/10a，說明降水等補給、淋濾路徑有所延長。阜陽市淺層地下水賦存在由粉質(zhì)黏土、粉細砂相間組成的全新世和晚更新世地層中[16～17]。從2013年—2017年間超標(biāo)點統(tǒng)計分布情況來看，超標(biāo)點主要分布在潁河、泉河等河流兩側(cè)，其周邊地貌類型以堆積成因的泛濫微高地、堆積-剝蝕成因的河間平地為主，少數(shù)超標(biāo)點附近為河漫灘和河間洼地[18～19]，為各種組分的下滲和TDS升高提供了地質(zhì)環(huán)境條件。而阜陽市地表水污染情況堪憂，2016年該市環(huán)境狀況公報顯示潁河、泉河斷面水質(zhì)在Ⅳ—劣Ⅴ類之間，境內(nèi)地表水總體水質(zhì)狀況為輕度污染，地表水的污染間接增加了淺層地下水中溶質(zhì)的總量TDS。且有研究表明，阜陽市20世紀90年代以來，年降水量增加明顯[20]。綜上所述，從補給來源來說，污染的地表水和地表的污染物、大氣中的懸浮物等隨著雨水沖刷、淋濾、下滲等，經(jīng)過土壤包氣帶進入含水層，污染淺層地下水[21]。阜陽市污染的地表水、淺層水位緩慢下降而致的淋濾路徑延長，伴隨著降雨量的增加，使該地區(qū)淺層地下水TDS呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。

由于豐水期凈補給量相對較大，對淺層地下水TDS具有稀釋作用，故而通常豐水期淺層地下水的TDS波動幅度范圍較小，但2014年和2017年豐水期TDS出現(xiàn)特別波動幅度大的情況，初步分析為因不同孔點其周邊環(huán)境不同，進入淺層地下水的污染組分和多少亦不同，故而在降雨量突然充沛的豐水期，凈補給量劇增的年份，出現(xiàn)兩極分化的情況：周邊污染物組分和量少的地方，汛期凈補給量增大，相當(dāng)于稀釋了地下水中的污染物和組分，TDS減少，數(shù)值相對集中；污染物組分和量多的地方，隨著凈補給量的增大，淺層地下水中的TDS含量增加明顯，出現(xiàn)高值區(qū)域，從而造成了年際間，隨著年際降雨量的變化，豐水期TDS均值較枯水期波動明顯的情形。豐水期淺層地下水的TDS與pH的相關(guān)性不顯著，也說明了其水質(zhì)受汛期降雨影響明顯。由于氯化物、硫酸鹽等在水中的溶解度不同，溫度在20℃左右時（地下水水溫與此接近），氯化物的溶解度多高于硫酸鹽，而析出的順序剛好相反，因此，豐水期總堿度、總硬度、氯化物等組分與溶解性總固體存在極顯著的高度正相關(guān)關(guān)系，而枯水期，上述組分與TDS之間的相關(guān)程度逐漸降低，故而他們與TDS相關(guān)程度在豐水期（高度）高于枯水期（中度）。

5 結(jié)論

（1）枯水期，淺層地下水TDS的均值在636～782mg/L之間波動，總體呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢。從標(biāo)準(zhǔn)差來看，2013年—2015年TDS數(shù)值間差異相對保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動情況接近，2016年—2017年差異增大，TDS數(shù)值間波動增高。

（2）豐水期，淺層地下水TDS的均值總體低于枯水期均值，年際間波動較枯水期明顯，總體亦呈現(xiàn)緩慢增高的趨勢，增速較枯水期稍緩。從標(biāo)準(zhǔn)差的波動情況來看，近5年間，數(shù)值間的差異在緩慢增加，2014年豐水期數(shù)值間差異明顯增大，其余年份呈緩慢增長趨勢，總體與豐水期均值的波動情況相似。

（3）從阜陽市2013年—2017年間超標(biāo)點統(tǒng)計分布情況來看，超標(biāo)點主要分布在潁河、泉河等現(xiàn)代河流兩側(cè)。嚴重污染的地表水、淺層水位緩慢下降而致的淋濾路徑延長，伴隨著降雨量的增加，是該地區(qū)淺層地下水TDS逐漸升高的主要原因。

（4）阜陽市淺層地下水的pH與TDS在枯水期呈負相關(guān)關(guān)系，而在豐水期相關(guān)性不顯著；總堿度、總硬度、氯化物與TDS在枯、豐水期均有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，在豐水期的相關(guān)程度（高度）高于枯水期（中度），且排序均為總堿度＞總硬度＞氯化物；硫酸根與TDS在豐水期呈現(xiàn)高度正相關(guān)，這種變化情況與氯化物、硫酸鹽等在水中的溶解度不同有關(guān)。