張建忙 范冠宇 郭 華 陳琬鏡 包 力

(1.江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院 南京 211102；2.南通市土地復(fù)墾開發(fā)整理中心 江蘇 南通 226001)

地下水資源在自然生態(tài)環(huán)境中起著重要的調(diào)節(jié)作用，同時也是居民飲用水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等用水工程中重要的一份子，淺層地下水作為其中的重要組成部分，與城鎮(zhèn)居民生活有著密切關(guān)系，因此必須著重關(guān)注淺層地下水的水化學(xué)特征和水質(zhì)狀況。

地下水水化學(xué)特征受地質(zhì)歷史演變過程中水巖相互作用的影響，在一定程度上可以反映周邊的地質(zhì)環(huán)境情況[1]，分析當(dāng)?shù)氐牡叵滤w離子成分特征，可以在一定程度上解析形成該水體化學(xué)特征的基本過程，也能反映環(huán)境對于其組成的作用機(jī)制。

南通市海門區(qū)水資源量充足，區(qū)內(nèi)多級水系遍布，地表水資源豐富，從其分布特征及可視性程度等可以反映出地表水環(huán)境的監(jiān)測管理、生態(tài)保護(hù)以及法規(guī)建設(shè)等方面的管理力度碾壓地下水。目前地表水是城鎮(zhèn)居民的主要用水，但農(nóng)村地區(qū)淺層地下水的開發(fā)利用仍較普遍。在過去的發(fā)展歷史中，南通市海門區(qū)主要開采第Ⅲ承壓含水層地下水作為生活、工業(yè)、養(yǎng)殖用水，僅有少數(shù)民井開采淺層地下水。隨著地下水壓采方案及相關(guān)保護(hù)政策的實施，深層地下水實行控制開采，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的需求愈發(fā)無法得到滿足，淺層地下水的開發(fā)利用越發(fā)受到重視和鼓勵。由于淺層地下水開發(fā)利用價值較低，歷史調(diào)查資料較少，含水層流場特征、水文地質(zhì)參數(shù)以及水化學(xué)特征等研究較少，同時極少有關(guān)南通市海門區(qū)相應(yīng)地下水環(huán)境質(zhì)量的綜合評價[2]。

基于此，此次以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)為依據(jù)，結(jié)合南通市海門區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查項目中25處地下水樣指標(biāo)數(shù)據(jù)，分析南通市海門區(qū)淺層地下水質(zhì)量及其空間特征[3]，對了解區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量現(xiàn)狀具有現(xiàn)實意義，并且能為南通市海門區(qū)地區(qū)今后的淺層地下水開發(fā)、地下水環(huán)境污染防治以及生態(tài)修復(fù)提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

海門區(qū)位于江蘇省的東南部，東北瀕黃海，南倚長江，素有"江海門戶"之稱，與上海隔江相望，被譽為“北上?！盵4]。地理坐標(biāo)為東經(jīng)121°04′～121°32′、北緯31°46′～32°09′，全境總面積1 48.71 km2，耕地面積564.95 km2，占總面積的49.2%[5]。境內(nèi)地勢平坦，溝河縱橫，地表平均海拔4.96 m(以廢黃河為基準(zhǔn))[5]。地勢呈西北略高、東南偏低，西部最高處海拔5.2 m，東部最低處海拔2.5 m，南北橫截面呈弧形，兩頭低，中間高[5]。南靠長江口北支，有江岸線56.66 km。東鄰啟東市，東北瀕臨黃海，有海岸線11.37 km，西和北部和通州接壤[6]。研究區(qū)氣候為北亞熱帶海洋季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫15.9 ℃，年平均降水量1 083.8 mm，主要分布在5～9月，約占全年降雨量的44%，年平均蒸發(fā)量1 303.5 mm。海門區(qū)屬典型的沿河水網(wǎng)地區(qū)，境內(nèi)河流縱橫交錯，各河流屬長江水系，緊靠長江入?？?，出江入海，水系發(fā)育，水資源豐富。主要河道為人工河道，形成三橫七豎的格局，區(qū)域內(nèi)的河道已全部連通江水[7]。

松散巖類孔隙潛水含水系統(tǒng)是研究區(qū)主要淺層含水系統(tǒng)，全區(qū)廣泛分布，含水層(組)由第四系全新統(tǒng)組成[8]，厚度40～60 m，東厚西薄，含水層巖性為：上部以亞砂土及亞黏土為主，下部以粉細(xì)砂為主，砂層厚度一般在10～20 m左右，具有明顯的上細(xì)下粗的二元結(jié)構(gòu)[9]。潛水水位埋深一般為1.0～2.0 m，水位動態(tài)受降水年周期變化的影響，沿江一帶與潮水位的漲落密切相關(guān)。單井涌水量一般小于100 m3/d，富水性較差，地下水礦化度1.0～3.0 g/L，水質(zhì)差。

研究區(qū)內(nèi)氣候濕潤，降水充沛，孔隙潛水含水層埋藏淺，廣泛發(fā)育，與地表水聯(lián)系緊密，兩者呈互補(bǔ)關(guān)系[10]。調(diào)查區(qū)潛水水位主要隨大氣降水變化，豐水期最高，平水期水位緩慢下降，至枯水期最低。同時潛水與長江水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，即豐水期長江水補(bǔ)給地下水，枯水期地下水補(bǔ)給長江水。

大氣降雨入滲，地表水體側(cè)向滲透、農(nóng)田灌溉水的回歸等三項共同組成了孔隙水潛水含水層的補(bǔ)給[11]。由于本區(qū)地處長江三角洲河口地區(qū)，潛水含水層的巖性顆粒比較粗，滲透性比較好，因此逕流條件較好。

潛水蒸發(fā)，側(cè)向入滲地表水體以及向深部含水層越流補(bǔ)給和人工開采組成潛水垂直和橫向排泄的三項排泄途徑，其中人工開采，潛水蒸發(fā)是主要排泄途徑[11]。

2 淺層地下水化學(xué)特征分析

2.1 評價范圍與評價方法

本次地下水水質(zhì)評價范圍主要為南通市海門區(qū)10 m以淺民井中的地下水[12]，不包括位于崇明島的海永鄉(xiāng)部分，評價區(qū)陸域面積為1 065.78 km2。依托于南通市海門區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查項目，根據(jù)實際需要，對海門區(qū)淺層地下水進(jìn)行了調(diào)查取樣，選取民井地下水采樣點25個(如圖1所示)，約每43 km2/個，取樣時間為2020年12月份至2021年3月份，處于枯水期。水樣按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)采取，并送至具有測試資質(zhì)的江蘇省地質(zhì)工程勘察院測試中心進(jìn)行檢測?？紤]到樣品的代表性、樣品點的控制性等因素[12]，同時為了全面了解水化學(xué)特征，依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)中的相關(guān)要求，確定測試指標(biāo)共計32項，對25個水樣進(jìn)行地下水水化學(xué)類型及水質(zhì)評價[13]，并在此基礎(chǔ)上對全區(qū)地下水水化學(xué)類型和水質(zhì)進(jìn)行評價分析[14]。

圖1 民井取樣點分布圖Figure 1 Location of the sampling points of civilian wells.

根據(jù)地下水中6種主要陰陽離子(Cl-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Na+、Mg2+)的分布特征[12]，水化學(xué)分類采用舒卡列夫分類法，研究區(qū)內(nèi)淺層地下水水化學(xué)分類情況如表1所示。

表1 舒卡列夫分類表Table 1 Schukarev classification table /個

2.2 淺層地下水水化學(xué)類型

區(qū)域地質(zhì)情況、地貌形態(tài)、水文氣象特征，含水層組的巖性以及地下水的生成賦存條件共同決定了地下水的水化學(xué)特征[12]。HCO3-是研究區(qū)地下水水化學(xué)類型中的優(yōu)勢陰離子，25組水樣中，23組為HCO3型，占水樣總數(shù)的92%；2組為HCO3·Cl型，占水樣總數(shù)的8%，分布在研究區(qū)東部和北部靠近海邊的河溝地帶，水化學(xué)類型可能跟海水的上溯有關(guān)。陽離子以Ca2+為主，25組水樣中，9組為Ca型，占水樣總數(shù)的36%；7組為Ca·Mg型，占水樣總數(shù)的28%；6組為Ca·Mg·Na型，占水樣總數(shù)的24%；2組為Na·Mg型，占水樣總數(shù)的8%；1組為Na·Ca型，占水樣總數(shù)的4%。水化學(xué)類型以HCO3-Ca為主，占水樣總數(shù)的36%，主要分布其次為HCO3-Ca·Mg，占水樣總數(shù)的28%。按礦化度大小分組，南通市海門區(qū)淺層地下水全部為A組[12](圖2)。

2.3 礦化度、總硬度、pH值分布特征

2.3.1 礦化度分布特征

研究區(qū)淺層地下水主要以淡水和微咸水為主，所取水樣中未見咸水及其他礦化度較高的水。88%的水樣礦化度含量≤1 g/L，大于1 g/L的僅占12%。其中最大值1.443 g/L，最小值0.404 g/L。根據(jù)礦化度含量對研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)，淡水區(qū)面積為937.89 km2，研究區(qū)的中部及南部大部分地區(qū)是主要分布地；微咸水面積127.89 km2，主要分布在研究區(qū)的西南部、北部、西北部地區(qū)，北部地區(qū)靠近海岸，微咸水跟海水的上溯存在一定的關(guān)系，具體詳見圖3。

圖3 民井礦化度圖Figure 3 Salinity map of civilian wells.

2.3.2 總硬度分布特征

研究區(qū)淺層地下水所取水樣的總硬度含量在232～519 mg/L，總體來說研究區(qū)淺層地下水硬度相對較低?？傆捕群?300 mg/L的占水樣總數(shù)的12%，300～450 mg/L的占76%，450～650 mg/L的占12%。研究區(qū)淺層地下水主要為硬水，造成水高硬度的主要原因，可能與該區(qū)石灰型土壤有關(guān)，土壤中多有鈣質(zhì)結(jié)核顯示。研究區(qū)淺層地下水的總硬度分布情況詳見圖4。

圖4 民井總硬度分布圖Figure 4 Distribution diagram of total hardness of civilian wells.

2.3.3 pH值分布特征

研究區(qū)淺層地下水所取水樣的pH值在7.09～8.16，其中pH值7.0～8.0的占92%，大于8.0的占8%，pH值高的水樣點距離海門三廠工業(yè)園區(qū)較近，可能跟工業(yè)生產(chǎn)存在一定關(guān)系。pH值分布圖詳見圖5。

圖5 民井pH值分布圖Figure 5 pH value distribution diagram of civilian wells.

3 淺層地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價

針對研究區(qū)所選取的25個民井地下水水樣，評價指標(biāo)選取色度、濁度、pH值、TDS、總硬度、NO3-、NO2-、總鐵、碘化物、硼、CODMn、SO42-、氯化物和氟化物[15]共計14項。結(jié)合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)中的相關(guān)規(guī)定[16]，確定Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)值為地下水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行單項組分和質(zhì)量綜合評價[17]。民井的現(xiàn)狀水質(zhì)類別通過單組分分析確定，然后按照超標(biāo)率和最大超標(biāo)倍數(shù)兩個指標(biāo)進(jìn)行評價[12]。

研究區(qū)淺層地下水總硬度超標(biāo)率為12%，研究區(qū)總硬度超標(biāo)倍數(shù)最大值出現(xiàn)在四甲鎮(zhèn)北面的街東村附近，超標(biāo)1.15倍；地下水硝酸鹽超標(biāo)率為64%，全區(qū)硝酸鹽超標(biāo)倍數(shù)最大值出現(xiàn)在通啟運河邊的金鎖村附近，超標(biāo)7.12倍；地下水溶解性總固體超標(biāo)率為8%，最大超標(biāo)倍數(shù)為1.16倍，出現(xiàn)在包場鎮(zhèn)以東的六東村附近；地下水中鐵超標(biāo)率為88%，最大超標(biāo)倍數(shù)為15.57倍，出現(xiàn)在臨江鎮(zhèn)以西的湯西村；地下水碘化物超標(biāo)率為16%，最大超標(biāo)倍數(shù)為2.75倍，出現(xiàn)在海門經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的新遠(yuǎn)村附近；色度超標(biāo)率為32%，最大超標(biāo)倍數(shù)為9.66倍，出現(xiàn)在臨江鎮(zhèn)以西的湯西村；濁度超標(biāo)率為12%，最大超標(biāo)倍數(shù)為3.02倍，出現(xiàn)在悅來鎮(zhèn)西邊的云彩村附近。

研究區(qū)淺層地下水中亞硝酸鹽、氟化物、氯化物、CODMn、硫酸鹽、pH值、硼未檢出超標(biāo)。

各檢測指標(biāo)的單獨評價結(jié)果最終綜合確定取樣民井的水質(zhì)類別[12]。評價結(jié)果表明，研究區(qū)25眼取樣民井中，符合地下水Ⅲ類水質(zhì)類別要求的只有1眼，占取樣民井總數(shù)的4%。其余96%的民井為不達(dá)標(biāo)井(Ⅳ類、Ⅴ類下同)，其中Ⅳ類水9眼，Ⅴ類水15眼，表明研究區(qū)淺層地下水已遭到相當(dāng)程度的污染[12]。各取樣民井的水質(zhì)評價結(jié)果如表2所示。

表2 潛水含水層民井水取樣質(zhì)量綜合評價Table 2 List of comprehensive evaluation on sampling quality of civilian well water in phreatic aquifer

研究區(qū)民井水樣檢測結(jié)果中，除色度、濁度這兩個感官性狀指標(biāo)外，超標(biāo)最多的是硝酸鹽，其次為碘化物，鐵和溶解性總固體。其中碘化物受海進(jìn)海退影響，鐵受沉積環(huán)境影響，屬于本底背景值偏高。

如前所述，以海相沉積為主，受沉積環(huán)境影響，淺層地下水水質(zhì)總體較差，礦化度、總硬度及碘化物等本底值偏高，但由于可直接接受當(dāng)?shù)卮髿饨邓霛B補(bǔ)給，并與地表水產(chǎn)生較頻繁的補(bǔ)徑排關(guān)系，水交替循環(huán)周期短，因而淺層水的水質(zhì)在枯豐水期表現(xiàn)出完全不同的特征。主要是豐水期礦化度、總硬度低，枯水期高。

4 南通市海門區(qū)淺層地下水水質(zhì)污染分析

根據(jù)分析結(jié)果確定硝酸鹽為研究區(qū)淺層地下水主要污染項目[18]，根據(jù)單井水質(zhì)分析中所確定的硝酸鹽含量分別確定其水質(zhì)類別，在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)插分處理得到各類別水質(zhì)的分布面積。以硝酸鹽地下水分類中的Ⅲ類及以上水質(zhì)作為未受污染水，Ⅳ類作為輕度污染水，Ⅴ類作為重度污染水[19]。

根據(jù)評價結(jié)果可知：研究區(qū)淺層地下水污染面積為719.16 km2，占評價區(qū)面積的67.48%。其中輕度污染面積為239.11 km，占22.44%，重度污染面積為480.05 km，占45.04%，未受到污染的面積為346.62 km，占32.52%。重度污染區(qū)有2部分，其中一部分位于海門街道辦與三廠街道辦范圍內(nèi)，應(yīng)該與城鎮(zhèn)化進(jìn)程及工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)，另一部分位于東部的悅來以及北部的四甲、余東鎮(zhèn)以北地區(qū)，大部分為農(nóng)村地區(qū)，可能與該地區(qū)的農(nóng)業(yè)種植及畜禽養(yǎng)殖有關(guān)。研究區(qū)淺層地下水中硝酸鹽分布情況如圖6所示。

圖6 民井硝酸鹽含量分布圖Figure 6 Nitrate content distribution map of civilian wells.

在研究區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，村村都有死水溝塘，有的環(huán)繞村莊分布，有的橫穿村莊，溝塘里深度一般2～4 m，寬7～10 m。居民多沿溝塘而居，在溝溏中洗衣、洗菜、淘米，鴨、鵝生活其中，雨水季節(jié)土壤中的殘留農(nóng)藥和化肥隨徑流泄入溝塘，有的家庭作坊的污水也排入溝塘。實際上溝塘成了生活污水和有毒物質(zhì)的匯集地。加之塘水終年不流動，造成塘水渾濁，魚蝦不生，枯雨季節(jié)塘底黑色的污泥散發(fā)出嗅味。不少居民的飲水井就打在溝塘旁邊，井深3～7 m左右，與溝塘死水深度近似，埋深土層又是砂土層，毫無疑問，受污染的溝塘死水通過滲透補(bǔ)給水井，污染飲水，造成有的井水硝酸鹽、亞硝酸鹽高。此外，院落布局的不科學(xué)也造成環(huán)境的污染。例如不少居民，水井和家中污水坑、豬欄以及廚房靠近，這直接影響井水的污染。

由于淺層水容易獲得補(bǔ)給，故也易遭受污染，水中“三氮”含量較高[20]。結(jié)合以往的研究基礎(chǔ)可以得出本區(qū)民井潛水中硝酸鹽具有以下特征：

硝酸鹽的來源主要是積肥、混合肥料，包括人畜糞便，動植物殘骸，垃圾、污物以及土壤中的有機(jī)結(jié)合氮[21]；硝酸鹽含量隨時間變化幅度較大，同一年份一般是豐水期較高，枯水期較低，8月份豐水期后出現(xiàn)高值；硝酸鹽含量也同潛水位有關(guān)，水位上升硝酸鹽含量增大，水位下降硝酸鹽含量減少，二者具有一致性。

綜上所述，地下水中三氮指標(biāo)的增加，主要是人類活動引起的[22]。

5 結(jié)論

1)研究區(qū)淺層地下水為弱堿性水，其平均pH值為7.65，水體硬度相對較低，陰、陽離子中濃度最高的分別為HCO3-和Ca2+。地下水中TDS、總硬度以及主要常規(guī)離子的變異系數(shù)為中等變異，研究區(qū)地下水化學(xué)性質(zhì)在空間分布上存在一定的分帶性。HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg型水是研究區(qū)淺層地下水主要的化學(xué)類型。

2) 研究區(qū)淺層地下水水質(zhì)總體較差，大部分地區(qū)水質(zhì)為Ⅳ類、Ⅴ類，礦化度、總硬度及碘化物等本底值偏高，淺層地下水污染面積為719.16 km2，占評價區(qū)面積的67.48%，主要污染項目為硝酸鹽。

3) 沉積環(huán)境的復(fù)雜性和臨江靠海的得天獨厚地形地貌決定了研究區(qū)淺層地下水中水化學(xué)成分(總鐵、碘化物、TDS及總硬度等)天然含量較高，后期的人類活動導(dǎo)致氨氮超標(biāo)。