林桂香
(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,安徽 合肥 230001)
安徽省地下水環(huán)境監(jiān)測工作起始于20世紀(jì)80年代初,為配合黃淮海平原農(nóng)業(yè)開發(fā)工作,1982-1984年在安徽淮北平原區(qū)率先建立了區(qū)域地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng),共設(shè)置地下水動態(tài)監(jiān)測剖面線23條,其中垂直現(xiàn)代河流和地下水流向(北東向)的9條、線距約為25 km,平行現(xiàn)代河流和地下水流向(北西向)的14條、線距20 km,組成了20×25 km的基本監(jiān)測網(wǎng),工作范圍覆蓋淮河以北地區(qū)[1]。2017年底隨著國家地下水監(jiān)測工程相繼完成,370個國家級地下水監(jiān)測站點也相繼投入使用。通過國家地下水監(jiān)測工程的實施,地下水環(huán)境監(jiān)測站點整體密度大幅度增加,監(jiān)測精度大幅提高,監(jiān)測重點為淮北平原區(qū),主要監(jiān)測淺層孔隙水、中深層孔隙水、深層孔隙水和巖溶水,城市及水源地主要監(jiān)測開采目的層地下水,兼顧地下水環(huán)境問題區(qū)。本文利用安徽省已建成的地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng),根據(jù)獲取的2020年地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),對全省地下水化學(xué)特征、水質(zhì)狀況及地下水質(zhì)量進(jìn)行評價,可為水文地質(zhì)調(diào)查評價和地下水演化研究提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為全省地質(zhì)災(zāi)害防治和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供堅實支撐。
2020年安徽省投入地下水環(huán)境監(jiān)測的監(jiān)測站點總數(shù)共計489個,分布于全省四個水文地質(zhì)單元,涉及到全省四個水文地質(zhì)區(qū),總計監(jiān)控面積約125 700 km2。本次評價主要采用的2020年4-5月收集的地下水質(zhì)樣品基礎(chǔ)資料,總計435組(見表1)。其中,淺層孔隙水監(jiān)測站點184個,中深層孔隙水監(jiān)測站點144個,深層孔隙水監(jiān)測站點72個,巖溶水監(jiān)測站點28個,基巖裂隙水監(jiān)測站點5個,泉2個。
為系統(tǒng)掌握安徽省地下水水質(zhì)狀況及其動態(tài)變化規(guī)律,基于本年度取樣測試結(jié)果,按《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-2017)、《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-93)、有關(guān)要求對全省地下水質(zhì)量和污染狀況進(jìn)行分析評價。
表1 2020年枯水期安徽省地下水水質(zhì)監(jiān)測采樣一覽表 組
地下水綜合評價方法參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14848-2017》、《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/14848-93)及地調(diào)局統(tǒng)一頒布的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在水質(zhì)單指標(biāo)評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評價[2],水質(zhì)評價主要依據(jù)原樣測試結(jié)果。在監(jiān)測點每個水質(zhì)測試項目的評價結(jié)果(I、II、III、IV和V類水)基礎(chǔ)上,將監(jiān)測點每項指標(biāo)的F值進(jìn)行確定評分,如表2所示。地下水質(zhì)量綜合評價步驟主要為:
(1)參與評分的項目,應(yīng)不少于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的監(jiān)測項目,但不包括細(xì)菌學(xué)指標(biāo);
(2)首先進(jìn)行各單項組分評價,劃分組分所屬質(zhì)量類別;
(3)對個類別分別確定單項組分評價分值Fi。
按照公式(1)和(2)計算綜合評價分值F。
(1)
(2)
表2 F值評分方法
(4)按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)標(biāo)準(zhǔn)中的綜合評價方法(F值指數(shù)法)分Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類五個級別(表3),并填報相應(yīng)級別的水質(zhì)監(jiān)測點數(shù)。根據(jù)F值,按照規(guī)范要求劃分地下水質(zhì)量級別,再將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)評價類別注在級別定名之后。如“Ⅰ類(II類)”、“Ⅲ類(III類)”。
表3 水質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)
(5)評為Ⅴ類的監(jiān)測站點,要將其中的一部分因為感官和背景值超標(biāo)而被計算為Ⅴ類的值改為Ⅳ類,具體操作方法如下:色、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物、鐵、錳、總硬度和氟化物8個指標(biāo)中單項如果被評為Ⅴ(五級)類水,將其改為Ⅳ(四級)類水,后重新計算該水樣的綜合評價結(jié)果,若其綜合評價結(jié)果變?yōu)棰?、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ類水,則改寫成Ⅳ類水;如果重新評價后依然是Ⅴ類水,則此監(jiān)測站點即為Ⅴ類水保持不變。
參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)安徽省地下水環(huán)境特征,對35項常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行評價:渾濁度、色、嗅和味、肉眼可見物、鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、鐵、銅、錳、鉛、鋅、鎘、鉻(六價)、汞、砷、硒、鋁、氯化物、氰化物、氟化物、碘化物、重碳酸根、碳酸根、硫酸鹽、硝酸鹽(以氮計)、亞硝酸鹽(以氮計)、偏硅酸、溶解性總固體、總硬度、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮(以氮計)、揮發(fā)性酚類、pH值。
其中,可參評的項數(shù)為31項:渾濁度、色、嗅和味、肉眼可見物、pH、總硬度、溶解性總固體(TDS)、SO42-、Cl-、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、揮發(fā)酚類、陰離子表面活性劑、COD、NH4+、硫化物、Na、NO2-、NO3-、CN-、F-、碘化物、Hg、As、Se、Cd、Cr6+、Pb。
計算地下水中六大離子的摩爾分?jǐn)?shù),并采用舒卡列夫分類法計算全省地下水水化學(xué)類型,參與計算的樣本數(shù)為435組。分析研究結(jié)果表明,安徽省地下水化學(xué)類型跟以往相比變化不大,仍以HCO3-Ca(Mg、Na)為主;HCO3·Cl-Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4·Cl-Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4-Ca(Mg、Na)型其次;其它類型僅零星可見,水化學(xué)類型詳見表4。
表4 2020年枯水期全省水化學(xué)類型統(tǒng)計表 個
按舒卡列夫分類法,地下水溶解性總固體(TDS)小于1.5 g/L的為A組,1.5~10 g/L的為B組,10~40 g/L的為C組,大于40 g/L的為D組。從水質(zhì)化驗結(jié)果得知,安徽省地下水溶解性總固體基本處于0~10 g/L之間(表5)。其中:409個站點,屬于A組,25個站點為B組,1個站點為C 組(亳州市BR04,TDS為16.443 g/L)。全省地下水溶解性總固體主要為A組HCO3-Ca(Mg、Na)型水。同時,從水質(zhì)檢測結(jié)果分析可知,我省溶解性總固體超標(biāo)在區(qū)域分布上主要集中在淮北平原,個別在合肥、馬鞍山有零星超標(biāo)(見表6)。
表5 2020年枯水期全省溶解性總固體分組統(tǒng)計表 個
表6 安徽省溶解性總固體超標(biāo)個數(shù)統(tǒng)計表 個
3.2.1 全省地下水化學(xué)特征
對枯水期全省435組地下水中陰離子(HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-)和陽離子(Mg2+、Na+、K+、Ca2+)進(jìn)行分析,運用AquaChem軟件,制作派珀三線圖,結(jié)果如圖1所示。
圖1 2020年安徽省枯水期地下水派珀三線圖
從圖1看出,安徽省地下水化學(xué)分類主要分布在弱酸根大于強酸根區(qū),只有很少一部分是在強酸根超過弱酸根區(qū)。從淺層孔隙水到中深層孔隙水再到深層孔隙水,地下水水化學(xué)分類由堿土金屬離子大于堿金屬離子區(qū)逐漸向堿金屬離子大于堿土金屬離子區(qū)過渡。說明淺層孔隙水中鈣、鎂離子的相對含量多數(shù)高于鈉、鉀離子,而深層孔隙水中鈉、鉀離子的相對含量多數(shù)高于鈣、鎂離子的相對含量,中深層孔隙水則呈現(xiàn)出由淺層向深層過渡特征。巖溶水、泉水分布在堿土金屬離子大于堿金屬離子區(qū),裂隙水的幾個孔點在堿金屬離子大于堿土金屬離子區(qū),說明巖溶水、泉水中的鈣、鎂離子相對含量多數(shù)高于鈉、鉀離子的相對含量,而裂隙水中則多數(shù)與之相反。
3.2.2 淮北平原地下水化學(xué)特征
將本年度枯水期淮北平原378組地下水樣按含水層類型劃分,依其陰離子(HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-)和陽離子(Mg2+、Na+、K+、Ca2+)制作派珀三線圖,結(jié)果如圖2所示,并按含水層類型逐一分析。
1)淺層孔隙水
淮北平原枯水期,淺層孔隙水取樣158組,其八大陰、陽離子的相對含量見圖2(a)所示,主要分布在菱形中間靠左側(cè)區(qū)域,說明大多數(shù)淺層孔隙水的碳酸鹽硬度大于50%,與中深層、深層孔隙水相比,淺層孔隙水主要集中在左上方,說明多數(shù)淺層孔隙水中堿土金屬離子相對含量大于堿金屬離子,這與舒卡列夫分類法結(jié)果,淺層地下水的化學(xué)類型以HCO3-Ca(Mg、Na)為主相互應(yīng)。
2)中深層孔隙水
淮北平原枯水期,中深層孔隙水取樣123組,其八大陰、陽離子的相對含量見圖2(b)所示,在菱形中分布較為零散,又以中間靠右下和左下區(qū)域居多,說明中深層孔隙水中八大離子的相對含量較為多樣,但更多的是以堿金屬離子大于堿土金屬離子,弱酸根大于強酸根為主,少數(shù)為強酸根大于弱酸根。說明,由淺層孔隙水中Ca、Mg相對含量高,逐漸向Na、K相對含量較高轉(zhuǎn)化,陰離子仍碳酸根為主,少數(shù)孔點的硫酸根和氯離子相對含量較高??傮w呈現(xiàn)由淺層孔隙水向深層孔隙水轉(zhuǎn)化的過渡趨勢。
3)深層孔隙水
淮北平原枯水期,深層孔隙水取樣71組,其八大陰、陽離子的相對含量見圖2(c)所示,主要集中在菱形的右下區(qū)域,即深層孔隙水中堿金屬離子大于堿土金屬離子,有些孔點中非碳酸鹽堿超過50%,有些是碳酸鹽堿超過50%,無一對陰陽離子相對含量超過50%的孔點較少。說明深層孔隙水中Na、K相對含量高于Ca、Mg,有的孔點碳酸根、碳酸氫根相對含量高,有的孔點氯離子和硫酸根相對含量高。從淺層孔隙水到深層孔隙水,陽離子逐漸由Ca、Mg為主,轉(zhuǎn)化為以Na、K為主,陰離子由以碳酸根為主,轉(zhuǎn)化為以碳酸根、氯離子、硫酸根為主。
4)巖溶、裂隙、泉水
淮北平原枯水期,巖溶、裂隙、泉水取樣26組,其八大陰、陽離子的相對含量見圖2(d)所示,巖溶、泉水主要分布在菱形的左上區(qū)域,即堿土金屬離子大于堿金屬離子區(qū),裂隙水散布在菱形中間靠左下區(qū)域,即弱酸根大于強酸根區(qū)域。說明,巖溶、泉水中Ca、Mg離子的相對含量高于Na、K,多數(shù)孔點碳酸鹽硬度超過50%,少部分孔點無一對陰陽離子相對含量超過50%。裂隙水中碳酸根、碳酸氫根相對含量高于氯離子和硫酸根離子。與孔隙水相比,大部分巖溶、泉水的地下水化學(xué)分類與淺層孔隙水更為接近,少數(shù)與中深層孔隙水接近,而裂隙水則與中深層、深層孔隙水的化學(xué)分類更為接近。
圖2 2020年枯水期淮北平原各類含水層地下水三線圖
本次參與評價的水質(zhì)原樣435組,通過對全省無機指標(biāo)31項進(jìn)行綜合評價,評價結(jié)果見表7:
(1)全省435組水質(zhì)原樣中,0.46%為Ⅰ類水,5.98%為Ⅱ類水,0.46%為Ⅲ類水,91.26%為Ⅳ類水,1.84%為Ⅴ類水。
(2)按含水層類型和監(jiān)測層位來看,全省淺層孔隙水3.80%為Ⅱ類水,0.54%為Ⅲ類水,95.65%為Ⅳ類水;中深層孔隙水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類水)占6.94%,超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類水)約占93.06%;深層孔隙水均為Ⅳ、Ⅴ類水;巖溶水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類水)占28.57%,超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類水)約占71.43%;裂隙水和泉水取樣數(shù)少,裂隙水取樣5組,2組為Ⅱ類水,3組為Ⅳ類水;泉水取樣2組(珍珠泉、
龍莊泉取樣點),均為Ⅱ類水。
表7 2020年全省枯水期各含水層地下水質(zhì)量占比一覽表
通過本次評價,可得到以下結(jié)論:
(1)2020年安徽省地下水化學(xué)類型跟以往相比變化不大,仍以HCO3-Ca(Mg、Na)為主;HCO3·Cl-Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4·Cl-Ca(Mg、Na)、HCO3·SO4-Ca(Mg、Na)型其次;其它類型僅零星可見,地下水總硬度多小于500 mg/L,按舒卡列夫分類法,全省地下水溶解性總固體主要屬于A組(TDS小于1.5 g/L)。從水質(zhì)檢測結(jié)果可知,溶解性總固體超標(biāo)在區(qū)域分布上主要集中在淮北平原,個別在合肥、馬鞍山有零星超標(biāo)。由于受原生環(huán)境影響,各類地下水Fe、Mn含量普遍超標(biāo),河間地帶F含量偏高。
(2)綜合評價結(jié)果來看,2020年安徽省435組水質(zhì)原樣中,0.46%為Ⅰ類水,5.98%為Ⅱ類水,0.46%為Ⅲ類水,91.26%為Ⅳ類水,1.84%為Ⅴ類水。全省淺層孔隙水3.80%為Ⅱ類水,0.54%為Ⅲ類水,95.65%為Ⅳ類水;中深層孔隙水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類水)占6.94%,超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類水)約占93.06%;深層孔隙水均為Ⅳ、Ⅴ類水;巖溶水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類水)占28.57%,超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類水)約占71.43%。
(3)安徽省目前地下水監(jiān)測重點集中在淮北平原地區(qū),其它地區(qū)地下水監(jiān)測工作相對薄弱,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,特別是皖江經(jīng)濟帶地區(qū)對地下水環(huán)境關(guān)注度愈來愈高,因此地下水監(jiān)測站點的監(jiān)測密度及監(jiān)測范圍有待進(jìn)一步提高,建議進(jìn)一步加強地下水監(jiān)測工作的投入。