海南省瓊中縣地下水質(zhì)量評價(jià)研究

齊 信，王安濤，黎清華，王曉晗，張?jiān)偬?/p>

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205；2.中國地質(zhì)大學(xué)工程學(xué)院，武漢 430074；3.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，廈門361102）

地下水是生產(chǎn)、生活所不可缺少的重要資源，在保障居民生活飲用供水、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展用水等方面發(fā)揮了重要作用。近幾十年來，由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需水量不斷增加，各類工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)耕作中化肥與農(nóng)藥的使用以及居民生活污水的無序排放，不僅造成所在區(qū)域河流、湖泊、水庫等地表水的污染情況日益加劇，也造成了地下水的水質(zhì)污染。同時(shí)，地下水常常存在有害元素超標(biāo)現(xiàn)象，直接飲用對身體健康有很大影響。因此，在地下水開發(fā)利用之前，系統(tǒng)地開展地下水環(huán)境調(diào)查評價(jià)極為必要[1]，以便據(jù)此制定區(qū)域地下水開發(fā)利用和保護(hù)管理規(guī)劃，有效保護(hù)地下水資源，實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用[2]。

瓊中縣位于海南島中部，是自然資源部定點(diǎn)扶貧六縣之一。安全飲水是制約瓊中縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。按照自然資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局脫貧攻堅(jiān)總體工作部署，中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心精準(zhǔn)對接瓊中縣需求，在瓊中縣集中連片貧困缺水區(qū)部署水文地質(zhì)調(diào)查工作，基本查明了瓊中縣地下水質(zhì)量狀況，為當(dāng)?shù)厮Y源的安全利用、合理開采和科學(xué)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)背景

瓊中縣地形地貌較復(fù)雜，西南高、東北低，地勢自西南向東北傾斜。根據(jù)地貌成因和形態(tài)特征，將研究區(qū)劃分為四種地貌類型，分別為侵蝕構(gòu)造中山區(qū)、侵蝕構(gòu)造低山區(qū)、構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)、構(gòu)造剝蝕臺地區(qū)。

區(qū)內(nèi)地層有長城紀(jì)俄文嶺組（Che）和戈枕村組（Chg）變質(zhì)巖與志留紀(jì)陀列組（S1t）、白堊紀(jì)鹿母灣組（K1l）和六羅村組（K1ll）沉積巖，分布面積約占縣域面積的14%；區(qū)內(nèi)侵入巖廣泛分布，二疊紀(jì)（γP）、三疊紀(jì)（γT）、侏羅紀(jì)（γJ）、白堊紀(jì)（γK）等多期次侵入巖出露面積約占縣域面積的86%（圖1）。

瓊中縣地處北東向與北西向兩組構(gòu)造交匯部位附近，受到區(qū)內(nèi)的東西、北東、北西和南北向四組地質(zhì)構(gòu)造控制（圖1）。野外調(diào)查見北西向斷裂多截切北東向斷裂，構(gòu)造形跡及力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為張性、張扭性等特征，是該區(qū)的主要控水?dāng)嗔裑3]。

1.2 水文地質(zhì)特征

瓊中縣雨量充沛，5～10月為雨季，11月至翌年4月為旱季，年平均降雨量2300 mm，全年降雨量79%集中在雨季?？h境內(nèi)降雨量空間上分布不均，由東南向西北逐步遞減。降雨季節(jié)性差異導(dǎo)致該縣多地區(qū)出現(xiàn)季節(jié)性缺水。

瓊中縣地下水總體賦存條件較差，根據(jù)含水層介質(zhì)特征、地下水貯存條件、水力特征把地下水類型劃分為松散巖類孔隙-裂隙水和基巖裂隙水。又根據(jù)含水層成因、地質(zhì)條件不同，將基巖裂隙水分為層狀巖類（網(wǎng)狀、層狀）裂隙水、塊狀巖類（網(wǎng)狀、脈狀）裂隙水及紅層（局部、層間）裂隙水三個(gè)亞類。

瓊中縣地下水流系統(tǒng)明顯受宏觀地貌格局的控制，不同地貌單元常形成不同的地下水系統(tǒng)。該區(qū)為中低山-丘陵地貌區(qū)，是海南省三大河流—南渡江、萬泉河、昌化江的發(fā)源地，地下水流系統(tǒng)與地表水流系統(tǒng)分布一致。因此，在劃分地下水系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了宏觀地貌單元的特征。依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)地表水與地下水的水力聯(lián)系及其歸屬，將本區(qū)地下水系統(tǒng)劃分為南渡江、萬泉河、昌化江三個(gè)地下水流系統(tǒng)（圖1）。

2 樣品測試與地下水評價(jià)方法

2.1 樣品采集與測試

地下水樣品按照南渡江、萬泉河、昌化江三個(gè)不同的地下水流系統(tǒng)分區(qū)采集。工作區(qū)共施工水文地質(zhì)鉆孔29個(gè)，調(diào)查民井107口，共采集地下水樣品136組（圖1），其中南渡江地下水流系統(tǒng)面積471.64 km2，采集樣品31組；萬泉河地下水流系統(tǒng)面積1873.72 km2，采集樣品94組；昌化江地下水流系統(tǒng)面積359.81 km2，采集樣品11組。水樣測試由國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖南省地質(zhì)測試研究院）完成，主要采用的檢測設(shè)備為AFS-8230原子熒光光度計(jì)、XGY-1011A原子熒光光度計(jì)、X Serice ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)普儀、ICAP-7600電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀器、ICS-900離子色譜儀等。樣品的采集、運(yùn)輸嚴(yán)格按照《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ494-2009）規(guī)范[4]執(zhí)行。按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2017）[5]，對瓊中縣地下水水質(zhì)狀況進(jìn)行分析評價(jià)，并依據(jù)我國地下水質(zhì)量狀況和人體健康風(fēng)險(xiǎn)，參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水質(zhì)量要求，依據(jù)各組分含量高低，劃分為五類（表1）。

圖1 海南省瓊中縣地質(zhì)簡圖與地下水采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Geological sketch and distribution of groundwater sampling points in Qiongzhong County, Hainan Province

表1 瓊中縣地下水質(zhì)量分類Table 1 Quality classification of groundwater in Qiongzhong County

2.2 評價(jià)指標(biāo)

地下水質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)繁多，類型不一。參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848－2017）[5]和《飲用水天然礦泉水檢驗(yàn)方法》（GB/T 8538－2008）[6]，確定參評指標(biāo)為56項(xiàng)，按照其性質(zhì)分別劃分為感官性指標(biāo)（4項(xiàng)）、一般化學(xué)指標(biāo)（29項(xiàng)）、微生物指標(biāo)（4項(xiàng)）、毒理學(xué)指標(biāo)（17項(xiàng)）和放射性指標(biāo)（2項(xiàng)）五類（表2）。

表2 地下水評價(jià)指標(biāo)分類Table 2 Classification for groundwater evaluation indexes

2.3 評價(jià)方法

目前地下水質(zhì)量評價(jià)方法較多，有單因子評價(jià)法[7]、聚類分析法[8]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[9-10]、地下水質(zhì)量可拓評價(jià)方法[11]、模糊綜合評價(jià)方法[12-15]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[16]、地下水質(zhì)量指標(biāo)分類綜合評價(jià)方法[17-18]等。地下水質(zhì)量評價(jià)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，必須結(jié)合研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)和評價(jià)目的選擇合適的評價(jià)方法。

本次開展瓊中縣地下水質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)，旨在為當(dāng)?shù)厮Y源的安全利用、合理開采和科學(xué)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，因此，既要充分考慮單因子影響要素，又要達(dá)到開展綜合評價(jià)的目的，且具有可操作性。據(jù)此，選用地下水質(zhì)量單因子評價(jià)法和地下水質(zhì)量綜合評價(jià)法，綜合評價(jià)研究區(qū)地下水質(zhì)量特征。本次地下水質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)共分為兩部分，第一部分采用地下水質(zhì)量單因子評價(jià)法，參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848－2017）[5]要求，按照取“優(yōu)”原則，即樣品測試結(jié)果限值同時(shí)滿足 I 類、 II 類和 III 類水質(zhì)，則將該組樣品水質(zhì)劃分為 I 類；第二部分采用地下水質(zhì)量綜合評價(jià)法，即在地下水質(zhì)量單因子評價(jià)基礎(chǔ)上，利用多組因子綜合疊加分析，按照取“差”原則，綜合所有測試指標(biāo)中最差分類來確定。針對綜合評價(jià)結(jié)果，用不同的色塊表示不同等級地下水分布，最終給出地下水質(zhì)量綜合評價(jià)結(jié)果。

3 地下水質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

3.1 地下水質(zhì)量單因子評價(jià)結(jié)果

3.1.1 感官性指標(biāo)評價(jià)

感官性指標(biāo)包括色度、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物4項(xiàng)指標(biāo)（表2）。參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848－2017）[5]，對本次采集的136組地下水樣品進(jìn)行感官性指標(biāo)評價(jià)，結(jié)果見圖2和表3?？梢钥闯?，瓊中縣的地下水水質(zhì)主要以 I 類水為主，約占總數(shù)的95.96%；其次為III類和IV類水，約占總數(shù)的4.04%。

圖2 瓊中縣地下水感官性狀指標(biāo)評價(jià)分類圖Fig.2 Evaluation classification diagram of groundwater organoleptic indicators in Qiongzhong County

3.1.2 一般化學(xué)指標(biāo)評價(jià)

按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848－2017）[5]，選取酸堿度、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鋁、揮發(fā)酚、耗氧量、氨氮、鈉等指標(biāo)對本次采集的136組地下水樣品進(jìn)行一般化學(xué)指標(biāo)評價(jià)（圖3、表3）?？梢钥闯?，瓊中縣的地下水水質(zhì)主要以 I 類水為主，約占總數(shù)的85.92%；其次為II類、III類、IV類和V類水，占比分別為5.36%、5.36%、2.05%、5.93%、0.68%，主要是局部區(qū)域地下水鐵、錳、鋁等元素含量超標(biāo)。

圖3 瓊中縣地下水一般化學(xué)指標(biāo)評價(jià)分類圖Fig.3 Evaluation classification diagram of groundwater general chemical indicators in Qiongzhong County

3.1.3 微生物指標(biāo)評價(jià)

微生物指標(biāo)包括總大腸菌群、菌落總數(shù)、大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌群4項(xiàng)指標(biāo)（表2）。對瓊中縣86組地下水樣進(jìn)行了微生物指標(biāo)評價(jià)，從圖4可以看出：總大腸菌群、大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌群均未檢出，菌落總數(shù)檢測值范圍為19～450 CFU/mL。按照菌落總數(shù)劃分，瓊中縣的地下水水質(zhì)主要以I類水為主（表3），約占總數(shù)的96.51%，其次為IV類水，約占總數(shù)的3.49%。

圖4 瓊中縣地下水微生物指標(biāo)評價(jià)分類圖Fig.4 Evaluation classification diagram of groundwater general microbiological indicators in Qiongzhong County

表3 瓊中縣地下水質(zhì)量單因子評價(jià)結(jié)果Table 3 The single factor evaluation results of groundwater quality in Qiongzhong County

3.1.4 毒理學(xué)指標(biāo)評價(jià)

參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848－2017）[5]指標(biāo)及限值，選擇硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、六價(jià)鉻、鎘、鉛、鈷、鎳、銀、鋇、釩、銻等為毒理學(xué)指標(biāo)，對本次采集的136組地下水樣品進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果見圖5和表3，瓊中縣的地下水水質(zhì)主要以I類水為主，所占比例高達(dá)84.08%，其余為II類、III類、IV類和V類水，占比分別為 14.49%、5.36%、2.05%、0.95%、1.34%，主要是局部區(qū)域地下水硝酸鹽、六價(jià)鉻離子、鋇元素等含量超標(biāo)（表3），反映出瓊中縣局部區(qū)域地下水已受到污染。

圖5 瓊中縣地下水毒理學(xué)指標(biāo)評價(jià)分類圖Fig.5 Evaluation classification diagram of groundwater toxicological indicators in Qiongzhong County

3.1.5 放射性指標(biāo)評價(jià)

參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848－2017）[5]指標(biāo)及限值，選擇總α放射性、總β放射性為放射性指標(biāo)（表2）。對瓊中縣12組地下水樣進(jìn)行了放射性指標(biāo)評價(jià)，結(jié)果見圖6和表3，總α放射性指標(biāo)顯示瓊中縣的地下水均為I類水；總β放射性指標(biāo)顯示瓊中縣的地下水I類水8組，II類水4組。據(jù)此，瓊中縣地下水放射性指標(biāo)I類水占比66.67%，II類水占比33.33%。

圖6 瓊中縣地下水放射性指標(biāo)評價(jià)分類圖Fig.6 Evaluation classification diagram of groundwater radioactivity indicators in Qiongzhong County

3.2 地下水質(zhì)量綜合評價(jià)

地下水質(zhì)量綜合評價(jià)是集成單因子評價(jià)，將感官性指標(biāo)、一般化學(xué)指標(biāo)、微生物指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)五類評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行疊加分析，進(jìn)行兩兩比較，總體上按照“取差”原則劃分。當(dāng)感官性指標(biāo)、一般化學(xué)指標(biāo)、微生物指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)均屬于I類水時(shí)，最終地下水質(zhì)量綜合評價(jià)歸屬于I類水；當(dāng)感官性指標(biāo)、一般化學(xué)指標(biāo)、微生物指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)有一項(xiàng)指標(biāo)屬于V類水時(shí)，最終地下水質(zhì)量綜合評價(jià)歸屬于相對應(yīng)的V類水。按照地下水可飲用特征，最終劃分為三個(gè)等級，第一等級：綜合評價(jià)結(jié)果為I～I(xiàn)II類水，是可供直接飲用的地下水；第二等級：綜合評價(jià)結(jié)果為IV類水，適當(dāng)處理后可供飲用的地下水；第三等級：綜合評價(jià)結(jié)果為V類水，不宜作飲用的地下水。

根據(jù)上述地下水質(zhì)量綜合分級判斷標(biāo)準(zhǔn)，對瓊中縣地下水質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)果見圖7和圖8。從圖上可以看出：I～I(xiàn)II類水分布較廣，面積為2156.47 km2，占比約80%；IV類水在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)零星分布，面積為422.64 km2，占比約16%，V類水相對較少，主要分布在什運(yùn)鄉(xiāng)南部、營根鎮(zhèn)和長征鎮(zhèn)的東南部區(qū)域，面積為124.45 km2，占比約4%；地下水質(zhì)量總體較好，80%區(qū)域可供直接飲用；16%區(qū)域的地下水適當(dāng)處理后可供直接飲用；4%區(qū)域內(nèi)的地下水不宜飲用，且這些區(qū)域地下水質(zhì)量受人為因素影響較小，主要是自然因素導(dǎo)致的指標(biāo)背景值偏高，這與礦產(chǎn)資源分布具有一定的相關(guān)性。2006-2013年，中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)施的“中南地區(qū)礦產(chǎn)資源潛力評價(jià)”項(xiàng)目，查明瓊中縣分布7種礦產(chǎn)種類、19處礦床或礦點(diǎn)，其中13處礦床或礦點(diǎn)分布在IV～V類地下水分布范圍內(nèi)（圖7），統(tǒng)計(jì)分析揭示68%的礦床或礦點(diǎn)分布在20%的縣域面積范圍內(nèi)，地下水質(zhì)量分區(qū)與礦產(chǎn)資源分布具有較高的相關(guān)性，地下水質(zhì)量較差區(qū)域多為鉛礦、多金屬礦點(diǎn)分布區(qū)。瓊中縣雖未進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，但成礦元素與地下水的水-巖作用相對強(qiáng)烈，部分成礦元素溶解于地下水中，導(dǎo)致該元素含量高，如鐵、錳、鋁等含量超標(biāo)。

圖7 瓊中縣地下水質(zhì)量分區(qū)與礦產(chǎn)資源分布關(guān)系圖Fig.7 The relationship map between the groundwater quality zoning and the distribution of mineral resources in Qiongzhong County

圖8 瓊中縣地下水質(zhì)量綜合評價(jià)分類占比圖Fig.8 Proportion chart of comprehensive evaluation results of groundwater quality in Qiongzhong County

通過走訪調(diào)研與對比分析，瓊中縣地下水質(zhì)量綜合評價(jià)分區(qū)結(jié)果與實(shí)際情況較為一致，具有較高的可信度。因此，運(yùn)用地下水質(zhì)量單因子評價(jià)法和地下水質(zhì)量綜合評價(jià)法開展地下水質(zhì)量綜合評價(jià)，能夠真實(shí)評價(jià)多因子、多要素、復(fù)雜條件、綜合影響下的地下水質(zhì)量問題，具有一定的可信度，該方法具有推廣意義。

4 結(jié)論

（1）感官性指標(biāo)、一般化學(xué)指標(biāo)、微生物指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)等單因子評價(jià)結(jié)果表明：瓊中縣地下水絕大部分為I和II類水，局部區(qū)域地下水存在鐵、錳、鋁、硝酸鹽、酸堿度等元素含量超標(biāo)。

（2）地下水質(zhì)量綜合評價(jià)結(jié)果顯示，瓊中縣地下水質(zhì)量總體較好。可供直接飲用的地下水分布面積2156.47 km2，適當(dāng)處理后可供飲用的地下水分布面積422.64 km2，不宜作飲用的地下水分布面積124.45 km2。

（3）瓊中縣地下水質(zhì)量差區(qū)主要是自然因素導(dǎo)致的指標(biāo)背景值偏高，其與礦產(chǎn)資源分布具有較高的相關(guān)性。瓊中縣什運(yùn)鄉(xiāng)南部、營根鎮(zhèn)和長征鎮(zhèn)的東南部區(qū)域?yàn)閂類水分布區(qū)，針對這些區(qū)域要加強(qiáng)地下水開發(fā)利用與管控，嚴(yán)禁將地下水作為生活飲用水，建議開展遠(yuǎn)距離輸送集中供水。