粵港澳大灣區(qū)濱海區(qū)域地下水質(zhì)量特征及成因淺析
——以江門市新會(huì)區(qū)為例

岑 雷，楊蘇詩(shī)，曹飛龍，沈龍梅，廖柱坤

(1.廣東省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，廣東 江門 529000；2.廣東省江門地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)中心，廣東 江門 529000)

粵港澳大灣區(qū)由香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)和廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶九個(gè)珠三角城市組成，總面積約5.6萬(wàn) km2，是中國(guó)開放程度最高、經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)、人口密度最高的區(qū)域之一，在國(guó)家發(fā)展大局中具有重要戰(zhàn)略地位[1]。其區(qū)域地下水質(zhì)量安全性與新會(huì)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。大灣區(qū)中部以三角洲平原為主，其間零星分布?xì)埱?，東、西、北部為低山丘陵區(qū)，地形起伏較大[2]。濱海區(qū)域地形地貌以低山丘陵與平原相間分布，山間分布較多的溪溝、河谷，山前有洪沖積平原，沿海岸帶分布有濱海平原，地下水含水系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)和地下水化學(xué)成分復(fù)雜。

本文利用新會(huì)區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目采集的132組地下水全分析檢測(cè)報(bào)告，綜合運(yùn)用地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)、GIS疊加分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和傳統(tǒng)水化學(xué)圖表分析方法，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件、人類活動(dòng)、水化學(xué)反應(yīng)等影響因素，探討粵港澳濱海區(qū)域地下水質(zhì)量分級(jí)特征、地下水化學(xué)特征和形成原因，為進(jìn)一步深化對(duì)粵港澳濱海區(qū)域地下水資源特征的認(rèn)識(shí)提供借鑒及政府規(guī)劃區(qū)域內(nèi)地下水資源的合理開發(fā)、利用與保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新會(huì)區(qū)地處粵港澳大灣區(qū)中西部，與中山、珠海接壤，瀕臨南海，毗鄰港澳。陸域呈三角形，北闊南窄，東西相距48.8 km，南北相距54.5 km。研究區(qū)位于北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候。年均氣溫為22.4℃，多年平均降水量1 784.6 mm，年均蒸發(fā)量為1 641.6 mm。區(qū)內(nèi)水陸交通相連，地理?xiàng)l件優(yōu)越，內(nèi)河外海相通，是粵港澳大灣區(qū)西部重要的交通樞紐。

2 樣品采集與測(cè)試

地下水樣品的采集、保存及運(yùn)輸嚴(yán)格按照《水樣的采取、保存和送檢規(guī)程》(原地質(zhì)礦產(chǎn)部)要求進(jìn)行。樣品均在具有國(guó)家頒發(fā)的有關(guān)資質(zhì)的廣東省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)試，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T8538-2008，樣品測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠[3]。

共計(jì)采集松散巖類孔隙水淡水77組，咸水13組；巖漿巖裂隙水淡水28組，咸水5組；紅層碎屑巖裂隙孔隙水淡水1組，咸水5組；一般碎屑巖裂隙水淡水3組；共計(jì)132組地下水樣(圖1)。

圖1 地下水質(zhì)量樣品采樣圖

3 結(jié)果及討論

3.1 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

本次地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)主要以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)指標(biāo)中常規(guī)指標(biāo)選取了pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、錳、銅、鋅、鋁、耗氧量、氨氮(以N計(jì))、鈉，共13項(xiàng)一般化學(xué)指標(biāo)，以及亞硝酸鹽(以N計(jì))、硝酸鹽(以N計(jì))、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、鎘、鉻(六價(jià))、鉛等10項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo)，非常規(guī)指標(biāo)選取了硼、鋇、鎳、鈷、鉬、銀，共6項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo)。共計(jì)29項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]。依據(jù)地下水質(zhì)量狀況和人類健康風(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，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五類。

根據(jù)上述地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)方法和樣品采集情況，地下淡水質(zhì)質(zhì)量等級(jí)特征為：Ⅰ類1組、Ⅱ類4組、Ⅲ類29組、Ⅳ類50組、Ⅴ類25組，Ⅲ類水達(dá)標(biāo)率為31.19%。綜合考慮區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景、水樣采集情況和離子沉淀?xiàng)l件的難易程度，使評(píng)價(jià)結(jié)果更能真實(shí)地反映區(qū)域地下水質(zhì)量好壞，剔除pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量共6項(xiàng)指標(biāo)后評(píng)價(jià)結(jié)果為：Ⅰ類22組、Ⅱ類20組、Ⅲ類44組、Ⅳ類16組、Ⅴ類7組，Ⅲ類水達(dá)標(biāo)率為78.90%(圖2)；地下咸水都存在溶解性總固體等多項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，地下水質(zhì)量等級(jí)全部是Ⅴ類。

圖2 地下淡水水質(zhì)分級(jí)特征圖

3.1.1 地下淡水質(zhì)量評(píng)價(jià)

(1)松散巖類孔隙淡水

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，松散巖類孔隙水質(zhì)量級(jí)別Ⅱ類為1組、Ⅲ類8組、Ⅳ類21組和Ⅴ類47組，達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)水樣共9組，達(dá)標(biāo)率11.68%。Ⅳ類水的主要影響指標(biāo)貢獻(xiàn)比由高到低排序有pH、錳、鐵、耗氧量、鋁、砷、氨氮、碘化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、鉛共11項(xiàng)指標(biāo)(圖3)。其中pH的貢獻(xiàn)比最大，達(dá)到58.62%。Ⅴ類水的主要影響指標(biāo)貢獻(xiàn)比由高到低排序有pH、錳、氨氮(以N計(jì))、碘化物、鐵、化學(xué)耗氧量、鋁、鉛、砷、總硬度、硼、鉬、氯化物、亞硝酸鹽(以N計(jì))、氟化物共15項(xiàng)指標(biāo)。其中pH、錳的貢獻(xiàn)比最大，都達(dá)到61.90%。

經(jīng)非全指標(biāo)(不考慮pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別Ⅰ類為4組、Ⅱ類為11組、Ⅲ類41組、Ⅳ類15組和Ⅴ類6組，達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)水樣共56組，達(dá)標(biāo)率72.72%，松散巖類孔隙淡水樣中有9組為污染場(chǎng)地水樣，質(zhì)量級(jí)別為Ⅲ類1組、Ⅳ類2組和Ⅴ類6組。

圖3 Ⅳ類和Ⅴ類松散巖類孔隙淡水主要影響指標(biāo)及其貢獻(xiàn)比柱狀圖表

(2)巖漿巖裂隙淡水

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，巖漿巖裂隙淡水質(zhì)量級(jí)別Ⅱ類為2組、Ⅲ類為4組、Ⅳ類21組和Ⅴ類1組。Ⅳ類水的主要影響指標(biāo)有pH、錳、鐵、鋁、化學(xué)耗氧量共5項(xiàng)指標(biāo)(圖4)。其中pH值貢獻(xiàn)比最大，達(dá)到76.19%，其次是錳、鐵、鋁和耗氧量，貢獻(xiàn)比分別為23.81%、9.52%、9.52%、4.76%。Ⅴ類水只有1組，超標(biāo)組分為pH(5.49)，去除該組份水樣達(dá)Ⅱ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 Ⅳ類巖漿巖裂隙淡水主要影響指標(biāo)及其貢獻(xiàn)比柱狀圖表

經(jīng)非全指標(biāo)(不考慮pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別Ⅰ類為16組、Ⅱ類為9組、Ⅲ類3組，Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)水樣達(dá)標(biāo)率100%。

(3)紅層碎屑巖類裂隙孔隙淡水

本次采集1組紅層碎屑巖類裂隙孔隙淡水樣品，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別為Ⅴ類。單項(xiàng)水質(zhì)中，超標(biāo)(Ⅳ類、Ⅴ類)項(xiàng)目包括氯化物、鐵、錳、鋁、化學(xué)耗氧量、氨氮(以N計(jì))、碘化物、鉛共8項(xiàng)指標(biāo)。

(4)一般碎屑巖裂隙淡水

本次一般碎屑巖裂隙水樣品共計(jì)3組，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別Ⅰ類為1組和Ⅴ類2組；若不考慮pH的影響，質(zhì)量級(jí)別Ⅰ類為1組、Ⅱ類為1組和Ⅳ類1組。單項(xiàng)水質(zhì)中，超標(biāo)(Ⅳ類、Ⅴ類)項(xiàng)目包括一般化學(xué)指標(biāo)pH，有兩組超標(biāo)，最大超標(biāo)值4.78，超標(biāo)倍數(shù)為4.4倍；毒理學(xué)指標(biāo)有一組鉛超標(biāo)，超標(biāo)值為0.011 mg/L，超標(biāo)倍數(shù)為1.1倍。Ⅴ類水的影響指標(biāo)為pH。

3.1.2 地下咸水質(zhì)量評(píng)價(jià)

(1)松散巖類孔隙咸水

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，松散巖類孔隙咸水質(zhì)量級(jí)別Ⅴ類13組。Ⅴ類水的主要影響指標(biāo)有氯化物、鈉、氨氮(以N計(jì))、溶解性總固體、鐵、錳、總硬度、碘化物、pH、鋁、化學(xué)耗氧量、氟化物、砷、硼14項(xiàng)指標(biāo)(見圖5)。其中氯化物、鈉的貢獻(xiàn)比最大，都達(dá)到92.31%。

圖5 Ⅴ類松散巖類孔隙咸水主要影響指標(biāo)及其貢獻(xiàn)比柱狀圖

(2)巖漿巖裂隙咸水

本次5組巖漿巖裂隙咸水，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別全部為Ⅴ類。經(jīng)單項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)Ⅴ類影響指標(biāo)主要有總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、鋁、氨氮(以N計(jì))、鈉、氟化物、碘化物10項(xiàng)指標(biāo)。

(3)紅層碎屑巖裂隙孔隙咸水

本次5組紅層碎屑巖類裂隙孔隙咸水，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量級(jí)別均為Ⅴ類。單項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)Ⅴ類影響指標(biāo)主要為總硬度、溶解性總固體、氯化物、鐵、錳、氨氮、鈉、碘化物。

3.2 地下水質(zhì)量分區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)新會(huì)區(qū)地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，將不同質(zhì)量等級(jí)的水樣點(diǎn)通過GIS投影到地質(zhì)圖上，根據(jù)克里金插值法結(jié)合水文地質(zhì)條件和地形地貌進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整，把新會(huì)區(qū)地下水質(zhì)量劃分為四級(jí)：地下水質(zhì)量較好區(qū)、中等區(qū)、較差區(qū)和極差區(qū)(圖6)。

圖6 地下水質(zhì)量分區(qū)評(píng)價(jià)圖

3.2.1 地下水質(zhì)量較好區(qū)

主要分布于新會(huì)區(qū)會(huì)城—大澤—司前一帶北部丘陵區(qū)、西南部的古兜山丘陵區(qū)和東南部牛牯嶺丘陵區(qū)，地下水類型以裂隙水為主，含水層巖性主要為花崗巖，其次為一般碎屑巖、紅層碎屑巖。地下水化學(xué)組分含量總體較低。局部地區(qū)與天然環(huán)境背景有關(guān)的指標(biāo)pH呈酸性，鐵、錳、鋁含量較高。不考慮天然環(huán)境背景有關(guān)的指標(biāo)影響下，地下水質(zhì)量等級(jí)主要為Ⅰ、Ⅱ類，分布面積約525.12 km2，約占總面積的38.76%。

3.2.2 地下水質(zhì)量中等區(qū)

主要分布于新會(huì)區(qū)北部會(huì)城—大澤—司前一帶、東南部古井、沙堆、三江、睦州一帶和西南部雙水—崖門一帶的丘間谷地和山前平原區(qū)，地下水類型以松散巖類孔隙水為主，含水層巖性主要為礫砂、中粗砂。地下水質(zhì)量中超標(biāo)物主要為pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量等，多為天然環(huán)境形成，分布較普遍易處理，適當(dāng)處理后可作生活飲用水。不考慮天然環(huán)境背景有關(guān)的指標(biāo)影響下，地下水質(zhì)量等級(jí)主要為Ⅲ類，分布面積約332.47 km2，約占總面積的24.54%。

3.2.3 地下水質(zhì)量較差區(qū)

零星分布于山前平原區(qū)，地下水類型以松散巖類孔隙水為主，含水層巖性主要為礫砂、中粗砂。地下水質(zhì)量中超標(biāo)物主要為pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量等，多為原生環(huán)境形成，分布較普遍易處理，適當(dāng)處理后可作生活飲用水。不考慮天然環(huán)境背景有關(guān)的指標(biāo)影響下，超標(biāo)物還包括碘化物、鉛、砷、總硬度、硼、鉬、氯化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物等，地下水質(zhì)量等級(jí)主要為Ⅳ類，分布面積約23.29 km2，約占總面積的1.72%。

3.2.4 地下水質(zhì)量極差區(qū)

呈面狀廣泛分布于潭江流域、西江流域、虎跳門水道等沿岸平原區(qū)和銀湖灣濱海平原區(qū)，地下水主要為咸水，礦化度1.12～15.94 g/L，水化學(xué)類型主要為Cl-Na型，這與支兵發(fā)、姚 普等在此地區(qū)研究的地下咸水分布情況一致[5-6]。天然環(huán)境形成的溶解性總固體、氯化物、氨氮、鐵、鈉、錳、碘化物、總硬度等超標(biāo)物含量普遍較高，不考慮pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量指標(biāo)地下水質(zhì)量等級(jí)仍為Ⅴ類。分布面積約473.83 km2，約占總面積的34.98%。

3.3 地下水化學(xué)特征

3.3.1 地下水化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)特征

研究區(qū)地下水樣品主要水化學(xué)組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)，研究區(qū)咸水中陽(yáng)離子和陰離子各組分含量平均值排序?yàn)椋篘a>Ca>Mg>K，主要陽(yáng)離子為Na和Ca。Cl>HCO3>SO4>NO3，主要陰離子為Cl和HCO3。可溶性SiO2變化范圍為2.08～52.5 mg/L，變異系數(shù)0.50，空間變化差異小。碘化物變化范圍為0.001～11.7 mg/L，變異系數(shù)4.95，空間變化差異最大。TDS變化范圍34～15 936 mg/L，變異系數(shù)2.25，空間變化差異較大。

表1 地下水主要組分化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)特征

3.3.2 地下水化學(xué)類型

通過Piper三線圖表示新會(huì)區(qū)不同質(zhì)量等級(jí)區(qū)地下水化學(xué)類型[7-10](圖7)，水化學(xué)類型分布情況：地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ、Ⅱ類水)以HCO3·Cl·SO4-Na·Ca型為主，TDS含量34～295 mg/L；地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅲ類水)以HCO3-Ca·Na型為主，TDS含量299～730 mg/L；地下水質(zhì)量差區(qū)(Ⅳ、Ⅴ類水)以Cl·HCO3-Na·Ca型為主，TDS含量775～15 936 mg/L。

圖8 研究區(qū)地下水水化學(xué)Gibbs圖

3.3.3 地下水化學(xué)特征影響因素

為探究新會(huì)區(qū)不同質(zhì)量等級(jí)地下水水化學(xué)特征的天然成因，利用Gibbs圖定性分析降雨、巖石風(fēng)化水解、蒸發(fā)濃縮等天然因素的影響[11-14](圖8)。地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ、Ⅱ類水)整體上看地下水化學(xué)成因有兩種類型，主要部分Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值小于0.5，而TDS大于100 mg/L，表明該區(qū)域水化學(xué)組分主要受巖石風(fēng)化作用主導(dǎo)，其次部分Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值大于0.5，TDS小于100 mg/L，表明該區(qū)域水化學(xué)組分主要受降雨補(bǔ)給作用主導(dǎo)；地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅲ類水)Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值小于0.5，TDS含量299～730 mg/L，表明該區(qū)域水化學(xué)組分主要受巖石風(fēng)化作用主導(dǎo)；地下水質(zhì)量差區(qū)(Ⅳ、Ⅴ類水)Na/(Na+Ca)和Cl/(Cl+HCO3)比值主要大于0.5，TDS含量775～15 936 mg/L，天然因素如降雨、巖石風(fēng)化水解、蒸發(fā)濃縮等作用對(duì)其水化學(xué)組分影響較小，而古海水入侵造成咸淡水混合，該條件下，離子交換和各類水化學(xué)反應(yīng)可能是其水化學(xué)組分形成的主導(dǎo)作用[15]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)新會(huì)區(qū)地下水質(zhì)量等級(jí)特征為：新會(huì)區(qū)地下淡水中pH、鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量共6項(xiàng)指標(biāo)背景值較高，其中pH對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響率最高，超過60%。剔除這幾項(xiàng)指標(biāo)后Ⅰ類22組、Ⅱ類20組、Ⅲ類44組、Ⅳ類16組、Ⅴ類7組，Ⅲ類水達(dá)標(biāo)率為78.90%，地下淡水質(zhì)量總體較好；地下咸水都存在溶解性總固體等多項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，23組地下水質(zhì)量等級(jí)全部是Ⅴ類。

(2)新會(huì)區(qū)地下水按質(zhì)量等級(jí)劃分為四級(jí)：地下水質(zhì)量較好區(qū)、中等區(qū)、較差區(qū)和極差區(qū)，具有顯著的分區(qū)性。丘陵區(qū)地下水質(zhì)量較好；丘間谷地和山前平原區(qū)地下水質(zhì)量中等或較差，局部pH呈酸性，鐵、錳、鋁、氨氮、耗氧量含量較高；潭江流域、西江流域、虎跳門水道等沿岸平原區(qū)和銀湖灣濱海平原區(qū)地下水為咸水，地下水質(zhì)量差，溶解性總固體、氯化物、氨氮、鐵、鈉、錳、碘化物、總硬度等超標(biāo)物含量普遍較高。

(3)新會(huì)區(qū)地下水化學(xué)類型：地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ、Ⅱ類水)以HCO3·Cl·SO4-Na·Ca型為主，TDS含量34～295 mg/L；地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅲ類水)以HCO3-Ca·Na型為主，TDS含量299～730 mg/L；地下水質(zhì)量差區(qū)(Ⅳ、Ⅴ類水)以Cl·HCO3-Na·Ca型為主，TDS含量775～15 936 mg/L。

(4)新會(huì)區(qū)地下水化學(xué)特征：地下水質(zhì)量較好區(qū)(Ⅰ、Ⅱ類水)水化學(xué)組分主要受巖石風(fēng)化作用主導(dǎo)，其次受降雨補(bǔ)給作用主導(dǎo)；地下水質(zhì)量中等區(qū)(Ⅲ類水)水化學(xué)組分主要受巖石風(fēng)化作用主導(dǎo)；地下水質(zhì)量差區(qū)古海水入侵造成咸淡水混合，該條件下，離子交換和各類水化學(xué)反應(yīng)可能是其水化學(xué)組分形成的主導(dǎo)作用。