安徽省地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

林桂香

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001)

安徽省地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)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(kāi)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(cè)網(wǎng)，共設(shè)置地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)網(wǎng)，工作范圍覆蓋淮河以北地區(qū)[1]。2017年底隨著國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程相繼完成，370個(gè)國(guó)家級(jí)地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)也相繼投入使用。通過(guò)國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程的實(shí)施，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)整體密度大幅度增加，監(jiān)測(cè)精度大幅提高，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為淮北平原區(qū)，主要監(jiān)測(cè)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(cè)開(kāi)采目的層地下水，兼顧地下水環(huán)境問(wèn)題區(qū)。本文利用安徽省已建成的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，根據(jù)獲取的2020年地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(píng)價(jià)，可為水文地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)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(jiān)實(shí)支撐。

1 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)選用

2020年安徽省投入地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)總數(shù)共計(jì)489個(gè)，分布于全省四個(gè)水文地質(zhì)單元，涉及到全省四個(gè)水文地質(zhì)區(qū)，總計(jì)監(jiān)控面積約125 700 km2。本次評(píng)價(jià)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(jì)435組(見(jiàn)表1)。其中，淺層孔隙水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)184個(gè)，中深層孔隙水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)144個(gè)，深層孔隙水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)72個(gè)，巖溶水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)28個(gè)，基巖裂隙水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)5個(gè)，泉2個(gè)。

2 地下水質(zhì)分析與評(píng)價(jià)方法

為系統(tǒng)掌握安徽省地下水水質(zhì)狀況及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，基于本年度取樣測(cè)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(duì)全省地下水質(zhì)量和污染狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

表1 2020年枯水期安徽省地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)采樣一覽表 組

2.1 評(píng)價(jià)方法說(shuō)明

地下水綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[2]，水質(zhì)評(píng)價(jià)主要依據(jù)原樣測(cè)試結(jié)果。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)每個(gè)水質(zhì)測(cè)試項(xiàng)目的評(píng)價(jià)結(jié)果(I、II、III、IV和V類(lèi)水)基礎(chǔ)上，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)每項(xiàng)指標(biāo)的F值進(jìn)行確定評(píng)分，如表2所示。地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)步驟主要為：

(1)參與評(píng)分的項(xiàng)目，應(yīng)不少于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，但不包括細(xì)菌學(xué)指標(biāo)；

(2)首先進(jìn)行各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)，劃分組分所屬質(zhì)量類(lèi)別；

(3)對(duì)個(gè)類(lèi)別分別確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi。

按照公式(1)和(2)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值F。

(1)

(2)

表2 F值評(píng)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(píng)價(jià)方法(F值指數(shù)法)分Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)五個(gè)級(jí)別(表3)，并填報(bào)相應(yīng)級(jí)別的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)。根據(jù)F值，按照規(guī)范要求劃分地下水質(zhì)量級(jí)別，再將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)類(lèi)別注在級(jí)別定名之后。如“Ⅰ類(lèi)(II類(lèi))”、“Ⅲ類(lèi)(III類(lèi))”。

表3 水質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)

(5)評(píng)為Ⅴ類(lèi)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，要將其中的一部分因?yàn)楦泄俸捅尘爸党瑯?biāo)而被計(jì)算為Ⅴ類(lèi)的值改為Ⅳ類(lèi)，具體操作方法如下：色、嗅和味、渾濁度、肉眼可見(jiàn)物、鐵、錳、總硬度和氟化物8個(gè)指標(biāo)中單項(xiàng)如果被評(píng)為Ⅴ(五級(jí))類(lèi)水，將其改為Ⅳ(四級(jí))類(lèi)水，后重新計(jì)算該水樣的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，若其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果變?yōu)棰?、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ?lèi)水，則改寫(xiě)成Ⅳ類(lèi)水；如果重新評(píng)價(jià)后依然是Ⅴ類(lèi)水，則此監(jiān)測(cè)站點(diǎn)即為Ⅴ類(lèi)水保持不變。

2.2 評(píng)價(jià)因子

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(duì)35項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)：渾濁度、色、嗅和味、肉眼可見(jiàn)物、鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、鐵、銅、錳、鉛、鋅、鎘、鉻(六價(jià))、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(jì))、亞硝酸鹽(以氮計(jì))、偏硅酸、溶解性總固體、總硬度、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮(以氮計(jì))、揮發(fā)性酚類(lèi)、pH值。

其中，可參評(píng)的項(xiàng)數(shù)為31項(xiàng)：渾濁度、色、嗅和味、肉眼可見(jiàn)物、pH、總硬度、溶解性總固體(TDS)、SO42-、Cl-、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、揮發(fā)酚類(lèi)、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。

3 地下水化學(xué)特征分析

3.1 舒卡列夫分類(lèi)法解析

計(jì)算地下水中六大離子的摩爾分?jǐn)?shù)，并采用舒卡列夫分類(lèi)法計(jì)算全省地下水水化學(xué)類(lèi)型，參與計(jì)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(lèi)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(lèi)型僅零星可見(jiàn)，水化學(xué)類(lèi)型詳見(jiàn)表4。

表4 2020年枯水期全省水化學(xué)類(lèi)型統(tǒng)計(jì)表 個(gè)

按舒卡列夫分類(lèi)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(yàn)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(gè)站點(diǎn)，屬于A組，25個(gè)站點(diǎn)為B組，1個(gè)站點(diǎn)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(shí)，從水質(zhì)檢測(cè)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(gè)別在合肥、馬鞍山有零星超標(biāo)(見(jiàn)表6)。

表5 2020年枯水期全省溶解性總固體分組統(tǒng)計(jì)表 個(gè)

表6 安徽省溶解性總固體超標(biāo)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 個(gè)

3.2 Piper三線圖解析

3.2.1 全省地下水化學(xué)特征

對(duì)枯水期全省435組地下水中陰離子(HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-)和陽(yáng)離子(Mg2+、Na+、K+、Ca2+)進(jìn)行分析，運(yùn)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(lèi)主要分布在弱酸根大于強(qiáng)酸根區(qū)，只有很少一部分是在強(qiáng)酸根超過(guò)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(lèi)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(guò)渡。說(shuō)明淺層孔隙水中鈣、鎂離子的相對(duì)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(duì)含量多數(shù)高于鈣、鎂離子的相對(duì)含量，中深層孔隙水則呈現(xiàn)出由淺層向深層過(guò)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(gè)孔點(diǎn)在堿金屬離子大于堿土金屬離子區(qū)，說(shuō)明巖溶水、泉水中的鈣、鎂離子相對(duì)含量多數(shù)高于鈉、鉀離子的相對(duì)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(lèi)型劃分，依其陰離子(HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-)和陽(yáng)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(lèi)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(yáng)離子的相對(duì)含量見(jiàn)圖2(a)所示，主要分布在菱形中間靠左側(cè)區(qū)域，說(shuō)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(shuō)明多數(shù)淺層孔隙水中堿土金屬離子相對(duì)含量大于堿金屬離子，這與舒卡列夫分類(lèi)法結(jié)果，淺層地下水的化學(xué)類(lèi)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(yáng)離子的相對(duì)含量見(jiàn)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(shuō)明中深層孔隙水中八大離子的相對(duì)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(qiáng)酸根為主，少數(shù)為強(qiáng)酸根大于弱酸根。說(shuō)明，由淺層孔隙水中Ca、Mg相對(duì)含量高，逐漸向Na、K相對(duì)含量較高轉(zhuǎn)化，陰離子仍碳酸根為主，少數(shù)孔點(diǎn)的硫酸根和氯離子相對(duì)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(guò)渡趨勢(shì)。

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(yáng)離子的相對(duì)含量見(jiàn)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(diǎn)中非碳酸鹽堿超過(guò)50%，有些是碳酸鹽堿超過(guò)50%，無(wú)一對(duì)陰陽(yáng)離子相對(duì)含量超過(guò)50%的孔點(diǎn)較少。說(shuō)明深層孔隙水中Na、K相對(duì)含量高于Ca、Mg，有的孔點(diǎn)碳酸根、碳酸氫根相對(duì)含量高，有的孔點(diǎn)氯離子和硫酸根相對(duì)含量高。從淺層孔隙水到深層孔隙水，陽(yáng)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(yáng)離子的相對(duì)含量見(jiàn)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(qiáng)酸根區(qū)域。說(shuō)明，巖溶、泉水中Ca、Mg離子的相對(duì)含量高于Na、K，多數(shù)孔點(diǎn)碳酸鹽硬度超過(guò)50%，少部分孔點(diǎn)無(wú)一對(duì)陰陽(yáng)離子相對(duì)含量超過(guò)50%。裂隙水中碳酸根、碳酸氫根相對(duì)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(lèi)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(lèi)更為接近。

圖2 2020年枯水期淮北平原各類(lèi)含水層地下水三線圖

4 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

本次參與評(píng)價(jià)的水質(zhì)原樣435組，通過(guò)對(duì)全省無(wú)機(jī)指標(biāo)31項(xiàng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表7：

(1)全省435組水質(zhì)原樣中，0.46%為Ⅰ類(lèi)水，5.98%為Ⅱ類(lèi)水，0.46%為Ⅲ類(lèi)水，91.26%為Ⅳ類(lèi)水，1.84%為Ⅴ類(lèi)水。

(2)按含水層類(lèi)型和監(jiān)測(cè)層位來(lái)看，全省淺層孔隙水3.80%為Ⅱ類(lèi)水，0.54%為Ⅲ類(lèi)水，95.65%為Ⅳ類(lèi)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(lèi)水)占6.94%，超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水)約占93.06%；深層孔隙水均為Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水；巖溶水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類(lèi)水)占28.57%，超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類(lèi)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(lèi)水，3組為Ⅳ類(lèi)水；泉水取樣2組(珍珠泉、

龍莊泉取樣點(diǎn))，均為Ⅱ類(lèi)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

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次評(píng)價(jià)，可得到以下結(jié)論：

(1)2020年安徽省地下水化學(xué)類(lèi)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(lèi)型僅零星可見(jiàn)，地下水總硬度多小于500 mg/L，按舒卡列夫分類(lèi)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(cè)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(gè)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(lèi)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(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，2020年安徽省435組水質(zhì)原樣中，0.46%為Ⅰ類(lèi)水，5.98%為Ⅱ類(lèi)水，0.46%為Ⅲ類(lèi)水，91.26%為Ⅳ類(lèi)水，1.84%為Ⅴ類(lèi)水。全省淺層孔隙水3.80%為Ⅱ類(lèi)水，0.54%為Ⅲ類(lèi)水，95.65%為Ⅳ類(lèi)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(lèi)水)占6.94%，超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水)約占93.06%；深層孔隙水均為Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水；巖溶水適用于集中式生活飲用水水源的(小于等于Ⅲ類(lèi)水)占28.57%，超標(biāo)的(Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水)約占71.43%。

(3)安徽省目前地下水監(jiān)測(cè)重點(diǎn)集中在淮北平原地區(qū)，其它地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作相對(duì)薄弱，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是皖江經(jīng)濟(jì)帶地區(qū)對(duì)地下水環(huán)境關(guān)注度愈來(lái)愈高，因此地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)密度及監(jiān)測(cè)范圍有待進(jìn)一步提高,建議進(jìn)一步加強(qiáng)地下水監(jiān)測(cè)工作的投入。