重庆市西部地区浅层地下水化学特征及污染现状分析

赵 丽，王同桂，邓春光，张 韵

(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147;2.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 401331;3.重庆市环境保护局，重庆401147)

作为水资源的一个重要组成部分，地下水不仅是极其重要的供水水源，同时对支撑生态系统、维持水系统良性循环有着突出的作用，也是复杂生态环境系统中的一个敏感组成因子[1]。近年来，水资源短缺已经成为世界性的话题，随着水危机的不断出现，在大多数地区，地下水已经成为人们赖以生存的主要供水水源。近年来随着工农业迅速发展，都市化进程的加快，人口不断增加，地下水的不合理开发利用以及矿山开采、垃圾不合理处置等行为对地下水的污染日趋严重，使地下水环境受到了不同程度的破坏，引发了地下水位下降、水量减少、水质恶化等一系列问题[2，3]。目前我国爆发的“红豆水”、“绿豆水”、“牛奶水”等现象已经引起了人们对地下水保护的高度重视，但基于地下水含水介质的隐蔽性、埋藏分布的复杂性以及污染物降解的差异性等特征，使得地下水保护、污染治理以及恢复的难度和代价都是十分巨大，尤其在地形地貌复杂的西南山区，地下水一旦发生污染，很难在短时期内完全恢复。

重庆市位于我国西南腹地，地下水是广大农村群众生活和生产的主要水源，尤其是西部红层缺水地区，地表水匮乏，在“红层找水”工程的帮助下，广大农村地区数百万人直饮地下水。因此，实时关注地下水质量，了解其污染特征，对地下水环境保护、污染预防以及饮水安全保障有着重要的现实意义。

1 研究区概况

本次研究区域涉及重庆市北碚区、沙坪坝区、永川区、荣昌县、璧山县、铜梁县、綦江区、南川区、万盛经开区9个区县，主要分布在重庆市主城区及渝西片区，属亚热带季风湿润气候，年均降雨量为970～1 080 mm。地形高低悬殊，地貌以低山和丘陵为主。地层出露较齐全，自青白口系至第四系均有出露，以沉积岩为主，主要类型为碳酸盐岩类、碎屑岩类和松散岩类。

2 研究方法

在沙坪坝区虎溪镇、北碚区复兴镇、永川区红炉镇、荣昌县吴家镇、璧山县马坊镇和太和镇、铜梁县长滩镇和石鱼镇、綦江区安稳镇和篆塘镇、南川区水江镇和万盛经开区关坝镇共设27口地下水监测井，其中19口监测井位于基岩裂隙区，8口监测井位于碳酸盐类岩溶区。分别对地下水和部分表层土壤进行采样，地下水样品进行41项水质分析，测试方法均采用《生活饮用水标准检验方法》(GB5750-2006)中规定的方法进行[4]，分析指标详见表1。表层土柱用于实验室分析含水率、天然密度、孔隙率、渗透系数等参数，含水率采用烘干称重法，土壤密度采用环刀法，比重采用比重瓶法，渗透系数采用常水头渗透实验法。

表1 地下水监测指标

3 研究结果

3.1 钻孔土柱物理性质

钻孔资料显示，研究区表层土壤为粉质粘土，土层较薄，且差异性显著，厚度范围为 0.1～5.34 m，平均厚度为1.50±1.59 m。土壤较为湿润，含水率最高值为30.6%，最低为21.7%，平均值为26.4% ±2.9%。土壤密度和孔隙率差异较小，分别为 1.88 ±0.03 g/cm3和 45.13% ± 1.70% 。土柱试验结果显示表层土壤均属弱透水层，渗透系数为4.23×10-5±1.17×10-5cm/s。具体理化性质见表 2。

3.2 地下水化学特征

调查区内地下水的 pH值范围为 6.92～8.47，中位数为7.35，基本上呈弱碱性。电导率较高，变化范围较大，为336～1926 μS/cm，均值为 769 μS/cm，各点位间的差异显著，标准偏差达到了336 μS/cm。调查点地下水中阳离子当量浓度([TZ+]=[Na+]+[K+]+2[Ca2+]+2[Mg2+])为 2.11～8.98 meq/L，以 Ca2+、Mg2+离子为主，占阳离子总量的66%～97%。阴离子当量浓度([TZ-]=[HCO3-]+2[CO32-]+[Cl-]+2[SO42-]为 3.59 ～27.38 meq/L，主要以HCO3-和SO42-为主，分别占阴离子当量浓度的19% ～88%、7% ～81%。舒卡列夫分类方法[5]对27个采样点水化学类型分类结果显示调查区域内11个测点为HCO-、SO2-34～Ca2+、Mg2+型，占全部测点的 41%，9个测点为 HCO3-～Ca2+、Mg2+型，占测点的 33%，2个点位为 HCO3-～ Ca2+型，占 7.4%。SO42-～Ca2+、Mg2+型、HCO3-～Ca2+、Na+型、HCO3-、SO42-～Ca2+型、HCO3-～ Ca2+、Na+、Mg2+型和HCO3-、SO42--Ca2+、Na+、Mg2+型也有点位分布。从分析结果看，调查区内地下水类型丰富，且无明显的区域特征，这也充分表明了调查区内地下水类型分布的复杂性。

表2 钻孔土柱物理性质分析结果

3.3 地下水水环境现状评价

采用《地下水质量标准》(GB/T14848-93)[6]中列出的评价方法，对27个水样的监测结果进行了单因子评价及质量综合评价，评价标准采取《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中的Ⅲ类标准限值，评价结果详见表3。

由表3可以看出，位于主城区的北碚区和沙坪坝区地下水水质良好，参与评价的33项因子均能满足《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中的Ⅲ类标准。主城外的7个区县地下水水质不容乐观，南川区、綦江区、万盛经开区、荣昌县、璧山县、永川区地下水水质为Ⅳ类，铜梁县地下水水质为Ⅴ类，超标因子主要为色度、总硬度、硫酸盐、锰、高锰酸盐指数、亚硝酸盐和氨氮，超标因子及倍数详见表4。

从表4可看出，总硬度超标率最高，达到了33.3%，超标倍数介于0.06倍和1.89倍之间;其次为烟硝酸盐和氨氮，超标率达到了18.5%，超标倍数最高分别达到了 86.5倍和 44.9倍;锰超标率也达到了14.8%，超标倍数为1.07～4.72倍。

采用《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中推荐的加附注的评分法进行了地下水质量综合评价，结果显示(见表3)北碚区和沙坪坝区地下水水质良好，其余七个区县地下水水质较差，可见调查区内地下水水质不容乐观，亟待加强保护。

3.4 地下水污染特征及成因分析

从评价结果可以看出，重庆市西部9区县地下水两类指标存在超标现象，一类为总硬度、锰等背景因子，另一类为亚硝酸氮、氨氮等人为污染因子。

綦江、万盛、南川区等岩溶地下水中总硬度、硫酸盐超标显著，其中总硬度超标尤为显著，在岩溶区内的8个监测点中的超标率达到了88%。这主要是因为岩溶区内钙、镁等离子的含量较高，导致水体总硬度超过了《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-93)Ⅲ类标准;硫酸盐超标点位地下水化学类型为HCO3-、SO42-～Ca2+、Mg2+型和HCO3-～Ca2+、Mg2+型，属本底超标。此次调查中锰是地下水重金属背景超标的典型代表因子，超标点位主要位于矿区附近，这主要是因为矿区作业一定程度上改变了地层的氧化还原环境，为土壤和地层中赋存的锰元素向地下水迁移提供了条件[7]。

地下水水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮(简称“三氮”)的含量是评价水质污染和自净情况的指标，若三者含量均高，表示不仅过去曾受污染，而且还有新的污染;若硝酸盐氮不高，而氨氮、亚硝酸盐氮高，表示水受污染不久;若仅硝酸盐氮含量高，表示水污染已久，目前净化过程已基本完成[8]。从9个区县地下水监测的结果可以看出，亚硝酸盐和氨氮存在超标现象，而硝酸盐氮含量都能满足相应标准，说明研究区域内的氮污染发生不久，另一方面也说明研究区域地下水未受到明显的历史污染。分析超标点位周边污染分布情况，亚硝酸盐氮和氨氮的超标主要是受生活污水排放及农业面源污染影响。超标区域内土层厚度小、渗透系数大(详见表2)，一方面，无组织排放的生活污水能通过简易排水沟或者地面渗流轻易进入地下水中，另一方面，农业耕作施用的化肥和农药通过地表渗流进入地下水，从而导致地下水受到污染。

表3 地下水水质监测评价结果

表4 地下水超标因子及超标倍数统计表

4 结语

(1)调查区内地下水化学类型丰富，以HCO3-、SO42-～Ca2+、Mg2+型和HCO3-～Ca2+、Mg2+型为主，占全部测点的74%。

(2)在研究区域内，沙坪坝和北碚区地下水水质良好，能达到《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-93)Ⅲ类标准，璧山县、铜梁县、永川区等渝西地区7个区县地下水水质不容乐观，部分指标出现了超标现象。

(3)岩溶区内总硬度、硫酸盐、锰等背景因子超标显著，其中总硬度在岩溶区内的超标率达到了88%。

(4)部分区域亚硝酸氮和氨氮超标突出，最高超标倍数分别达到了86.5倍和44.9，“三氮”污染情况显示研究区内地下水氮污染为近期发生，且未发生过明显的历史污染。

[1]黄锡荃，李惠明，金伯欣，水文学[M].高等教育出版社.2000.4:225.

[2]Rafti C，Sdaof M A.Pollution Risk Assessment Based on Hydrogen Logical Data and Management of Solid Waste Landfills[J].Engineering Geology，2006，85(1):122-131.

[3]盛海洋，孟秋立，朱殿华，等.我国地下水开发利用中的水环境问题及其对策[J].水土保持研究.2006.2(1):51-53.

[4]中华人民共和国《生活饮用水标准检验方法》(GB5750-2006).

[5]寇文杰.基于 EXCEL的地下水化学舒卡列夫分类方法[J].工程勘察.2013(5):48-50.

[6]中华人民共和国《地下水质量标准》(GB/T14848-93).

[7]LORENZ S E，HAMON R E，MCGRATH S P，et al.Application of fertilizer cations affect cadmium and zinc concentrations in siol solutions and uptake by plants[J].European Journal of Soil Science，1994，45(2):159-165.

[8]刘明明，李光德，李敬忠，等.泰安市泰山区地下水质量现状评价[J].山东农业大学学报 (自然科学版).2013，44(3):366-371.