江西抚州地下水水化学类型演化与成因

叶永红

(江苏省南京地质调查中心，江苏 南京210016)

地下水水化学类型是描述地下水水化学特征的一个综合指标。地下水水化学类型的变化对了解区域地下水水质变化提供了依据，具有一定的研究意义。

研究区位于江西省抚州市区及南郊。研究区气候温暖湿润，雨量充沛。区内主要河流有2条，东边为抚河，西边为宜黄河。区内地势南高北低，地貌主要为岗地和河谷平原。岗地主要由白垩系上统南雄群中部(K2nn2)紫红、灰绿色粉砂岩、泥岩为主，成块状出露于研究区的南部。研究区分布面积最广的为河谷平原，主要由第四系更新统冲积层(Qpal)和全新统冲积层(Qhal)组成。

研究区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水，其次为碎屑岩类裂隙水。松散岩类孔隙水分布于河谷平原第四系冲积层中，含水量丰富，开采容易。碎屑岩类裂隙水主要分布于岗地的粉砂岩中，含水量贫乏。

1 地下水样品采集和测试

按照中国地质调查局《地下水污染地质调查评价规范(DD2008－01)》的要求，对研究区具有代表性的地下水井点进行取样研究。研究区面积为180 km2，共采集地下水样19组，采样点位置分布如图1所示。地下水样品的分析测试工作由国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成，本论文所涉及的测试指标为pH、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－、Cl－和矿化度，检测依据为《生活饮用水标准检验方法无机非金属指标(GB/T 5750.5－2006)》、《生活饮用水标准检验方法 金属指标(GB/T 5750.6－2006)》和《地下水质检验方法(DZ/T 0064－1993)》。

图1 研究区采样点位置分布图

2 地下水水化学类型特征与演化

本次研究使用舒卡列夫分类法对地下水进行水化学分类，该分类根据地下水中六种主要离子(K+合并于Na+中)及矿化度划分的含量大于25%毫克当量的阴离子和阳离子进行组合[1]。根据2013年采集的地下水样品测试数据，利用舒卡列夫分类法，绘制出2013年研究区地下水水化学类型分布图(见图2)。本次所采集的19组地下水样品矿化度均小于 1.5 g/L。

从图2可以看出，研究区以HCO3—Ca和HCO3—Na+Ca型地下水为主，HCO3—Na型地下水以条带状分布于研究区的中南部，HCO3+Cl—Na+Ca型地下水以条带状分布于研究区的东南部，抚州市区及研究区西北部分布着HCO3+Cl—Na型地下水。2013年，阳离子以Na+和Ca2+为主，阴离子以HCO3－为主，HCO3+Cl—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na 型地下水中Cl－的毫克当量占阴离子总毫克当量的百分比超过25%。

图2 2013年研究区地下水水化学类型分布图

根据《南城幅区域水文地质普查报告》[2]资料，绘制出1980年研究区地下水水化学类型分布图(见图3)。从图3中可以看出，1980年该地区地下水化学类型只有2种，分别为 HCO3—Ca和 HCO3—Na+Ca，其中 HCO3—Ca型地下水主要沿抚河和宜黄河分布，HCO3—Na+Ca分布于河流Ⅲ级阶地和岗地中。

图3 1980年研究区地下水水化学类型分布图

经过33年的演化，2013年研究区地下水水化学类型已经完全不同于1980年。1980年大面积分布的HCO3—Ca和HCO3—Na+Ca型地下水至2013年分布面积显著缩小，但还是该研究区主要的地下水水化学类型。2013年新出现的3种地下水水化学类型使得该研究区地下水水化学类型变得复杂。

3 地下水水化学类型成因

本研究认为造成2013年研究区地下水水化学类型复杂的原因主要有2个方面:(1)工业发展排放的污染物污染;(2)近年来降水以酸雨为主。

3.1 污染物排放对地下水水化学类型的影响

抚州市区以南为抚州高新技术产业园区，区内拥有汽车及零部件制造、纺织机械制造、医药、新能源和纺织服装等产业，如图4所示。研究区西北处温泉镇内有一家国家定点农药生产企业——江西盾牌化工有限责任公司，是中国乃至亚洲最大的仲丁灵(地乐胺)原药制造和制剂加工基地，拥有制剂品种30余个。

图4 抚州市区及抚州高新技术产业园区位置分布图

表1 抚州酸雨情况

根据前人研究资料[3][4][5]，地下水中的 Cl－浓度升高与该地区污染物的排放具有正相关关系。抚州市工业企业以及抚州市区人类活动排放的污染物经过包气带入渗至地下水中，必然会导致该地区地下水水化学类型显著地改变。

研究区地下水流向是大体是从南向北流，中南部的HCO3—Na、HCO3—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na+Ca 型地下水流经抚州高新技术产业园区，逐渐演化成HCO3+Cl—Na型地下水。在这个过程中Na+和Cl－毫克当量在离子毫克当量的比值中占主导位置。

研究区西北部分地区的HCO3+Cl—Na型地下水则是由于该地区的农药厂排放的废水进入地下水中，从而提高了Cl－在阴离子中的比例。

3.2 酸雨对研究区地下水水化学类型的影响

酸雨是指pH值小于5.65的降水。根据《江西省酸雨现状调查》等文献[6][7][8][9]，不完全统计出了 2000 ～ 2013 年抚州市酸雨情况，如表1所示。从整体上看，抚州市酸雨情况日益严重，2000年酸雨频率为69%，至2012年酸雨频率达到100%。

根据《江西省临川县区域水文地质普查报告》[10]中所述，1979年研究区内河谷平原地下水 pH值为6.8～7.3，低丘岗埠地下水pH值为6.4～6.8。研究区地下水经过长时间的酸雨补给，平均pH值已经降至6.20，已经完全变成弱酸性地下水。地下水pH值得降低使得土壤中的Cl－等物质溶解进入地下水中，进一步增加地下水中Cl－的浓度。

根据碳酸平衡理论[11]，在 pH ＜8.34的情况下，HCO3－随着pH值的降低而降低。研究区地下水pH值的降低，必然会导致HCO3－浓度占阴离子的比例下降。长期的酸雨将原先地下水中的阴离子以HCO3－为主变成HCO3－和 Cl－为主，Cl－浓度占阴离子的比例显著增高。因此，研究认为长期的酸雨在导致研究区地下水水化学类型的改变过程中起重要作用。

4 结语

通过对比研究1980年和2013年抚州市地下水的水化学类型，发现该地区地下水水化学类型已经发生了显著地改变。1980年大面积分布的 HCO3—Ca和 HCO3—Na+Ca型地下水至2013年分布面积显著缩小。2013年，研究区新出现 HCO3—Na、HCO3+Cl—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na 型地下水。本文认为造成这种现象的主要原因是该地区工业发展排放的污染物污染以及长期酸雨导致的。

[1]王大纯，张人权，史毅虹，等.水文地质学基础[M].第3版.北京:地质出版社.1995.

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[3]杨宗杰.博兴县南部区水源地地下水环境数值模拟[D].山东:山东农业大学.硕士学位论文.2011.

[4]李学美，赵子军，崔亚莉，等.盘山山前地下水与矿泉水污染成因分析[J].水文地质工程地质，2008，(1):112 －116.

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[6]王琳，吉蔚群.江西省酸雨现状调查[J].江西科学.2004，22(5):382－385.

[7]王琳.江西省降水中化学组分变化规律研究[J].江西科学.2007，25(6):781 －783.

[8]刘萍.江西省酸雨的氢、氧、硫同位素特征及成因探讨[D].江西:东华理工大学.硕士学位论文.2012.

[9]抚州市环保局.抚州市环境质量状况公报(2012年8月—2013年 6 月)[OL].http://www.fzhbj.gov.cn/.

[10]江西省地质局九一二大队.江西省临川县区域水文地质普查报告[R].鹰潭:江西省地质局九一二大队.1979.

[11]沈照理，朱宛华，钟佐燊，等.水文地球化学基础[M].第1版.北京:地质出版社.1993.

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