华南西部火山岛地区滨海浅层地下水的水质现状研究

甘华阳， 林进清， 夏 真， 何海军， 路剑飞， 黄向青， 张顺枝

(广州海洋地质调查局,广州 510760)

华南西部火山岛地区滨海浅层地下水的水质现状研究

甘华阳， 林进清， 夏 真， 何海军， 路剑飞， 黄向青， 张顺枝

(广州海洋地质调查局,广州 510760)

雷州半岛与海南岛一峡相隔，气候和地质环境相似。近年来，随着经济社会的快速发展，沿海地下水抽用频繁，发展和环境的矛盾日益突出。为了解滨海地区地下水的分布、变化及其与环境的关系，在雷州半岛和海南岛滨海地区进行了浅层地下水井钻凿和地下水潮周期化学连续取样及实验测试。对数据的分析与评价结果表明： 全部监测井为Na-Cl型，除个别监测井外，大多数监测井浅层地下水的溶解性固体总量(total amount of dissolved solids，TDS)和氯离子、硫酸盐、钠离子等含量较高，其中TDS和氯离子含量最高，分别接近39.00 g/L和20.00 g/L，取样时段内波动较大，类型以偏酸性重碳酸盐为主转为以偏碱性钠离子和氯化物为主； 受制于地质环境条件，地下水自我调节能力以“一般”和“弱”居多，水质为IV—V级，且不随测次而变化，表明至少在短期内不会改变。滨海地区浅层地下水水质既与地质环境条件关系密切，也与人类活动有关，还可能受到深层承压古海水释放的影响。影响地下水水质的因素较为复杂，需要进一步加强综合研究和监测。

滨海地区； 地下水； 海水入侵； 水质

0 引言

地下水是环境地质领域中的一项重要研究内容。前人在我国陆区和沿海地区做了大量调查分析工作，探讨了不同地质环境下地下水的流动、交换和污染等特征，论述了近年来工作的主要进展[1-4]。华南雷州半岛与海南岛隔海相望，为第四纪火山喷发而形成，属热带—亚热带海洋性季风气候，全年暖热、雨量不均、风力较大、蒸发强烈。雷州半岛处于水资源相对缺乏的历史性干旱地区； 海南岛北部和东部地区为气候湿润区，南部和西北部地区为半湿润和半干旱区，两者地下水的贮存受地质条件影响很大，陆区以基岩裂隙水为主，滨海平原以孔隙潜水为主，潜水和孔隙承压水基本上呈现环岛分布[5-7]。由于地下水抽取强度较大，在雷州半岛东北部的湛江市形成了降落漏斗。海南岛北部因经济发达、人口密集、地下水超采，致使降落漏斗加大； 南部火山岩台地区地下水埋深浅，水井在枯季会出现干化； 西北部地下水采取量逐年加大、水位下降。总体来说，水资源短缺问题均比较突出。调查研究结果表明，形成于第四纪冲积和海冲积的华南西部滨海平原地势低缓、水力交换较弱、地层岩性松散、岸坡较陡、海水渗透性较强。由于近年来滨海地带养殖业快速发展，缺乏科学规划和引导，大量抽取地下水导致水位下降，出现了海水侵入的问题[8-10]。鉴于此，中国地质调查局实施“华南西部滨海湿地地质调查与生态环境评价我国重点海岸带滨海环境地质调查与评价”项目，在吸收、借鉴前人的一些成功经验基础上，在雷州半岛东部和海南岛沿岸布设了地下水监测井，并进行了钻凿、取样及监测，旨在为华南西部滨海湿地生态地质环境评价提供基本依据，也为今后的进一步研究打下基础[11-14]。

1 调查研究方法

1.1 监测井位置分布和钻凿基本方法

图1 调查区监测井地理位置分布Fig.1 Geographic location distribution of monitoring wells in the study area

1.1.1 监测井地理位置分布

调查监测井基本上环雷州半岛东部和环海南岛滨海地区分布(图1)。

监测井点地理位置分布既要考虑经济发达地区，同时也要兼顾主要海洋功能规划岸段。监测井点位置处于潮汐高潮线以上，钻孔设计孔深平均为20～41 m，针对不同地质环境条件具有一定代表性。

1.1.2 钻凿基本方法

钻凿施工采用回次、全孔取芯钻进，成井流程包括钻进、扩孔、清孔、下管、投砾和止水，以及其后的洗井和保护装置安装。为防止地表水下渗，在距离井口3～5 m的范围内向井管和孔壁之间投入黏土球，形成黏土止水层。

1.2 浅层地下水监测井取样方法

自北向南、自东向西，逐年、逐区完成浅层地下水钻井采样工作，取样时段为每年的6—8月(表1)。样品通过潜水泵泵取到地面后，装入清洁塑料容器，并经0.45 μm滤膜过滤送至实验室。取样在大潮期和小潮期各选择1 d进行，持续时间26 h，每隔1 h取样一次，单次取样量不低于5 L[11-14]。

图2 海南岛东北部监测井样品实验分析相对偏差控制范围Fig.2 Relative deviation control range for laboratory analysis of the samples of northeastern monitoring wells in Hainan Island

1.3 样品测试及质量控制

所有测试项目均要求在1 d内完成样品测试分析。质量控制依据《地质矿产实验室测试质量管理规范》DZ/T 0130.6—2006执行。在准确度控制方面，插入的国家标准物质分析结果合格率为100%，主要阴离子和阳离子、总碱度、总硬度标准值在3.00～188.00 mg/L之间，不确定值控制在±0.08～±5.00 mg/L之间，加标回收测定的合格率为100%； 在精密度方面，测试结果相对误差绝大部分控制在0～5%，极少数在6%～8%之间，满足≤10%的技术要求(图2)。精密度控制抽取的样品重复分析结果均符合要求，相对偏差的合格率为 100%[12]。分析质量达到规范要求，实验测试数据准确可靠。

表1 调查区浅层地下水监测井位置及取样情况

2 地下水要素分布和水质状况

2.1 地下水化学类型和TDS

由于区域地下水水质问题广受关注，本文依据以上实验测试数据，集中分析了溶解性固体总量(total amount of dissolved solids，TDS)和主要离子含量分布和变化特征。

由于地势平缓，水力梯度小，沉积物透水性一般较好。分析结果显示，监测井化学类型均为Na-Cl型，表明受到不同程度的海水侵染[11-14]。雷州半岛J1监测井的TDS最高，J3监测井次之，J2监测井因临近南渡江出海口，受到河水渗透和阻挡，TDS最低。J1监测井TDS为6.33～7.53 g/L，平均为6.97 g/L； J2监测井为2.88～5.11 g/L，平均为1.86 g/L； J3监测井为2.13～8.12 g/L，平均为5.70 g/L。

海南岛东北部QZ1监测井TDS为0.87～2.10 g/L，平均为1.71g/L； QZ3为2.21～6.84 g/L，平均为4.03 g/L； QZ4为4.35～4.95 g/L，平均为4.60 g/L。南部QZ2监测井为34.00～38.60 g/L，平均为35.70 g/L； QZ3为0.38～0.53 g/L，平均为0.42 g/L； QZ5为31.30～35.60 g/L，平均为33.26 g/L。西北部QZ1监测井为25.50～27.40 g/L，平均为26.54 g/L； QZ2为20.40～26.90 g/L，平均为21.88 g/L； QZ3为1.27～1.84 g/L，平均为1.56 g/L； QZ4为22.70～25.90 g/L，平均为24.40 g/L。可以看出，除少数外，大部分监测井地下水TDS偏高，特别是海南岛南部和西北部； 而海南岛东北部则与雷州半岛东部的TDS大致相近。

2.2 主要离子含量特征

表2 雷州半岛东部滨海地区地下水主要阳离子和阴离子含量统计

表3 海南岛东北部滨海地区地下水主要阳离子和阴离子含量统计

表4 海南岛南部滨海地区地下水主要阳离子和阴离子含量统计

表5 海南岛西北部滨海地区地下水主要离子的含量统计

综上所述，地下水各要素含量差异较大，与本区环境关系密切，主要离子以海南岛南部和西北部含量更高，以偏态和峰态表征的统计分布形态变化多样。通过综合对比还可以看出，TDS高的监测井其离子含量同样偏高，两者之间关系密切。

2.3 盐碱化指标

海水进退使得盐碱化指标(salinization rate，SAR)在潮周期内有所波动，但表征总体强度的平均值仍然保持在较高水平。雷州半岛东部监测井平均SAR为8～20，海南岛监测井平均SAR为3～62。根据滨海地区盐碱化划分标准，SAR<2为轻微，210为强。统计结果表明，监测井含水层盐碱化程度风险为“一般”—“强”(表6)，但以“强”居多(占比达69%)。SAR数据正偏、负偏均有，负峰态居多。

表 6 雷州半岛和海南岛滨海地区地下水盐碱化指标统计

2.4 地下水水质

依据我国地下水质量标准(GB/T 14848—93)，参与地下水质量评价的因子有氯化物、硫酸盐、总溶解固体和pH值。地下水质量等级划分结果显示，IV级占30.8%，V级占69.2%，可见大部分水质为差(表7)。IV级为适用于农业和部分工业的用水，经适当处理后可作为生活饮用水； V级为不宜饮用，需要根据使用目的来选用。根据该标准的Fi水质综合评分法，取样时段水质综合系数随时波动，但基本上维持水质类型，说明短期内水质状况难以改变。

表7 调查区监测井地下水水质等级

注： J1-1表示雷州半岛J1监测井的第一次测量时段； QZ1-1表示海南岛QZ1监测井的第一次测量时段； 余类推。

2.5 地下水阳离子置换效应

从钙元素地球化学分布背景来看，调查区及其陆区属于华南低钙地区，华南西部陆区地下水钙离子含量一般不到50 mg/L[18-19]。但滨海地区地下水由于受到海水侵染，钙离子含量均比较高。受到不同性质的淡水与海水相互作用，监测井的钙离子含量变化较大，一些监测井相对变化幅度最大可达20.0%[11-14]。值得关注的是，一些监测井钙离子高度富集，例如雷州半岛J1监测井、海南岛南部QZ2监测井，其钙离子平均含量接近或者超过海水平均值，或某时段的钙离子含量超过海水平均值，最高分别达到748 mg/L或623 mg/L，说明含水介质存在明显的钙离子交换(表8)。在海水侵入路径上发生明显的水-岩作用，大量含钙矿物和黏土矿物颗粒表面的钙离子被置换出来进入地下水，增加了地下水的硬度，成为水质恶化的原因之一。

表8 调查区部分监测井地下水钙离子含量

3 地下水的自我调节力

表9 调查区监测井地下水主要阴离子波动的相对振幅

4 结论

(1)位于雷州半岛、海南岛滨海地带的监测井显示，地下水不同程度地受到海水侵入。盐碱化风险程度多为较强—强，地下水水质为IV—V级，水质较差—差，主要因氯化物、硫酸盐等含量高所致。水质类型没有随测次而变化，说明至少在短期内不会有所改变。

(2)在自然环境下的监测井具有一定的自我调节力，但“弱”等级的监测井相间分布，与周边水力梯度较小、交换较弱有关。尤其是海南岛南部和西北部监测井以“一般”和“弱”等级居多，这与降水不均、水位偏低、坡度低缓等环境条件有很大关系。部分监测井显示，随着海水的进退，阳离子交换效应显著，钙离子被置换进入地下水中，从而加剧了地下水的硬化。

(3)人类活动加剧了海水侵入。人为抽取地下水影响了地下水水位及其水力梯度，会促进海水的倒灌和侵入。

地下水质量评价要素的含量及时空变化较大，要素之间关系复杂，有待进一步加强综合研究和监测。

[1] 杨丽芝,杨雪柯,刘春华.山东平原地区浅层地下水有机污染特征分析[J].中国地质调查,2015,2(8):25-30.

[2] 景佳俊,陶文杰,管祯.对江苏沛县新庄铁矿区富水性规律的初步认识[J].中国地质调查,2016,3(6):68-74.

[3] 苏春田,潘晓东,李兆林,等.云南广南岩溶区水文地质环境地质调查进展[J].中国地质调查,2015,2(8):9-16.

[4] 梁永平,赵春红,唐春雷,等.北方岩溶区水文地质环境地质调查进展——以北京西山岩溶区为例[J].中国地质调查,2015,2(8):1-8.

[5] 揭江.引发雷州半岛地区干旱的典型生态环境[J].地下水,2014,36(5):114-116.

[6] 车秀芬,张京红,黄海静,等.海南岛气候区划研究[J].热带农业科学,2014,34(6):60-65,70.

[7] 张文杰,谭红兵,陈喜,等.广东硇洲岛地下水化学演化及成因机理[J].水文,2012,32(3):51-59.

[8] 周祖光.海南岛地下水资源特征与开发利用[J].水资源保护,2005,21(3):48-51.

[9] 夏真,林进清,郑志昌,等.北部湾广西海岸带地质环境综合监测进展及成果[J].中国地质调查,2016,3(1):52-57.

[10] 广州海洋地质调查局.北部湾广西近岸海洋地质环境与地质灾害调查报告[R].广州:广州海洋地质调查局,2013.

[11] 广州海洋地质调查局.雷州半岛东部滨海湿地地质调查与生态环境评价报告[R].广州:广州海洋地质调查局,2013.

[12] 广州海洋地质调查局.海南岛东北部滨海湿地地质调查与生态环境评价报告[R].广州:广州海洋地质调查局,2014.

[13] 广州海洋地质调查局.海南岛南部滨海湿地地质调查与生态环境评价报告[R].广州:广州海洋地质调查局,2015.

[14] 广州海洋地质调查局.海南岛西北部滨海湿地地质调查与生态环境评价报告[R].广州:广州海洋地质调查局,2016.

[15] 黄向青,林进清,甘华阳,等.雷州半岛东岸地下水化学要素变化以及海水入侵特征[J].地下水,2013,35(3):38-42,48.

[16] 何海军,石要红,甘华阳,等.海南岛东北部地下水化学及海水入侵特征分析[J].广东化工,2014,41(19):50-51,53.

[17] 路剑飞,甘华阳,张顺枝,等.琼东北滨海浅层地下水水质变化特征分析[J].中山大学学报:自然科学版,2016,55(1):137-148.

[18] 李家熙,吴功建.中国生态环境地球化学图集[M].北京:地质出版社,1999.

[19] 姚锦梅,周训,李娟,等.广东雷州半岛玄武岩地下水水文地球化学特征及演化模拟[J].地质通报,2007,26(3):327-334.

[20] 张胜华,朗喜白,任雅娴,等.2014年雷州半岛地下水水位年内动态变化分析[J].人民珠江,2016,37(4):32-35.

(责任编辑： 刘永权)

Study on current state of shallow underground water quality along shoreline of volcanic islands in western South China

GAN Huayang， LIN Jinqing， XIA Zhen， HE Haijun， LU Jianfei， HUANG Xiangqing， ZHANG Shunzhi

(GuangzhouMarinesGeologicalSurvey，Guangzhou510760，China)

shoreline zone； underground water； seawater intrusion； water quality

10.19388/j.zgdzdc.2017.04.11

甘华阳，林进清，夏真，等.华南西部火山岛地区滨海浅层地下水的水质现状研究[J].中国地质调查,2017,4(4): 80-87.

2016-11-14；

2017-01-05。

中国地质调查局“华南西部滨海湿地地质调查与生态环境评价(编号： 1212010914020)”项目资助。

甘华阳(1979—)，男，博士，高级工程师，主要从事海洋环境地质方面的研究。Email： ghuayang@126.com。

P641.3

A

2095-8706(2017)04-0080-08