池州西南地区地下水质量与污染

徐祖阳，严维兵，柯婷婷，金志鹏，祁超，张训

江苏省地质勘查技术院，南京210049

0 引言

地下水作为地球淡水资源和水循环系统的重要组成部分，在工业和农业生产、城乡经济发展以及人类日常生活等方面发挥了十分重要的作用[1-2]。池州市作为长三角城市群中的重要一员，近几十年来地方经济得以快速发展，由于缺乏生态发展的理念和监管，致使该区的湖泊、河流和水塘等地表水污染日益严重。在这样的背景下，当地居民对地下水资源的依赖日趋明显[3]，甚至部分地区地下水超采量已经大于其自身恢复能力，导致区域地下水总量显著减少、地下水质量急速恶化,地面产生漏斗和塌陷的风险增大[4]。地下水的隐蔽性决定了地下水具有自我更新和自净过程非常缓慢的特征，地下水一旦被污染，短期内治理和恢复难以实现[5-9]。因此，弄清池州地区的地下水质量和地下水污染情况具有十分重要的意义。笔者利用2015年池州市城市地质调查获得的地下水水样测试结果，计算池州西南地区的潜水与承压含水层的相关水文参数，对池州地区的地下水质量和污染情况进行分析和评价。

1 研究区概况

研究区地处安徽省池州市西南部，位于长江中下游东岸，地理坐标：117°17′30″～117°27′20″E，30°30′00″～30°35′45″N，总面积166.6 km2(图1)。研究区地处暖温带与亚热带的过渡地带，属亚热带季风性湿润气候区。气候温和，雨量适中，四季分明，季风明显，年平均温度16.1℃，平均年降雨量在1 400～1 700 mm，平均无霜期242 d。农作物为一年两熟或三熟，平原区适宜种植双季稻、小麦和玉米等农业作物，丘陵区多种植茶叶、竹和其他经济林木。

图1 研究区地质简图Fig.1 Sketched geological map of study area

根据地下水的赋存条件，含水层岩性、水理性质及水力特征，可将工作区地下水划分为：松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水和碎屑岩类孔隙裂隙水3大地下水类型，又可以进一步细分为潜水、承压水、碳酸盐岩裂隙溶洞水、一般构造裂隙水和风化带网状裂隙水5个含水岩组(表1)。

表1 池州西南地区地下水类型及含水岩组的划分表

2 工作方法

2.1 样品采集

本次池州西南地区水样的采集与保管工作严格依据《水质采样技术指导》(GB12998-1991)相关规定执行[10]。利用GPS系统和地形图等工具在野外定位取样点的位置。现场经过详细勘察，遴选能反映客观水质情况的水样，采样前按规范处理采样盛水器，并且注意避免外界条件的干扰。此外，对于具有不稳定成分的水样加入相应稳定剂进行处理，最后在现场及时密封并贴上标签。运送中防震、防冻及避光，并作好采样的原始记录：包括记录采样点的位置、采样深度、地下水位埋深、水源类型、井的地层结构、以及水温、pH值、颜色和气味等。所采集样品均严格按照规范在允许的时间内送样，按采集目的及水样实际情况提出水样分析的要求及测试时间。

2.2 测试元素与指标

评价指标按地下水质量标准(GB/T14848-2017)，确定参评基础指标共22项，包括：pH值、溶解性总固体、铝、铁、钠、氟化物、氨氮、六价铬、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、锰、铜、锌、铅、镉、碘化物、砷、汞、总硬度和耗氧量[11-12]。

3 地下水评价

3.1 评价的标准和方法

依据地下水质量标准(GB/T14848-2017)中我国地下水水质状况、质量保护目标和人体健康基准值，参照农业、工业和生活等用水的最高要求，将地下水质量划分为5类[13](表2)。

本次池州西南地区地下水质量评价采用单因子质量评价和综合质量评价相结合的方式：前者主要依据“从优不从劣”的原则(若水样的测试结果同时满足Ⅱ类和Ⅲ类，评价结果以Ⅱ类为准)，确定单项指标的质量等级；而后者则采用内梅罗指数法，依据计算出的指数结果确定地下水质量级别[14-15]。

表2 地下水质量评价划分及其标准

3.2 潜水地下水质量评价结果

3.2.1 单因子质量评价

本次对潜水地下水116个水样进行单因子质量评价，评价结果见表3。

在22种无机指标中，有12种指标接近为Ⅰ、Ⅱ类水，分别是钠、氟化物、六价铬、硫酸盐、氯化物、碘化物、铜、锌、镉、铅、砷和汞；出现超Ⅲ类限值的无机指标共有10项，分别是pH值、硝酸盐、亚硝酸盐、铝、总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、铁和锰等，其中亚硝酸盐和高锰酸盐指标超Ⅲ类比例为100%。

表3 池州西南地区潜水地下水无机单指标质量等级分布

3.2.2 综合质量评价

综合质量评价在单因子质量评价的基础上按综合评价分值进行。本次对潜水116个水样的分析结果按照梅罗指数法进行计算，结果显示所有水样中Ⅳ类水样点为99个，占水样总数的85%；而Ⅴ类水样点为17个，占水样总数的15%，无Ⅰ类水、Ⅱ类水和Ⅲ类水(图2)。

图2 池州西南地区潜水地下水综合质量等级分布图Fig.2 Comprehensive quality grade distribution diagram of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

由于受水文地质条件及人为因素影响，不同时间以及不同地点的地下水的污染状况不同。通过对潜水的水质影响指标分析，发现致使地下水水质变差的因素很多，主要的污染物为铁和“三氮”(即硝酸盐、氨氮和亚硝酸盐)。此外，污染物在含水层中的分布规律主要受污染源、进入含水层的途径、运移扩散的水动力条件等因素控制[16-17]。经过研究发现，池州地区潜水地下水各项指标中，亚硝酸盐的贡献度最大，在Ⅳ类水中超过半数以上受亚硝酸盐的影响，氨氮、铝、锰三项指标的贡献度分别为 22.22%、19.19%、19.19%(表4)；Ⅴ类水中亚硝酸盐的贡献度76.47%，其次硝酸盐，铁，氨氮的贡献度分别为 35.29%、17.65%、11.76%(表4)，这些指标在天然地下水中的本底值较小，因此出现超标，一般认为是受到直接或间接污染。

表4 池州西南地区潜水地下水Ⅳ类和Ⅴ类水主要影响因子统计表

Table 4 Main impact factors of Ⅳ and Ⅴ types of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

影响因子Ⅳ类水比例/%Ⅴ类水比例/%NO-268.6976.47NH+422.2217.65Al3+19.190.00Mn2+19.190.00Fe2+8.0817.65NO-310.1035.29总硬度(CaCO3)3.030.00

3.3 承压地下水质量评价结果

3.3.1 单因子质量评价

本次对23个承压层地下水样品进行单因子质量评价，承压水的样品取自区域内23个水文地质钻孔，对水样中21个指标进行测定，评价指标均为无机指标，评价结果见表5。

在21种无机指标中，有14种指标接近为Ⅰ、Ⅱ类水，分别是六价铬、铜、锌、硫酸盐、氯化物、氟化物、钠、汞、镉、铅、碘化物、氯化物、总硬度和溶解性总固体；出现超Ⅲ类限值的无机指标共有7项，分别是氨氮、亚硝酸盐、铁、硝酸盐、铝、高锰酸盐指数和锰等，其中氨氮和铁指标超Ⅲ类比例为100%。

3.3.2 综合质量评价

本次对区域内的23个水文钻孔承压地下水样品的分析结果按照梅罗指数法进行计算，评价结果显示所有水样中Ⅳ类水样点为6个，占水样总数的26%；而Ⅴ类水样点为17个，占水样总数的74%，无Ⅰ类水、Ⅱ类水和Ⅲ类水的出现(图3)。

承压层地下水属于深层地下水，从参与统计的评价点来看，Ⅳ类水主要分布在调查区的南部区域以及秋浦河的下游一带；Ⅴ类水则主要分布在调查区的北部区域以及秋浦河的上游。通过对深层地下水的水质影响指标的定量分析发现，导致地下水的水质等级进入Ⅴ类的影响指标有铝、硝酸盐、亚硝酸盐和铁。各项指标中铝、铁和硝酸盐的贡献度最大，为69.57%、65.22%和60.87%(表6)。

表5 池州西南地区承压地下水无机单指标质量等级分布

Table 5 Quality grade distribution of inorganic single index of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

质量等级Ⅰ类/%Ⅱ类/%Ⅲ类/%Ⅳ类/%Ⅴ类/%pH值86.960.000.004.358.70铝0.008.704.354.3582.61钠91.300.004.350.004.35硫酸盐78.2621.740.000.000.00氯化物95.654.350.000.000.00硝酸盐0.0013.0421.744.3560.87亚硝酸盐0.004.3513.0460.8721.74氟化物86.960.000.0013.040.00总硬度CaCO334.7856.524.354.350.00氨氮0.000.0078.2617.394.35氨氮0.000.0078.2617.394.35铁0.000.000.0013.0486.96高锰酸钾指数17.3921.740.0021.7439.13溶解性总固体60.8734.780.004.350.00六价铬100.000.000.000.000.00锰13.040.000.0082.614.35铜43.4856.520.000.000.00锌60.8739.130.000.000.00镉47.8347.830.000.004.35铅86.964.358.700.000.00碘化物95.650.004.350.000.00汞100.000.000.000.000.00

表6 池州西南地区承压地下水Ⅴ类水主要影响因子统计表

Table 6 Main impact factors of Ⅴ types of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

影响因子Ⅴ类水比例/%Al69.57Fe65.22NO-360.87NO-221.74

3.4 地下水污染评价

3.4.1 评价方法

按相关规范和标准，结合对地下水环境的科学认识，基本剔除天然因素的影响，选取主要影响人体健康和反映人类活动程度的相关指标，进行污染评价，客观反映人类活动对地下水环境的影响[18]。

图3 池州西南地区承压地下水综合质量等级分布图Fig.3 Comprehensive quality grade distribution diagram of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

本次所选取的评价因子主要是无机毒理指标，包括：亚硝酸盐、砷、汞、氟离子、碘化物、氨氮、硝酸盐、镉、铬和铅。地下水污染等级划分为5级：

1级：主要反映地下水化学组分的天然背景含量或无明显可辨识的污染源存在，水质的变化不明显，无机毒理指标小于等于水质标准Ⅲ类，归为未污染水。

2级：单项无机毒理指标超过水质标准Ⅲ类，但未超过水质标准Ⅳ类，多项指标超过水质标准Ⅲ类，超标强度<50%时，说明有污染源存在，定为轻度污染水，需要处理才可供水。

3级：无机毒理指标单项超水质标准Ⅳ类，或有多项超过水质标准Ⅲ类且污染指标超标强度>50%时，说明有污染源存在，定为中度污染水，原则上不得直接供水。

4级：无机毒理指标多项超过水质标准Ⅳ类且污染指标超标强度>50%且≤200%时，说明有重要污染源存在，定为重度污染水，原则上禁止直接供水。

5 级：无机毒理指标多项属Ⅴ类，且污染指标强度>200%时，说明有危险污染源存在，定为极重度污染水，严禁直接供水。

3.4.2 潜水地下水污染评价

3.4.3 承压地下水污染评价

本次对池州西南地区23个水文钻孔内的承压地下水样品进行污染等级评价，分析结果显示轻度污染水样点为1个，占总体的4.35%；中度污染水样点为2个，占总体的8.70%；重度污染和极重度污染水样点分别为8和12个，所占比重大，分别为34.78%和52.17%。其中极重度污染主要分布在长江冲积平原区(图5)，主要污染指标为铝、铁和硝酸盐等。

造成承压水等深层地下水受污染的程度主要取决于人类的生产活动[19-21]，由于废水的排入，在沿江一带形成污染带，随着取样深度的增加，污染

图4 池州西南地区潜水地下水污染程度分布图Fig.4 Pollution degree distribution diagram of phreatic groundwater in southwestern Chizhou

图5 池州西南地区承压地下水污染程度分布图Fig.5 Pollution degree distribution diagram of pressurized groundwater in southwestern Chizhou

物浓度增加，底泥含量增高，造成了深层地下水超标物质的含量增加。另外由于取样样品数量的限制，导致结果可能存在误差。

4 结论

(1)潜水含水层Ⅳ类水占85%，Ⅴ类水占15%，无Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水。潜水地下水样品污染等级评价结果显示，区域中度污染占64.66%，重度污染和极重度污染分别占21.55%、13.79%。主要污染指标为硝酸盐、氨氮和亚硝酸盐等。

(2)承压含水层地下水中无Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水，Ⅳ类水所占比例为26%，Ⅴ类水所占比例为74%。承压地下水样品污染等级评价结果显示，区域轻度污染占4.35%，中度污染占8.70%，重度污染和极重度污染分别占34.78%、52.17%，其中极重度污染主要分布在长江冲积平原区，主要污染指标为铝、铁和硝酸盐等。

(3)池州西南地区浅层和深层地下水均受到中度至重度的污染，水质质量不容乐观。建议严格按照池州市水污染防治方案，规范地下水的使用，加强和完善地下水污染动态监测系统。