广州市沿海地区浅层地下水质量评价

陈 绮，庞 园

(1.广州市南沙区磨碟头工程管理所，广东 广州 511480；2.广州市水务科学研究所，广东 广州 510220)

为有效保护地下水资源，2009年广东省将广州市南部沿海地区划定为不宜开采区。2013年以来，广州市开始实施最严格水资源管理制度，禁止南部沿海地区开采地下水。随着工农业生产活动的加剧，污水排放量的增加，不可避免会影响水循环，进而影响到地下水水质。目前，关于广州市南部沿海地区地下水的研究较少，主要涉及咸水[1]、铁[2]、锰[3]、pH[4]等指标，但研究区域的范围较大，评价指标单一，难以全面了解广州沿海地区的地下水质量。基于此，本文通过对广州南部沿海地区地下水质量的综合评价，对影响地下水水质的相关因素进行探讨，可为相关部门治理和保护地下水提供依据。

1 研究区概况

研究区位于广州市的南部、珠江三角洲河网地带，地理坐标为北纬22°33′～23°05′，东经113°13′～113°42′。地处珠江出海口虎门水道西岸，是西江、北江、东江三江汇集之处，东面是珠江，与东莞市隔江相望；西及西南以陈村水道和洪奇沥为界，与佛山市顺德区及中山市相邻；北面与广州市海珠区相邻，南面是珠江入海口。研究区属南亚热带季风性海洋气候，雨量充沛，4—9月为雨季，10月—次年3月为旱季，年均降雨量为1 640 mm。研究区在构造单元上属华南褶皱系粤中拗陷区，地层发育、地质构造复杂。域内地下水主要分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，具有埋藏浅、径流途径短等特点，地下水流向总体趋势从北向南[5]。

2 样品采集与检验方法

本次研究共布设采样点18个(见图1)，采样点深度范围为27～92 m。所有采样点的水位均随降雨增减而升降，具有明显的季节性特征，均属浅层地下水。分别于2017年、2018年的雨季(8月)和旱季(11月)各采样1次，共采集水样72组。为使采集的地下水水样更具代表性，每次采样前均用潜水泵抽干井内的水并直至水位恢复原状，或对涌水量较大的井长时间抽水，使井内的地下水得到充分循环更新。检测指标包括pH、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟化物、镉、铁、锰、溶解性总固体、耗氧量、硫酸盐、氯化物共19项，所有项目的检验方法均按《生活饮用水标准检验法》(GB 5750—2006)[6]执行。

图1 研究区采样点分布示意

3 结果与分析

3.1 地下水超标项目

采用《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)[7]作为评价依据，对72组水样的检测结果进行分类，以Ⅲ类标准限值(适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水)作为超标标准，统计分析每年超标比例大于10%的超标项目。根据表1～2可知，研究区地下水的主要超标指标有9项，超标率在23.6%～77.8%之间，按超标率从大到小排列依次是氨氮、锰、耗氧量、氯化物、总硬度、溶解性总固体、铁、pH值和硫酸盐。其中，氨氮的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的26倍和264倍，锰的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的23倍和100倍，耗氧量的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的7倍和35倍，氯化物的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的19倍和98倍，总硬度的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的5倍和18倍，溶解性总固体的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的9倍和46倍，铁的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的15倍和264倍，硫酸盐的平均值和极大值分别是Ⅲ类标准限值的1倍和36倍，pH值的平均值属于Ⅲ类。

表1 地下水主要超标指标的超标率统计 %

表2 地下水主要超标指标的质量浓度统计(pH无量纲) mg/L

3.2 地下水综合质量

1)地下水质量级别分布

根据单指标综合评价法[8]，计算得到各采样点地下水的综合质量。由表3可知，研究区72组水样无Ⅰ类和Ⅱ类水，Ⅲ类水占5.6%；Ⅳ类水占9.7%，采样点主要位于研究区的中部；Ⅴ类水占84.7%，采样点遍及整个研究区。评价结果表明，近2 a研究区地下水综合质量较差。分析其原因主要有两方面：一是单指标评价法受最大浓度因子的影响，易造成结果不够合理。研究区位于沿海地区，其水文地质特点决定了其矿化度、溶解性总固体、氯化物等指标本底值较高，对地下水质量有较大影响。二是研究区位于珠江网河区，河网密布，地下水与地表水联系紧密，地下水水质易受地表水环境影响。研究区近几年地表水环境虽然持续改善，水质明显好转，但大部分河涌水质仍然较差。受此影响，地下水质量较差。

表3 单指标综合评价法评价结果统计 组

2)地下水质量时空分布特征

基于主成分分析法[9]，计算得到18个地下水采样点72组水样19项指标的综合评分值。由表4可知，2018年雨季有15个采样点地下水的综合质量优于2017年雨季，2018年旱季18个采样点地下水的综合质量均优于2017年旱季，说明研究区2018年地下水的综合质量优于2017年；2017年有11个采样点雨季地下水的综合质量优于旱季，7个采样点旱季地下水的综合质量优于雨季，2018年有10个采样点雨季地下水的综合质优于旱季，8个采样点旱季地下水的综合质量优于雨季，说明研究区雨季地下水的综合质量略优于旱季；2018年和2017年的情况相同，雨季地下水的综合质量排名前9的采样点有6个位于南沙区，3个位于番禺区，旱季地下水的综合质量排名前9的采样点有5个位于番禺区，4个位于南沙区，说明研究区雨季南沙区地下水的综合质量优于番禺区，旱季番禺区地下水的综合质量略优于南沙区。

表4 主成分分析法评价结果

3.3 水质影响因素分析

1)盐分指标的影响因素

研究区地下水中氯化物、总硬度、溶解性总固体和硫酸盐等盐分指标的影响因素分为自然因素和人为因素两类，自然因素分为海侵与海退、地形地貌和降雨等，人为因素分为地下水超采和生产生活废水等。研究区已于2013年开始禁止开采地下水，地下水受人为因素影响较小。很明显，研究区地下水盐分超标主要是受自然因素影响，来源于海水。

2)重金属指标的影响因素

广州市地势总体呈北高南低，北部丘陵区多为地下水系统的补给区，其氧化还原环境往往都是强氧化环境，导致其释放出来的铁离子和锰离子也以高价的Fe3+和Mn4+形式存在，最终易形成难溶的氢氧化物沉淀而很难溶入地下水中。研究区位于南部的平原区，属于排泄区，地势低洼。氧化还原环境与北部恰好相反，一般都处于过渡环境或还原环境状态，使得该区域中的铁离子和锰离子主要以Fe2+和Mn2+形式存在，较容易进入地下水中。因此，研究区地下水中铁、锰含量较高。同时，pH值偏低会导致地下水中铁、锰含量升高；部分污染较严重的地表水也会影响地下水中铁、锰的含量。

3)理化指标的影响因素

研究区位于珠江三角洲沿海地区，地下水pH值既受酸雨影响，同时，因紧邻海洋受到海水影响。pH值的变化机制较复杂，需进一步研究。

4)营养盐指标的影响因素

地下水中氨氮主要来源于人类活动，包括化学肥料、农家肥、生活污水和生活垃圾以及工业污染等。农药化肥的大量施用、生活污水的随意排放以及工业污染等，都为氨氮在地下水中的累积提供了条件，这也是国内外地下水氨氮普遍超标的主要原因。本次研究采样点主要位于农村地区，地下水水质受农业面源污染影响较大。且研究区位于珠江网河区，地下水与地表水联系紧密，地下水水质易受地表水水质影响。

5)有机物指标的影响因素

耗氧量反映的是水中还原性物质主要是有机物，主要来源于动植物的分解以及生活污水和工业废水的排放。当水体被有机物污染后，耗氧量便会增加。研究区地下水中耗氧量超标，反映了研究区地下水受到了生活污水和工业废水的污染，其来源主要与受污染的地表水有关。

4 结语

研究区浅层地下水质量总体较差，但近2 a有变好的趋势。研究区超标指标主要有氨氮、锰、耗氧量、氯化物、总硬度、溶解性总固体、铁、pH值和硫酸盐等9项，超标率在23.6%～77.8%之间。从时间上看，该区域浅层地下水质量雨季略优于旱季；从空间上看，区域内各分区的浅层地下水质量互有优劣。地下水水质的影响因素较多，其中氯化物、总硬度、溶解性总固体和硫酸盐等盐分指标主要受海水影响，铁、锰等重金属指标主要受氧化还原环境影响，pH值同时受酸雨和海水影响，氨氮主要受农业面源污染和生活污水影响，耗氧量主要与受污染的地表水有关。