阜阳市浅层地下水溶解性总固体近年变化特征

赵晓玲，张成龙，朱学群

（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥230001）

0 引言

溶解性总固体（tοtal dissοlved sοlids），缩写为TDS，曾称总矿化度，为地下水中所含各种离子、分子与化合物的总含量。TDS值越高，表明水中含有的溶解物越多。TDS是安徽省淮北平原浅层地下水主要超标组分之一[1～8]。

阜阳市地处淮北平原西北部，为安徽省皖北地区人口第一大市，地下水是其生产、生活的主要水源，而TDS是该市浅层地下水主要超标组分之一。以枯水期为例，浅层地下水TDS超标率2013年为4.35%，2014年达13.04%，2015年和2016年均为12.50%，2017年达27.27%。超标率在2017年为近些年最高，单孔点最高超标0.4倍，超标点主要分布于界首市、临泉县、太和县洪山镇、颍上县江口集镇和杨湖镇附近地区。分析该市浅层地下水TDS近些年的变化特征，探究其与其他水质组分的相关关系，找寻影响该地区TDS变化的主要因素，以期了解阜阳市浅层地下水部分水质组分的变化规律和相互关系。

1 数据来源

上世纪80年代初，阜阳市等皖北地区中心城市监测网在初步建立了淮北平原区域性地下水动态监测网之后相继建立，安徽省系统的地下水环境监测工作也由此开始。此后，通常每年取样1次，在枯水期4—6月份进行。为便于分析枯、丰水期地下水水质的变化情况，从2013年开始一年取样2次，丰水期也进行取样监测，安排在8—9月份，取样数量较枯水期明显偏少，仍以枯水期监测为主。

水样采集前，先对监测孔进行抽水洗井，待含水层中的新鲜水流完全流入孔内，确保水清砂净后才能进行水样采集，取样容器用原水冲洗3～5次后再按各测试项目要求进行取样，现场用纱布和石蜡密封，填写、粘贴水样标签。水样一经采取后，存放在阴凉处，3日内送至检测单位测试。2013年—2017年水样均送至本单位实验室进行检测。2018年我站实验室受暴雨影响，设备泡水损坏，无法继续进行水样测试，之后的检测分析转到其他单位进行，测试项目与之前相比有部分出入，个别项目数据不连续，故而本次选择在枯、丰水期均进行取样，且检测为本单位实验室，其数据为2013年—2017年5年间的水质检测数据。

2013年—2017年阜阳市浅层地下水共取样137组，其中，枯水期116组，丰水期21组，5年间先后共有24个监测孔点参与水质取样，每年取样的孔点数受城建拆迁、孔点损毁等多种情况的影响，不完全相同。

2 空间分布情况

参照地下水质量评价标准GB/T 14848—2017，Ⅲ类水TDS的限值为≤1000mg/L。与此标准相比，5年的枯、丰水期期间，阜阳市137组浅层地下水采样点中共有19组超标，其中枯水期超标16组，丰水期超标3组，超标倍数在0.03和0.6之间。

在枯水期，每年的超标情况分布见图1。2013年阜阳市浅层地下水共取样23组，TDS超标1组，超标率约4.35%，超标0.03倍，超标点位于颍州区王店镇附近地区；2014年取样23组，TDS超标3组，超标率约13.04%，超标倍数0.33～0.6倍，超标点位于界首市、太和县、颍州区程集镇等附近地区；2015年取样24组，TDS超标3组，超标率约12.50%，超标倍数0.08～0.45倍，超标点位于界首市、太和县、黄岗等附近地区；2016年 取 样24组，TDS超 标3组，超 标 率 约12.50%，超标倍数0.1～0.14倍，超标点位于界首市、江口集、临泉县等附近地区；2017年取样22组，TDS超标6组，超标率约27.27%，超标倍数0.04～0.4倍，超标点位于界首市、临泉县、太和县洪山镇、颍上县江口集镇和杨湖镇等附近地区。

丰水期取样数量少，超标孔点数亦非常少。2013年和2015年阜阳市浅层地下水均取样3组，TDS均未超标。TDS超标的年份有：2014年取样3组，超标1组；2016年、2017年均取样6组，各超标1组。

总体统计来看，2013年—2017年在取样的孔点中，枯水期超标0次的孔点有14个，超标1次的孔点有6个，超标2次的孔点有3个，超标4次的孔点有1个，超标统计情况见图1。丰水期超标2次的孔点1个，在界首市；超标1次的孔点1个，在太和县洪山镇。

图1 2013年—2017年阜阳市浅层地下水采样点枯水期TDS超标情况分布图Figure 1.Distribution map of TDS exceedance in shallow groundwater sampling spots in Fuyang City during dry season from 2013 to 2017

3 时间变化情况

3.1 数据处理

将2013年—2017年阜阳市浅层地下水水质数据经过初步分析，剔除异常值后，借助SPSS软件，计算TDS每年的平均值及标准差，并根据枯、丰水期的数值制作出曲线图和箱图，观察TDS的变化情况。

在进行相关性分析前，先统计近年来枯、丰水期TDS、总硬度、pH、总碱度、氯化物等指标的频率分布情况，对于偏态分布的指标，则通过转换计算使其呈正态分布，且经过检验是显著的之后，再分析其与TDS的相关关系。

3.2 枯水期

从近5年平均值的分析结果来看，枯水期TDS均值在636～782mg/L之间波动，总体呈现缓慢增高的趋势。从标准差来看，2013年—2015年TDS数值间差异相对保持稳定，数据波动情况接近，2016年—2017年差异增大，TDS数值间波动增高（表1，图2）。

图2 2013—2017年阜阳市浅层地下水TDS数值分布情况箱图Figure 2.Diagram of distribution of values of TDS in shallow groundwater in Fuyang City from 2013 to 2017

表1 2013年—2017年阜阳市浅层地下水枯水期TDS统计结果Table 1.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in Fuyang city during dry seasοn frοm 2013 tο2017

3.3 丰水期

丰水期阜阳市浅层地下水TDS均值在501～751mg/L之间波动，总体低于枯水期均值，年际间波动较枯水期明显，总体亦呈现缓慢增高的趋势，增速较枯水期稍缓。从标准差的波动情况来看，近5年间丰水期数值间的差异在缓慢增加，2014年丰水期数值间差异明显增大，其余年份呈缓慢增长趋势，波动情况总体与丰水期均值相似（表2）。

表2 2013年—2017年阜阳市浅层地下水丰水期TDS统计结果Table 2.Statisticsοf TDS in shallοw grοundwater in wet seasοn in Fuyang City frοm 2013 tο2017

3.4 与pH、总硬度、氯化物、总碱度等的相关关系

枯水期分析结果显示，pH、总硬度、总碱度、氯化物与TDS都存在极显著的相关关系（P＜0.01），其中pH与TDS是负相关，总碱度、总硬度、氯化物与TDS为中度正相关，相关程度依次为总碱度＞总硬度＞氯化物（表3）。

表3 枯水期阜阳市浅层地下水TDS与其他组分的相关关系Table 3.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during dry seasοn

丰水期，pH、总硬度、总碱度、氯化物、硫酸根与TDS的相关性分析结果显示，总硬度、总碱度、氯化物、硫酸根与TDS都存在极显著的高度正相关关系（P＜0.01），相关程度依次为总碱度＞总硬度＞硫酸根＞氯化物（表4），而pH与TDS的相关性不显著（P＞0.05）。

表4 丰水期阜阳市浅层地下水TDS与其他组分的相关关系Table 4.Cοrrelatiοn between TDS andοther cοmpοnents in shallοw grοundwater in Fuyang City during wet seasοn

4 原因分析

TDS包括溶解于水中的各种离子、分子与化合物的总量，但不包括悬浮物和溶解气体。其主要成分有钙、镁、钠、钾离子和碳酸离子、碳酸氢离子、氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子。TDS值的多年演变特征受自然因素和人类活动的双重影响，降雨量和水位埋深决定的净补给量是浅层TDS变化的重要影响因素[9～11]。

阜阳市地处冲积平原区，地形平坦，地势总趋势西北高、东南低。该地区浅层地下水埋藏浅，主要为降水补给，次为地表水补给等；水平径流与近代河流基本一致，自西北向东南，局部地段受地形地貌控制，流向河流和低洼处；蒸发是其主要排泄方式。水位监测结果表明，浅层地下水水位能及时响应降雨量的波动，对降水反应非常灵敏[12～14]，其TDS波动情况明显受降水的影响。有研究结果表明[15]，皖北平原浅层地下水平均水位埋深呈下降趋势，即地下水位在波动中下降，下降趋势为0.093m/10a，说明降水等补给、淋滤路径有所延长。阜阳市浅层地下水赋存在由粉质黏土、粉细砂相间组成的全新世和晚更新世地层中[16～17]。从2013年—2017年间超标点统计分布情况来看，超标点主要分布在颍河、泉河等河流两侧，其周边地貌类型以堆积成因的泛滥微高地、堆积-剥蚀成因的河间平地为主，少数超标点附近为河漫滩和河间洼地[18～19]，为各种组分的下渗和TDS升高提供了地质环境条件。而阜阳市地表水污染情况堪忧，2016年该市环境状况公报显示颍河、泉河断面水质在Ⅳ—劣Ⅴ类之间，境内地表水总体水质状况为轻度污染，地表水的污染间接增加了浅层地下水中溶质的总量TDS。且有研究表明，阜阳市20世纪90年代以来，年降水量增加明显[20]。综上所述，从补给来源来说，污染的地表水和地表的污染物、大气中的悬浮物等随着雨水冲刷、淋滤、下渗等，经过土壤包气带进入含水层，污染浅层地下水[21]。阜阳市污染的地表水、浅层水位缓慢下降而致的淋滤路径延长，伴随着降雨量的增加，使该地区浅层地下水TDS呈现出逐渐升高的趋势。

由于丰水期净补给量相对较大，对浅层地下水TDS具有稀释作用，故而通常丰水期浅层地下水的TDS波动幅度范围较小，但2014年和2017年丰水期TDS出现特别波动幅度大的情况，初步分析为因不同孔点其周边环境不同，进入浅层地下水的污染组分和多少亦不同，故而在降雨量突然充沛的丰水期，净补给量剧增的年份，出现两极分化的情况：周边污染物组分和量少的地方，汛期净补给量增大，相当于稀释了地下水中的污染物和组分，TDS减少，数值相对集中；污染物组分和量多的地方，随着净补给量的增大，浅层地下水中的TDS含量增加明显，出现高值区域，从而造成了年际间，随着年际降雨量的变化，丰水期TDS均值较枯水期波动明显的情形。丰水期浅层地下水的TDS与pH的相关性不显著，也说明了其水质受汛期降雨影响明显。由于氯化物、硫酸盐等在水中的溶解度不同，温度在20℃左右时（地下水水温与此接近），氯化物的溶解度多高于硫酸盐，而析出的顺序刚好相反，因此，丰水期总碱度、总硬度、氯化物等组分与溶解性总固体存在极显著的高度正相关关系，而枯水期，上述组分与TDS之间的相关程度逐渐降低，故而他们与TDS相关程度在丰水期（高度）高于枯水期（中度）。

5 结论

（1）枯水期，浅层地下水TDS的均值在636～782mg/L之间波动，总体呈现缓慢增高的趋势。从标准差来看，2013年—2015年TDS数值间差异相对保持稳定，数据波动情况接近，2016年—2017年差异增大，TDS数值间波动增高。

（2）丰水期，浅层地下水TDS的均值总体低于枯水期均值，年际间波动较枯水期明显，总体亦呈现缓慢增高的趋势，增速较枯水期稍缓。从标准差的波动情况来看，近5年间，数值间的差异在缓慢增加，2014年丰水期数值间差异明显增大，其余年份呈缓慢增长趋势，总体与丰水期均值的波动情况相似。

（3）从阜阳市2013年—2017年间超标点统计分布情况来看，超标点主要分布在颍河、泉河等现代河流两侧。严重污染的地表水、浅层水位缓慢下降而致的淋滤路径延长，伴随着降雨量的增加，是该地区浅层地下水TDS逐渐升高的主要原因。

（4）阜阳市浅层地下水的pH与TDS在枯水期呈负相关关系，而在丰水期相关性不显著；总碱度、总硬度、氯化物与TDS在枯、丰水期均有极显著的正相关关系，在丰水期的相关程度（高度）高于枯水期（中度），且排序均为总碱度＞总硬度＞氯化物；硫酸根与TDS在丰水期呈现高度正相关，这种变化情况与氯化物、硫酸盐等在水中的溶解度不同有关。