南通海门区浅层地下水水化学特征和水质状况分析

张建忙 范冠宇 郭 华 陈琬镜 包 力

(1.江苏省地质环境勘查院 南京 211102；2.南通市土地复垦开发整理中心 江苏 南通 226001)

地下水资源在自然生态环境中起着重要的调节作用，同时也是居民饮用水、工农业生产等用水工程中重要的一份子，浅层地下水作为其中的重要组成部分，与城镇居民生活有着密切关系，因此必须着重关注浅层地下水的水化学特征和水质状况。

地下水水化学特征受地质历史演变过程中水岩相互作用的影响，在一定程度上可以反映周边的地质环境情况[1]，分析当地的地下水体离子成分特征，可以在一定程度上解析形成该水体化学特征的基本过程，也能反映环境对于其组成的作用机制。

南通市海门区水资源量充足，区内多级水系遍布，地表水资源丰富，从其分布特征及可视性程度等可以反映出地表水环境的监测管理、生态保护以及法规建设等方面的管理力度碾压地下水。目前地表水是城镇居民的主要用水，但农村地区浅层地下水的开发利用仍较普遍。在过去的发展历史中，南通市海门区主要开采第Ⅲ承压含水层地下水作为生活、工业、养殖用水，仅有少数民井开采浅层地下水。随着地下水压采方案及相关保护政策的实施，深层地下水实行控制开采，经济社会发展对水资源的需求愈发无法得到满足，浅层地下水的开发利用越发受到重视和鼓励。由于浅层地下水开发利用价值较低，历史调查资料较少，含水层流场特征、水文地质参数以及水化学特征等研究较少，同时极少有关南通市海门区相应地下水环境质量的综合评价[2]。

基于此，此次以《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)为依据，结合南通市海门区地质环境综合调查项目中25处地下水样指标数据，分析南通市海门区浅层地下水质量及其空间特征[3]，对了解区内地下水质量现状具有现实意义，并且能为南通市海门区地区今后的浅层地下水开发、地下水环境污染防治以及生态修复提供理论支撑。

1 研究区概况

海门区位于江苏省的东南部，东北濒黄海，南倚长江，素有"江海门户"之称，与上海隔江相望，被誉为“北上海”[4]。地理坐标为东经121°04′～121°32′、北纬31°46′～32°09′，全境总面积1 48.71 km2，耕地面积564.95 km2，占总面积的49.2%[5]。境内地势平坦，沟河纵横，地表平均海拔4.96 m(以废黄河为基准)[5]。地势呈西北略高、东南偏低，西部最高处海拔5.2 m，东部最低处海拔2.5 m，南北横截面呈弧形，两头低，中间高[5]。南靠长江口北支，有江岸线56.66 km。东邻启东市，东北濒临黄海，有海岸线11.37 km，西和北部和通州接壤[6]。研究区气候为北亚热带海洋季风性湿润气候，年平均气温15.9 ℃，年平均降水量1 083.8 mm，主要分布在5～9月，约占全年降雨量的44%，年平均蒸发量1 303.5 mm。海门区属典型的沿河水网地区，境内河流纵横交错，各河流属长江水系，紧靠长江入海口，出江入海，水系发育，水资源丰富。主要河道为人工河道，形成三横七竖的格局，区域内的河道已全部连通江水[7]。

松散岩类孔隙潜水含水系统是研究区主要浅层含水系统，全区广泛分布，含水层(组)由第四系全新统组成[8]，厚度40～60 m，东厚西薄，含水层岩性为：上部以亚砂土及亚黏土为主，下部以粉细砂为主，砂层厚度一般在10～20 m左右，具有明显的上细下粗的二元结构[9]。潜水水位埋深一般为1.0～2.0 m，水位动态受降水年周期变化的影响，沿江一带与潮水位的涨落密切相关。单井涌水量一般小于100 m3/d，富水性较差，地下水矿化度1.0～3.0 g/L，水质差。

研究区内气候湿润，降水充沛，孔隙潜水含水层埋藏浅，广泛发育，与地表水联系紧密，两者呈互补关系[10]。调查区潜水水位主要随大气降水变化，丰水期最高，平水期水位缓慢下降，至枯水期最低。同时潜水与长江水力联系密切，呈互补关系，即丰水期长江水补给地下水，枯水期地下水补给长江水。

大气降雨入渗，地表水体侧向渗透、农田灌溉水的回归等三项共同组成了孔隙水潜水含水层的补给[11]。由于本区地处长江三角洲河口地区，潜水含水层的岩性颗粒比较粗，渗透性比较好，因此迳流条件较好。

潜水蒸发，侧向入渗地表水体以及向深部含水层越流补给和人工开采组成潜水垂直和横向排泄的三项排泄途径，其中人工开采，潜水蒸发是主要排泄途径[11]。

2 浅层地下水化学特征分析

2.1 评价范围与评价方法

本次地下水水质评价范围主要为南通市海门区10 m以浅民井中的地下水[12]，不包括位于崇明岛的海永乡部分，评价区陆域面积为1 065.78 km2。依托于南通市海门区地质环境综合调查项目，根据实际需要，对海门区浅层地下水进行了调查取样，选取民井地下水采样点25个(如图1所示)，约每43 km2/个，取样时间为2020年12月份至2021年3月份，处于枯水期。水样按规范标准采取，并送至具有测试资质的江苏省地质工程勘察院测试中心进行检测。考虑到样品的代表性、样品点的控制性等因素[12]，同时为了全面了解水化学特征，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中的相关要求，确定测试指标共计32项，对25个水样进行地下水水化学类型及水质评价[13]，并在此基础上对全区地下水水化学类型和水质进行评价分析[14]。

图1 民井取样点分布图Figure 1 Location of the sampling points of civilian wells.

根据地下水中6种主要阴阳离子(Cl-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Na+、Mg2+)的分布特征[12]，水化学分类采用舒卡列夫分类法，研究区内浅层地下水水化学分类情况如表1所示。

表1 舒卡列夫分类表Table 1 Schukarev classification table /个

2.2 浅层地下水水化学类型

区域地质情况、地貌形态、水文气象特征，含水层组的岩性以及地下水的生成赋存条件共同决定了地下水的水化学特征[12]。HCO3-是研究区地下水水化学类型中的优势阴离子，25组水样中，23组为HCO3型，占水样总数的92%；2组为HCO3·Cl型，占水样总数的8%，分布在研究区东部和北部靠近海边的河沟地带，水化学类型可能跟海水的上溯有关。阳离子以Ca2+为主，25组水样中，9组为Ca型，占水样总数的36%；7组为Ca·Mg型，占水样总数的28%；6组为Ca·Mg·Na型，占水样总数的24%；2组为Na·Mg型，占水样总数的8%；1组为Na·Ca型，占水样总数的4%。水化学类型以HCO3-Ca为主，占水样总数的36%，主要分布其次为HCO3-Ca·Mg，占水样总数的28%。按矿化度大小分组，南通市海门区浅层地下水全部为A组[12](图2)。

2.3 矿化度、总硬度、pH值分布特征

2.3.1 矿化度分布特征

研究区浅层地下水主要以淡水和微咸水为主，所取水样中未见咸水及其他矿化度较高的水。88%的水样矿化度含量≤1 g/L，大于1 g/L的仅占12%。其中最大值1.443 g/L，最小值0.404 g/L。根据矿化度含量对研究区进行分区，淡水区面积为937.89 km2，研究区的中部及南部大部分地区是主要分布地；微咸水面积127.89 km2，主要分布在研究区的西南部、北部、西北部地区，北部地区靠近海岸，微咸水跟海水的上溯存在一定的关系，具体详见图3。

图3 民井矿化度图Figure 3 Salinity map of civilian wells.

2.3.2 总硬度分布特征

研究区浅层地下水所取水样的总硬度含量在232～519 mg/L，总体来说研究区浅层地下水硬度相对较低。总硬度含量<300 mg/L的占水样总数的12%，300～450 mg/L的占76%，450～650 mg/L的占12%。研究区浅层地下水主要为硬水，造成水高硬度的主要原因，可能与该区石灰型土壤有关，土壤中多有钙质结核显示。研究区浅层地下水的总硬度分布情况详见图4。

图4 民井总硬度分布图Figure 4 Distribution diagram of total hardness of civilian wells.

2.3.3 pH值分布特征

研究区浅层地下水所取水样的pH值在7.09～8.16，其中pH值7.0～8.0的占92%，大于8.0的占8%，pH值高的水样点距离海门三厂工业园区较近，可能跟工业生产存在一定关系。pH值分布图详见图5。

图5 民井pH值分布图Figure 5 pH value distribution diagram of civilian wells.

3 浅层地下水水质现状评价

针对研究区所选取的25个民井地下水水样，评价指标选取色度、浊度、pH值、TDS、总硬度、NO3-、NO2-、总铁、碘化物、硼、CODMn、SO42-、氯化物和氟化物[15]共计14项。结合《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中的相关规定[16]，确定Ⅲ类水标准值为地下水水质控制标准，分别进行单项组分和质量综合评价[17]。民井的现状水质类别通过单组分分析确定，然后按照超标率和最大超标倍数两个指标进行评价[12]。

研究区浅层地下水总硬度超标率为12%，研究区总硬度超标倍数最大值出现在四甲镇北面的街东村附近，超标1.15倍；地下水硝酸盐超标率为64%，全区硝酸盐超标倍数最大值出现在通启运河边的金锁村附近，超标7.12倍；地下水溶解性总固体超标率为8%，最大超标倍数为1.16倍，出现在包场镇以东的六东村附近；地下水中铁超标率为88%，最大超标倍数为15.57倍，出现在临江镇以西的汤西村；地下水碘化物超标率为16%，最大超标倍数为2.75倍，出现在海门经济技术开发区的新远村附近；色度超标率为32%，最大超标倍数为9.66倍，出现在临江镇以西的汤西村；浊度超标率为12%，最大超标倍数为3.02倍，出现在悦来镇西边的云彩村附近。

研究区浅层地下水中亚硝酸盐、氟化物、氯化物、CODMn、硫酸盐、pH值、硼未检出超标。

各检测指标的单独评价结果最终综合确定取样民井的水质类别[12]。评价结果表明，研究区25眼取样民井中，符合地下水Ⅲ类水质类别要求的只有1眼，占取样民井总数的4%。其余96%的民井为不达标井(Ⅳ类、Ⅴ类下同)，其中Ⅳ类水9眼，Ⅴ类水15眼，表明研究区浅层地下水已遭到相当程度的污染[12]。各取样民井的水质评价结果如表2所示。

表2 潜水含水层民井水取样质量综合评价Table 2 List of comprehensive evaluation on sampling quality of civilian well water in phreatic aquifer

研究区民井水样检测结果中，除色度、浊度这两个感官性状指标外，超标最多的是硝酸盐，其次为碘化物，铁和溶解性总固体。其中碘化物受海进海退影响，铁受沉积环境影响，属于本底背景值偏高。

如前所述，以海相沉积为主，受沉积环境影响，浅层地下水水质总体较差，矿化度、总硬度及碘化物等本底值偏高，但由于可直接接受当地大气降水入渗补给，并与地表水产生较频繁的补径排关系，水交替循环周期短，因而浅层水的水质在枯丰水期表现出完全不同的特征。主要是丰水期矿化度、总硬度低，枯水期高。

4 南通市海门区浅层地下水水质污染分析

根据分析结果确定硝酸盐为研究区浅层地下水主要污染项目[18]，根据单井水质分析中所确定的硝酸盐含量分别确定其水质类别，在此基础上通过数据插分处理得到各类别水质的分布面积。以硝酸盐地下水分类中的Ⅲ类及以上水质作为未受污染水，Ⅳ类作为轻度污染水，Ⅴ类作为重度污染水[19]。

根据评价结果可知：研究区浅层地下水污染面积为719.16 km2，占评价区面积的67.48%。其中轻度污染面积为239.11 km，占22.44%，重度污染面积为480.05 km，占45.04%，未受到污染的面积为346.62 km，占32.52%。重度污染区有2部分，其中一部分位于海门街道办与三厂街道办范围内，应该与城镇化进程及工业生产有关，另一部分位于东部的悦来以及北部的四甲、余东镇以北地区，大部分为农村地区，可能与该地区的农业种植及畜禽养殖有关。研究区浅层地下水中硝酸盐分布情况如图6所示。

图6 民井硝酸盐含量分布图Figure 6 Nitrate content distribution map of civilian wells.

在研究区调查发现，村村都有死水沟塘，有的环绕村庄分布，有的横穿村庄，沟塘里深度一般2～4 m，宽7～10 m。居民多沿沟塘而居，在沟溏中洗衣、洗菜、淘米，鸭、鹅生活其中，雨水季节土壤中的残留农药和化肥随径流泄入沟塘，有的家庭作坊的污水也排入沟塘。实际上沟塘成了生活污水和有毒物质的汇集地。加之塘水终年不流动，造成塘水浑浊，鱼虾不生，枯雨季节塘底黑色的污泥散发出嗅味。不少居民的饮水井就打在沟塘旁边，井深3～7 m左右，与沟塘死水深度近似，埋深土层又是砂土层，毫无疑问，受污染的沟塘死水通过渗透补给水井，污染饮水，造成有的井水硝酸盐、亚硝酸盐高。此外，院落布局的不科学也造成环境的污染。例如不少居民，水井和家中污水坑、猪栏以及厨房靠近，这直接影响井水的污染。

由于浅层水容易获得补给，故也易遭受污染，水中“三氮”含量较高[20]。结合以往的研究基础可以得出本区民井潜水中硝酸盐具有以下特征：

硝酸盐的来源主要是积肥、混合肥料，包括人畜粪便，动植物残骸，垃圾、污物以及土壤中的有机结合氮[21]；硝酸盐含量随时间变化幅度较大，同一年份一般是丰水期较高，枯水期较低，8月份丰水期后出现高值；硝酸盐含量也同潜水位有关，水位上升硝酸盐含量增大，水位下降硝酸盐含量减少，二者具有一致性。

综上所述，地下水中三氮指标的增加，主要是人类活动引起的[22]。

5 结论

1)研究区浅层地下水为弱碱性水，其平均pH值为7.65，水体硬度相对较低，阴、阳离子中浓度最高的分别为HCO3-和Ca2+。地下水中TDS、总硬度以及主要常规离子的变异系数为中等变异，研究区地下水化学性质在空间分布上存在一定的分带性。HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg型水是研究区浅层地下水主要的化学类型。

2) 研究区浅层地下水水质总体较差，大部分地区水质为Ⅳ类、Ⅴ类，矿化度、总硬度及碘化物等本底值偏高，浅层地下水污染面积为719.16 km2，占评价区面积的67.48%，主要污染项目为硝酸盐。

3) 沉积环境的复杂性和临江靠海的得天独厚地形地貌决定了研究区浅层地下水中水化学成分(总铁、碘化物、TDS及总硬度等)天然含量较高，后期的人类活动导致氨氮超标。