葉永紅

(江蘇省南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京210016)

地下水水化學(xué)類型是描述地下水水化學(xué)特征的一個(gè)綜合指標(biāo)。地下水水化學(xué)類型的變化對了解區(qū)域地下水水質(zhì)變化提供了依據(jù)，具有一定的研究意義。

研究區(qū)位于江西省撫州市區(qū)及南郊。研究區(qū)氣候溫暖濕潤，雨量充沛。區(qū)內(nèi)主要河流有2條，東邊為撫河，西邊為宜黃河。區(qū)內(nèi)地勢南高北低，地貌主要為崗地和河谷平原。崗地主要由白堊系上統(tǒng)南雄群中部(K2nn2)紫紅、灰綠色粉砂巖、泥巖為主，成塊狀出露于研究區(qū)的南部。研究區(qū)分布面積最廣的為河谷平原，主要由第四系更新統(tǒng)沖積層(Qpal)和全新統(tǒng)沖積層(Qhal)組成。

研究區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，其次為碎屑巖類裂隙水。松散巖類孔隙水分布于河谷平原第四系沖積層中，含水量豐富，開采容易。碎屑巖類裂隙水主要分布于崗地的粉砂巖中，含水量貧乏。

1 地下水樣品采集和測試

按照中國地質(zhì)調(diào)查局《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價(jià)規(guī)范(DD2008－01)》的要求，對研究區(qū)具有代表性的地下水井點(diǎn)進(jìn)行取樣研究。研究區(qū)面積為180 km2，共采集地下水樣19組，采樣點(diǎn)位置分布如圖1所示。地下水樣品的分析測試工作由國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，本論文所涉及的測試指標(biāo)為pH、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－、Cl－和礦化度，檢測依據(jù)為《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法無機(jī)非金屬指標(biāo)(GB/T 5750.5－2006)》、《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 金屬指標(biāo)(GB/T 5750.6－2006)》和《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法(DZ/T 0064－1993)》。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)位置分布圖

2 地下水水化學(xué)類型特征與演化

本次研究使用舒卡列夫分類法對地下水進(jìn)行水化學(xué)分類，該分類根據(jù)地下水中六種主要離子(K+合并于Na+中)及礦化度劃分的含量大于25%毫克當(dāng)量的陰離子和陽離子進(jìn)行組合[1]。根據(jù)2013年采集的地下水樣品測試數(shù)據(jù)，利用舒卡列夫分類法，繪制出2013年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型分布圖(見圖2)。本次所采集的19組地下水樣品礦化度均小于 1.5 g/L。

從圖2可以看出，研究區(qū)以HCO3—Ca和HCO3—Na+Ca型地下水為主，HCO3—Na型地下水以條帶狀分布于研究區(qū)的中南部，HCO3+Cl—Na+Ca型地下水以條帶狀分布于研究區(qū)的東南部，撫州市區(qū)及研究區(qū)西北部分布著HCO3+Cl—Na型地下水。2013年，陽離子以Na+和Ca2+為主，陰離子以HCO3－為主，HCO3+Cl—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na 型地下水中Cl－的毫克當(dāng)量占陰離子總毫克當(dāng)量的百分比超過25%。

圖2 2013年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型分布圖

根據(jù)《南城幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》[2]資料，繪制出1980年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型分布圖(見圖3)。從圖3中可以看出，1980年該地區(qū)地下水化學(xué)類型只有2種，分別為 HCO3—Ca和 HCO3—Na+Ca，其中 HCO3—Ca型地下水主要沿?fù)岷雍鸵它S河分布，HCO3—Na+Ca分布于河流Ⅲ級階地和崗地中。

圖3 1980年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型分布圖

經(jīng)過33年的演化，2013年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型已經(jīng)完全不同于1980年。1980年大面積分布的HCO3—Ca和HCO3—Na+Ca型地下水至2013年分布面積顯著縮小，但還是該研究區(qū)主要的地下水水化學(xué)類型。2013年新出現(xiàn)的3種地下水水化學(xué)類型使得該研究區(qū)地下水水化學(xué)類型變得復(fù)雜。

3 地下水水化學(xué)類型成因

本研究認(rèn)為造成2013年研究區(qū)地下水水化學(xué)類型復(fù)雜的原因主要有2個(gè)方面:(1)工業(yè)發(fā)展排放的污染物污染;(2)近年來降水以酸雨為主。

3.1 污染物排放對地下水水化學(xué)類型的影響

撫州市區(qū)以南為撫州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，區(qū)內(nèi)擁有汽車及零部件制造、紡織機(jī)械制造、醫(yī)藥、新能源和紡織服裝等產(chǎn)業(yè)，如圖4所示。研究區(qū)西北處溫泉鎮(zhèn)內(nèi)有一家國家定點(diǎn)農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)——江西盾牌化工有限責(zé)任公司，是中國乃至亞洲最大的仲丁靈(地樂胺)原藥制造和制劑加工基地，擁有制劑品種30余個(gè)。

圖4 撫州市區(qū)及撫州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)位置分布圖

表1 撫州酸雨情況

根據(jù)前人研究資料[3][4][5]，地下水中的 Cl－濃度升高與該地區(qū)污染物的排放具有正相關(guān)關(guān)系。撫州市工業(yè)企業(yè)以及撫州市區(qū)人類活動排放的污染物經(jīng)過包氣帶入滲至地下水中，必然會導(dǎo)致該地區(qū)地下水水化學(xué)類型顯著地改變。

研究區(qū)地下水流向是大體是從南向北流，中南部的HCO3—Na、HCO3—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na+Ca 型地下水流經(jīng)撫州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，逐漸演化成HCO3+Cl—Na型地下水。在這個(gè)過程中Na+和Cl－毫克當(dāng)量在離子毫克當(dāng)量的比值中占主導(dǎo)位置。

研究區(qū)西北部分地區(qū)的HCO3+Cl—Na型地下水則是由于該地區(qū)的農(nóng)藥廠排放的廢水進(jìn)入地下水中，從而提高了Cl－在陰離子中的比例。

3.2 酸雨對研究區(qū)地下水水化學(xué)類型的影響

酸雨是指pH值小于5.65的降水。根據(jù)《江西省酸雨現(xiàn)狀調(diào)查》等文獻(xiàn)[6][7][8][9]，不完全統(tǒng)計(jì)出了 2000 ～ 2013 年撫州市酸雨情況，如表1所示。從整體上看，撫州市酸雨情況日益嚴(yán)重，2000年酸雨頻率為69%，至2012年酸雨頻率達(dá)到100%。

根據(jù)《江西省臨川縣區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》[10]中所述，1979年研究區(qū)內(nèi)河谷平原地下水 pH值為6.8～7.3，低丘崗埠地下水pH值為6.4～6.8。研究區(qū)地下水經(jīng)過長時(shí)間的酸雨補(bǔ)給，平均pH值已經(jīng)降至6.20，已經(jīng)完全變成弱酸性地下水。地下水pH值得降低使得土壤中的Cl－等物質(zhì)溶解進(jìn)入地下水中，進(jìn)一步增加地下水中Cl－的濃度。

根據(jù)碳酸平衡理論[11]，在 pH ＜8.34的情況下，HCO3－隨著pH值的降低而降低。研究區(qū)地下水pH值的降低，必然會導(dǎo)致HCO3－濃度占陰離子的比例下降。長期的酸雨將原先地下水中的陰離子以HCO3－為主變成HCO3－和 Cl－為主，Cl－濃度占陰離子的比例顯著增高。因此，研究認(rèn)為長期的酸雨在導(dǎo)致研究區(qū)地下水水化學(xué)類型的改變過程中起重要作用。

4 結(jié)語

通過對比研究1980年和2013年撫州市地下水的水化學(xué)類型，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)地下水水化學(xué)類型已經(jīng)發(fā)生了顯著地改變。1980年大面積分布的 HCO3—Ca和 HCO3—Na+Ca型地下水至2013年分布面積顯著縮小。2013年，研究區(qū)新出現(xiàn) HCO3—Na、HCO3+Cl—Na+Ca 和 HCO3+Cl—Na 型地下水。本文認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的主要原因是該地區(qū)工業(yè)發(fā)展排放的污染物污染以及長期酸雨導(dǎo)致的。

[1]王大純，張人權(quán)，史毅虹，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].第3版.北京:地質(zhì)出版社.1995.

[2]江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì).南城幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].南昌:江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì).1980.

[3]楊宗杰.博興縣南部區(qū)水源地地下水環(huán)境數(shù)值模擬[D].山東:山東農(nóng)業(yè)大學(xué).碩士學(xué)位論文.2011.

[4]李學(xué)美，趙子軍，崔亞莉，等.盤山山前地下水與礦泉水污染成因分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008，(1):112 －116.

[5]郎赟超，劉叢強(qiáng)，Satake H，等.貴陽地表水—地下水的硫和氯同位素組成特征及其污染物示蹤意義[J].地球科學(xué)進(jìn)展.2008，23(2):151－158.

[6]王琳，吉蔚群.江西省酸雨現(xiàn)狀調(diào)查[J].江西科學(xué).2004，22(5):382－385.

[7]王琳.江西省降水中化學(xué)組分變化規(guī)律研究[J].江西科學(xué).2007，25(6):781 －783.

[8]劉萍.江西省酸雨的氫、氧、硫同位素特征及成因探討[D].江西:東華理工大學(xué).碩士學(xué)位論文.2012.

[9]撫州市環(huán)保局.撫州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)(2012年8月—2013年 6 月)[OL].http://www.fzhbj.gov.cn/.

[10]江西省地質(zhì)局九一二大隊(duì).江西省臨川縣區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].鷹潭:江西省地質(zhì)局九一二大隊(duì).1979.

[11]沈照理，朱宛華，鐘佐燊，等.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].第1版.北京:地質(zhì)出版社.1993.

[12]王宇，朱春林，李燕，等.紅層地下水勘查開發(fā)的理論及方法[M].第 1版.北京:地質(zhì)出版社.2008.

[13]Mohsen Jalali.Chemical characteristics of groundwater in parts of mountainous region，Alvand，Hamadan，Iran[J].Environmental Geology，2006，51(3):433－446.