龐 園，曾 慧，張明珠

(廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220)

流溪河是廣州市從化區(qū)、花都區(qū)和白云區(qū)的主要供水水源，其中從化區(qū)和白云區(qū)的供水水源均位于流溪河及其支流，花都區(qū)80%的供水量來自流溪河。近年來，廣州市陸續(xù)上馬了西江引水工程和北江引水工程，工程完工后將在一定程度上緩解白云區(qū)和花都區(qū)對流溪河的依賴，但代替不了流溪河作為主要供水水源的地位。2005年北江的鎘污染事件和2013年廣西賀江水污染事件的陸續(xù)發(fā)生[1]，給位于下游的廣州市敲響了警鐘。一旦流溪河發(fā)生突發(fā)性水污染事故或者發(fā)生極端性氣象災(zāi)害、地震、戰(zhàn)爭等突發(fā)事件，將對廣州市從化區(qū)、花都區(qū)和白云區(qū)的供水安全造成重大影響。

流溪河兩側(cè)階地是廣州市5個重要地下水資源分布區(qū)之一[2]，廣州市劃定的5個地下水分散式開發(fā)利用區(qū)中有2個位于流溪河階地，占全市地下水分散式開發(fā)利用區(qū)面積的60%。流溪河流域地下水作為廣州市的戰(zhàn)略儲備資源，其規(guī)劃、保護(hù)、利用意義重大。前人研究表明[2-9]，廣州市部分區(qū)域地下水鐵含量高于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，即不適宜作為集中式生活飲用水水源。因此，有必要對流域內(nèi)地下水鐵的分布進(jìn)行研究，結(jié)果可為地下水的污染防控以及保護(hù)利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

流溪河流域位于廣州市，地處東經(jīng) 113°10′12″至11°42′00″，北緯23°12′30″至23°57′36″，總面積為 2 300 km2。河流大致為東北—西南向，起源于廣州市從化區(qū)，經(jīng)花都區(qū)、白云區(qū)流入珠江。流域瀕臨南海，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有溫暖多雨、光熱充足、溫差較小、夏季長、霜期短等氣候特征。每年4—9月為雨季，降雨強(qiáng)度自南向北呈遞增趨勢。流溪河流域?qū)倩洷鄙絽^(qū)與珠江三角洲平原的過渡地帶，地勢為東北高、西南低，上游為山區(qū)，間有小平原，良口以下逐漸進(jìn)入丘陵平原區(qū)。流域地層發(fā)育不全，地表深層多為堅硬的花崗巖、頁巖、灰?guī)r、石英砂巖和三疊系礫巖、侏羅系角礫巖等。地下水類型主要為基巖裂隙水、碳酸鹽巖類溶洞水和松散巖層孔隙水，地下水流向基本與河流流向一致[1,10]。

2 樣品采集與測試

于2012—2018年雨季和旱季共采集水樣14批次，獲取地下水樣392組。取樣井包括19個地下水監(jiān)測專用井和9個民井，其中民井深度均在10 m以內(nèi)，井管材料均為磚、石，地下水監(jiān)測類型均為松散巖類孔隙水；地下水監(jiān)測專用井深度為50～97 m，井管材料包括PVC管、磚石和鋼管，地下水監(jiān)測類型均為基巖裂隙水。為使采集的水樣更具代表性，每次采樣前均用潛水泵抽干井內(nèi)的水并直至水位恢復(fù)原狀，對涌水量較大的井則長時間抽水使井內(nèi)的地下水得到充分循環(huán)更新。水樣委托廣州市二次供水技術(shù)咨詢服務(wù)中心檢測，檢測方法均根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)按《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》(GB 5750—2006)執(zhí)行。檢測指標(biāo)包括：鐵、pH、耗氧量、硫酸鹽和總硬度。14個地下水監(jiān)測點的分布如圖1所示。

圖1 流溪河中下游地下水監(jiān)測點分布示意

3 結(jié)果與討論

3.1 鐵的總體分布特征

統(tǒng)計結(jié)果顯示(見表1),2012—2018年研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度為未檢出～46.60 mg/L，最大值是《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值(0.3 mg/L)的155.3倍，變異系數(shù)達(dá)到4.57，表明研究區(qū)地下水中鐵的質(zhì)量濃度在時空分布上較為離散，變化較大。質(zhì)量濃度均值為0.68 mg/L，是Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值的2.3倍，表明鐵的質(zhì)量濃度總體較高。以Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值作為超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)地下水鐵的超標(biāo)率為21.17%，表明研究區(qū)部分區(qū)域地下水已不適宜作為集中式生活飲用水水源。劉暢等2020年研究表明[9]，珠江三角洲地區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度范圍為0～68.60 mg/L，均值為1.64 mg/L，超標(biāo)率為22.93%。珠江三角洲地區(qū)地下水鐵的最大值、均值和超標(biāo)率分別是研究區(qū)的1.5倍、2.4倍和1.1倍，均高于研究區(qū)，這表明流溪河中下游地下水鐵的質(zhì)量濃度總體上低于珠江三角洲地區(qū)的平均水平。

表1 流溪河中下游地下水鐵的質(zhì)量濃度統(tǒng)計

3.2 鐵的空間分布特征

1) 水平分布特征

利用ArcGIS軟件采用Kring法對28個采樣點鐵的質(zhì)量濃度均值進(jìn)行插值，結(jié)果見圖2?？梢钥闯?，研究區(qū)下游地下水鐵的質(zhì)量濃度總體上明顯高于中游。分別統(tǒng)計研究區(qū)中、下游地下水鐵的質(zhì)量濃度特征值，結(jié)果見表2?？梢钥闯觯芯繀^(qū)下游地下水鐵的質(zhì)量濃度變異系數(shù)、均值和超標(biāo)率分別是中游的1.5倍、2.9倍和1.6倍，表明研究區(qū)下游地下水鐵的質(zhì)量濃度在時空分布上較中游更為離散，變化更大，且質(zhì)量濃度總體上高于中游，超標(biāo)程度也較中游更為嚴(yán)重。研究區(qū)地勢呈東北高、西南低的特點，即中游的地勢高于下游。結(jié)合鐵的分布特征可知，隨地勢由高變低，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。

圖2 流溪河中下游地下水鐵的質(zhì)量濃度分布示意

表2 不同區(qū)域地下水鐵的質(zhì)量濃度統(tǒng)計

2) 垂向分布特征

不同種類地下水鐵的質(zhì)量濃度統(tǒng)計結(jié)果見表3，可以看出，研究區(qū)基巖裂隙水鐵的質(zhì)量濃度變異系數(shù)、均值和超標(biāo)率分別是松散巖類孔隙水的10.6倍、1.5倍和3.9倍，表明研究區(qū)基巖裂隙水鐵的質(zhì)量濃度在時空分布上較松散巖類孔隙水更為離散，變化更大，且質(zhì)量濃度總體上高于松散巖類孔隙水，超標(biāo)程度也較松散巖類孔隙水更為嚴(yán)重。鑒于代表松散巖類孔隙水的監(jiān)測井深度均在10 m以下，代表基巖裂隙水的監(jiān)測井深度均在50 m以上，可以認(rèn)為松散巖類孔隙水代表研究區(qū)的淺層地下水，基巖裂隙水代表深層地下水。由此可知，隨著地下水埋藏深度增加，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。

表3 不同種類地下水鐵的質(zhì)量濃度統(tǒng)計

3.3 鐵隨時間變化特征

1) 季節(jié)變化特征

利用ArcGIS軟件采用Kring法分別對28個采樣點雨季和旱季鐵的質(zhì)量濃度均值進(jìn)行插值，結(jié)果見圖3。可以看出，隨著季節(jié)的更替，研究區(qū)地下水鐵的分布發(fā)生較大的變化，雨季中游地下水鐵的質(zhì)量濃度明顯高于旱季。分別統(tǒng)計雨季和旱季地下水鐵的質(zhì)量濃度特征值，結(jié)果見表4。對比可知，雨季地下水鐵的質(zhì)量濃度變異系數(shù)、均值和超標(biāo)率分別是旱季的1.9倍、1.2倍和1.7倍，表明研究區(qū)雨季地下水鐵的質(zhì)量濃度在時空分布上較旱季更為離散，變化更大，且質(zhì)量濃度總體上高于旱季，超標(biāo)程度也較旱季更為嚴(yán)重。根據(jù)廣州市水資源公報，統(tǒng)計得到研究區(qū)2012—2018年雨季和旱季的降雨量均值分別為1 557.5mm和450.4mm，雨季降雨量是旱季的3.5倍。結(jié)合鐵的分布可知，隨著降雨量增大，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。

a 雨季

b 旱季

表4 不同季節(jié)地下水鐵的質(zhì)量濃度統(tǒng)計

2) 年際變化特征

以雨季和旱季兩次監(jiān)測值的均值代表監(jiān)測井當(dāng)年的監(jiān)測值，采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法[11]分別計算各監(jiān)測井年均值的Spearman秩相關(guān)系數(shù)，計算結(jié)果顯示28個監(jiān)測井的Spearman秩相關(guān)系數(shù)均小于零，表明研究區(qū)所有監(jiān)測井鐵的質(zhì)量濃度均隨時間呈下降趨勢。以28個監(jiān)測井的年均值代表研究區(qū)當(dāng)年鐵的質(zhì)量濃度，分別繪制鐵的質(zhì)量濃度和超標(biāo)率隨時間變化曲線。如圖4所示，研究區(qū)鐵的質(zhì)量濃度總體隨時間呈下降趨勢，年下降率為0.33 mg/L。如圖5所示，研究區(qū)鐵的超標(biāo)率總體隨時間呈下降趨勢，年下降率為10%。根據(jù)廣州市水資源公報的年降雨量數(shù)據(jù)，繪制降雨量隨時間變化圖(如圖6所示)，2012—2018年廣州市年降雨量變化趨勢不明顯。綜合可知，研究區(qū)鐵的質(zhì)量濃度和超標(biāo)率年際變化特征受降雨影響較小。

圖4 流溪河中下游地下水鐵的質(zhì)量濃度隨時間變化示意

圖5 流溪河中下游地下水鐵的超標(biāo)率隨時間變化示意

圖6 廣州市年降雨量隨時間變化示意

4 結(jié)語

1) 研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度為未檢出～46.60 mg/L，均值為0.68 mg/L，超標(biāo)率為21.17%，部分區(qū)域已不適宜作為集中式生活飲用水水源。與珠江三角洲地區(qū)整體情況相比，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度處于較低的水平。

2) 研究區(qū)下游地下水鐵的質(zhì)量濃度總體上明顯高于中游，結(jié)合中、下游的地形變化，可知隨地勢由高變低，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。研究區(qū)基巖裂隙水鐵的質(zhì)量濃度總體上高于松散巖類孔隙水，結(jié)合不同種類地下水埋藏深度，可知隨著地下水埋藏深度增加，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。

3) 研究區(qū)雨季地下水鐵的質(zhì)量濃度總體高于旱季，結(jié)合廣州市不同季節(jié)的降雨量特點，可知隨著降雨量增大，研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度由小變大。研究區(qū)地下水鐵的質(zhì)量濃度隨時間呈下降趨勢，年下降率為0.33 mg/L。超標(biāo)率總體隨時間呈下降趨勢，年下降率為10%。結(jié)合研究區(qū)的年降雨量變化趨勢可知，研究區(qū)地下水鐵的年際變化趨勢受降雨影響不大。