佛山市水化学特征分析

蔡霖　荆继红　许广明　张燕君　孔思宇　许志鹏

摘 要：根据采集的水样分析，初步研究了佛山市浅层地下水的化学类型分布特征，探讨其成因规律。研究表明，佛山市浅层地下水的化学特征由重碳酸盐型水向氯化物型水进行演变，研究区域上显示出明显的分区，如第四系出现较多的重碳酸盐型水，而在基岩裂隙区，其水化学类型更多的是硫酸盐重碳酸盐型水和氯化物型水。同时在人类活动强烈的地区出现了硝酸型水。

关键词：水化学类型;佛山市;地下水;地下水化学特征;硝酸盐

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191015014

1 研究区概况

佛山市行政区在广东省中西部、珠江三角洲平原腹地[1]。该市人口密集，工商业发达，工业化程度高，商业楼房高耸密布，是珠江三角洲城市之一，粤港澳大湾区重要节点城市。佛山市的经济由十大行业作支撑，主要为：家用电器、光机电一体化、电子信息及装备制造等。佛山市西北部有大量工区分布，类型多样规模不等。制造业行业产值占工业总产值80%以上。

佛山市共有4个行政区，分别是禅城区、南海区、顺德区和三水区，4个行政区面积共有3700km2，人口数量达700多万人[2-3]。北江、西江形成的冲积平原，海拔一般小于5m，多在1.2～4m，区内河涌纵横交错，形成河网，有西北江横跨，高明河从中间汇入，境内分支众多的河流，堆积层厚度大。

佛山市气候类型属于亚热带季风气候，气候炎热潮湿，年平均温度约23℃，年平均降水量约110mm，区域内主要河流为西江和北江，长度约为704km，河流年径流量较大。

2 水文地质概况

研究区地层主要为第四系、古近系和白垩系，西南部出露侏罗-三叠系地层，如图1。地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，如图2，研究区内含水层主要分布在河流两岸，含水层岩性以中粗砂和卵砾石为主，厚度约为3～40m，富水性较好[4];部分基岩裂隙水分布在南海区西北部、三水区西部及东部，含水层岩性主要为粉砂岩、砂砾岩、泥质粉砂岩、石英砂岩，富水性贫乏。

受气象、水文、地貌、岩性、地质构造等因素影响，研究区地下水补给、径流、排泄有明显的区域特点[5]。研究区气候类型为亚热带季风性气候，年降水量巨大，充足的降雨为地下水提供了大量的补给。从年内分配来看，降雨量在各个月分配不均，尤其在雨季中的7、8月份。在岩性、风化程度、地形地貌等因素的作用下，研究区内不同地层地下水补给量有较大的差异。如出现断裂构造的古近系、白垩系基岩区，基岩内浅部岩石风化破裂，细小节理裂隙发育，降水量不易下渗补给。第四纪松散沉积物覆盖区，该区有两大河流经过，为三角洲平原腹地，地势平缓，有利于地下水往地下补给。同时雨季后地表径流较大，包气带零散分布小面积的弱透水黏土层，会造成地表径流补给地下水。该区地下水多以水平径流为主，基岩裂隙水由丘陵山区流向平原，总体从北向南，从西向东排泄，汇入江口，排泄入海。

3 水化学分布特征

3.1 数据统计

对佛山市浅层地下水数据统计分析。结果表明，研究区浅层地下水pH值范围为：3.74～7.71，均值6.50，标准差为0.74，变异系数11.41%。标准差及变异系数均较小，该pH值范围说明了浅层地下水处于一种酸性的环境。

矿化度变化范围：51.02～957.29mg/L，均值497.18mg/L，标准差为244.27mg/L，变异系数51.93%，矿化度范围表明受气候、岩性等影响，地下水离子浓度在不同空间内有较大差异。

DO是表征水体水质好坏的重要指标。水体中的DO来自大气中氧的溶解及水中植物光合作用释放的氧[6]。常温下水中的DO含量一般为8～14mg/L。样品DO值在0.08～14.61mg/L范围内，平均值2.19mg/L，影响水体DO浓度的因素复杂多变，各种因素间存在协同作用。

由表1可知，Ca2+质量浓度在研究区内的变化相对较大，浓度的最大值和最小值分别为164.6mg/L和1.74mg/L，平均值为71.19mg/L。研究区内大部分地区钙离子质量浓度小于100mg/L，位于白垩系区域的水点浓度大于100mg/L，其余采样点Ca2+浓度值相差不大。Mg2+质量浓度在研究区内总体上变化不大。第四系地区大部分浓度小于15mg/L，大于100mg/L的高值区出现在研究区北部的基岩裂隙区，最高值为53.95mg/L。Na+质量浓度在研究区内大部分小于150mg/L，最高值与最低值分别为120.9mg/L和2.87mg/L，平均值32.24mg/L。Cl-质量浓度分布总体上与Na+基本一致，大多小于200mg/L。SO2-4质量浓度为0～203.98mg/L，平均值54.51mg/L，浓度一般大于200mg/L，高值出现研究区北部白垩系地层。HCO-3质量浓度为3.02～589.58mg/L，平均值208.42mg/L，第四系地层区内，重碳酸离子浓度变化大。本区浅层地下水多为重碳酸型水，其次为重碳酸型与氯化物型混合型水，氯化物型、硫酸型、硝酸型混合水亦有少量分布。

3.2 水化学特征分布

由数据分析得，阴离子类型规律较为明显。根据舒卡列夫分类法，根据浓度百分比做出阴离子水化学类型分布图，阴离子类型统计见表2。由图1和图3看出，根据地下水的赋存、循环条件及岩性的变化，佛山市地层中第四系、古近系、白垩系、泥盆-二叠系，侏罗-三叠系的水化学类型具有一定的规律。

第四系覆盖区的阴离子类型主要是重碳酸盐型，重碳酸盐、硫酸盐型水在第四系零星分布，该区水量丰富，不仅是地下水补给区，也是地下水强径流地帶。形成该水化学类型主要是因为水化学的溶滤作用，地下水在该区不断交替，使得水中离子的重碳酸根为主要离子。因此研究区第四系覆盖区内基本上为重碳酸盐型水、重碳酸型硫酸型水、重碳酸盐氯化物型水。

在第四系与基岩过渡区则出现硫酸盐重碳酸盐、硫酸盐型、硫酸氯化物型水。如高明区西南部侏罗-三叠系地层和三水区东部、西部的白垩系地层附近，水化学类型中同时出现了重碳酸根、硫酸根、氯离子。这是由于这个地带的水力传导系数变小，地下水循环受到阻碍，补给区的地下水流经该地带时，各大离子将会在该处聚集。同时在这个区域附近的TDS普遍较大，侧面反映了该处地下水动力条件较弱，地层含盐量较高，形成的水化学类型有硫酸盐重碳酸盐型水、硫酸盐重碳酸盐型水。

而在白垩系-古近系、泥盆系-二叠系、侏罗-三叠系等地层内出现水化学类型则以氯化物硫酸盐、氯化物重碳酸盐型、氯化物型水为主。这是因为该区水化学作用以蒸发排泄为主。强烈的蒸发作用，使得原本水量贫乏的基岩裂隙地层中的地下水不断浓缩，碳酸盐沉淀，留下氯离子、硫酸根等离子，形成高矿化地下水。

4 异常因子分布特征与分析

4.1 异常元素特征

研究区内发现氮的含量比较高。出现的形式有氨氮、硝酸盐、亚硝酸，其中主要以硝酸根形式出现，其最大值为154.17mg/L，最小值为0.71mg/L，平均值为34.90mg/L。在数据分析过程中发现有几处的硝酸根的毫克当量大于25%，水化学类型有较大变化。于是根据佛山市并没有大量的硝盐矿的情况，单独考虑硝酸根含量，以K+，Ca2+，Na+，Mg2+，Cl-，SO2-4，HCO-3七大离子的含量排名划分水化学类型。同时标记出硝酸根毫克当量百分数较大，这样的水样点出现的位置见图3，这些水样点阴离子类型如表3。

由图4看出，高含量硝酸根的水样点的分布具有一定的分布规律，硝酸根含量较高的地方出现均出现在白垩系-第三系、侏罗系-三叠系、泥盆-二叠系地层。共有15个，占总水样的16.9%。这些地层是水量贫乏的地区，而对于第四系来说，由于水量交换迅速，即使水样点监测出硝酸根，也不会影响地下水的水化学类型。结合表3图3，可以看出氯化物型水的个数较多，对比图2，可知氯化物与硝酸盐出现的位置大体一致。对于这些地层来说，一般是含高盐矿物，富水程度较弱的地区，因此氯离子含量，高的地区，相应的硝酸根含量也增高。

4.2 异常元素分析

在自然状态下，氮只有在原生地层中出现。据此可考虑在研究区中的氮元素属于人类活动造成，在不考虑氮的含量下计算的其他离子含量可作为其原生背景的水化学类型。在这个假设下，划分水化学类型。根据划分的水化学类型分布来看，可以明显看出一些规律。在第四系地区浅层松散沉积物地区，阴离子类型基本以重碳酸离子为主。在地质图也可以看出，水化学类型为重碳酸型水出现的地区富水性极强。在水力交替强烈的地区，地下水化学类型多为重碳酸型水。这是由于地下水的补给区，地下水的水文地球化学作用以溶滤作用占优势，形成溶滤潜水区，水化学类型一般以重碳酸盐型或重碳酸盐硫酸盐型水为主。比如山前倾斜平原（包括洪积斜平原与冲洪积倾斜平原）为地下水的径流区，水力交替积极，潜水水化学类型一般以重碳酸盐硫酸盐型水占优势。而在富水程度弱的地区，有白垩系、石炭系、古近系地层出露，该区氯离子逐渐升高，水化学类型多为氯化物型水。同时硝酸根出现在白垩系于第四系地层出露的交界处。由水动力条件可知，出现硝酸根区域水力条件较弱，比如在冲洪积平原边缘地带、盆地、洼地为地下水的排泄区或滞流区，水交替缓慢，加之潜水埋藏较浅，在蒸发作用下，潜水不断浓缩矿化，硝酸根不断聚集，地下水中的氮含量不断升高，硝酸根含量升高。

5 结论

研究区位于珠江三角洲中部地区，该区域地下水阴离子类型分布与第四系地层沉积规律基本一致，为重碳酸盐型向氯化物型演化，过度的类型以重碳酸盐硫酸盐型、硫酸盐氯化物型、氯化物硫酸盐型等类型为主。

水化学类型的复杂型受地层岩性的控制，在高盐地层水化学类型会更加复杂。

硝酸根离子含量较高的水样在本次取样总数占比为16.9%，主要在第四系与白垩系交界处，成点状分布。氮元素容易在水动力条件较弱的地区出现，如基岩裂隙水地区，冲洪积扇前缘。而人类生活污水、农业施肥、垃圾渗滤液下渗可能会加剧该处氮元素含量的增大。

参考文献

[1] 王凤林，毛绪美，王傲.基于GMS的佛山市软土地面沉降预测研究[J].安全与环境工程，2009，16（06）：26-29.

[2]刘春燕，黄冠星，张英，荆继红，孙继朝，刘景涛，陈玺，王建伟. 佛山东部地下水BTEX分布特征与来源[D]. 南水北调与水利科技， 2015.

[3]黄冠星，孙继朝，汪珊，杜海燕，卢耀东，支兵发，陈彗川，陈玺. 珠江三角洲地下水有机氯农药分布特征的初探[D]. 农业环境科学学报， 2008.

[4]黄宁. 物探方法在珠江三角洲地区地下水污染调查评价中的可行性研究[D]. 石家庄经济学院， 2009.

[5]王传珺，王玉广，付元宾，吴英超，于姬，李晴，宫玮. 辽东湾滨海地区海水入侵分布及地下水化学特征分析[D]. 防灾科技学院学报， 2014.

[6]蒋春云. 太原市地下水化学特征及水質分析评价[D].中国地质大学（北京），2018.

作者简介：

蔡霖（1996-），男，广西，硕士研究生。研究方向：地下水科学与工程。