福建泉港区浅层地下水水化学特征及水质综合评价

福建泉港区浅层地下水水化学特征及水质综合评价? 福建泉港区浅层地下水水化学特征及水质综合评价福建泉港区浅层地下水水化学特征及水质综合评价黄耀裔，李子蓉，张云峰(泉州师范学院资源与环境科学学院，福建泉州362000) [摘要] 福建泉港区作为现代化港口城市，研究浅层地下水化学特征，进行地下水水质综合评价有利于水资源可持续利用。

对福建省泉港区浅层地下水水化学特征等指标进行统计分析，运用数理统计方法对浅层地下水水化学特征和水质进行综合评价分析可知，该区水中Na+、K+、Mg2+、Cl-、NO2-、NO3-指标变异系数大于100%，是受外界影响的敏感因子，TDS、总硬度、Ca2+等其他指标CV%较小，受外界影响较小。

根据Durov图，该区水化学类型以Cl-·HCO3-+Na+·Ca2+型为主。

最后参照《地下水质量标准》做水质综合评价，结果表明该区水质整体较差，处于(Ⅳ、Ⅴ类水平)占86.4%，超标因子主要为NO3-、NO2-及部分重金属为主，超标因子与该地区的石化工业污水排放、农业生产、生活污水乱排有关。

[关键词] 浅层地下水；水化学特征；综合评价；泉港区浅层地下水是地球水循环中的重要环节之一[1]，由于浅层地下水是社会经济发展及生活生产必须的重要水资源之一，全球超过15亿人口主要依靠地下水作为饮用水源[2]。

因此对于浅层地下水水化学特征[3]、水质成分[4]、水质综合评价[5]、水质污染防治[6]等成为目前人们关心的问题和学者研究的关注点。

泉港区位于福建省泉州市的北部，东经118°25′E～119°45′E，北纬24°59′N～25°45′N，东临湄洲湾，与惠安县净峰镇、东桥镇隔海相望，东北与莆田市秀屿区隔湾相望，西北与仙游县毗邻，西南与洛江区、惠安县紫山镇接壤，南与辋川镇相连。

气候属南亚热带海洋性季风气候，暖热湿润，日温差小，年平均气温19.8℃，降雨量集中，季风明显，年平均降雨量1 000～1 400 mm左右。

地质类型主要以全新统人工堆积层(Q4ml)、冲洪积层(Q4al+pl)及残坡积层(Q4el+dl)、下伏燕山早期花岗岩及其风化层(γ52)为主。

泉港区作为现代化石化港口城市，福建省主要石化工业基地，目前石化园区综合实力位居中国化工园区第5位，其2015年该区石化产值672.45亿元。

但随着泉港区石化产业发展的同时对水环境也衍生出不少问题，据《泉港区环境质量分析报告》(2015年)，区内部分地表水按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[7]划分处于Ⅲ和Ⅳ类，将该地表水作为给浅层地下水补给水时势必造成影响。

因此研究浅层地下水水化学特征和对水质综合评价有助于可持续开发利用和管理。

为了了解泉港区浅层地下水现状，笔者运用数理统计方法分析浅层地下水的水化学特征并对水质进行综合评价，为泉港区调整农业生产生活、石化工业空间布局、合理开发利用和保护地下水资源提供决策参考。

1 样点采集与测试水样采集以能够基本了解和客观反映该区水质特征为原则，共采集丰水期44个水样测试点。

测试项目包含pH值、溶解性总固体(TDS)、总硬度、高锰酸盐指数、电导率(EC)、钠离子(Na+)、钾离子(K+) 、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、氯离子(Cl-)、硫酸盐(SO42-)、碳酸氢根(HCO3-)、可溶性SiO2、亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)、氟化物(F-)及部分重金属等，测试参照《生活饮用水标准检验方法》(GB5750)和《水和废水监测分析方法》(第三版)的方法。

指标测试手段与方法：pH值、EC参数在现场奥利龙AQ3700便携式分析仪测、溶解性总固体(重量法)、总硬度(乙二胺四乙酸二钠滴定法)、硫酸盐硫酸钡比浊法)、氯化物(硝酸银滴定法)、亚硝酸盐(N-(1·蔡基)一乙二胺比色法)、硝酸盐(酚二磺酸分光光度法)、氟化物(氟试剂分光光度法)、重金属部分采用原子荧光测定。

2 浅层地下水水化学分析2.1 水化学类型确定对研究区成分含量特征进行描述性统计特征值分析(见表1)，其中pH值介于5.68～7.62，平均值为7.02，整体处于中性，属弱酸-中性水，说明该区浅层地下水酸碱度正常。

溶解性总固体含量的范围为49.32～1 629.00 mg/L，平均含量362.44 mg/L，整体属于低矿化度水。

阳离子平均含量：Na+(42.68 mg/L)>Ca2+(33.95 mg/L)>K+ (0.57 mg/L)>Mg2+(9.32 mg/L)，以Ca2+和Na为主；阴离子平均含量：HCO3-(120.09 mg/L)>Cl-(60.92mg/L)>SO42-(31.33 mg/L)>可溶性SiO2(20.89 mg/L)，以HCO3-和Cl-为主。

因此区内以含有HCO3-类型为主。

经数理统计分析其阴阳离子含量随着TDS的增减而随之增减。

从变异角度分析，其中pH值、TDS、总硬度、EC、Ca2+、HCO3-、SO42-、可溶性SiO2这几项指标变异系数相对较小(小于100%)，说明这些指标在浅层地下水中的处于相对稳定状态。

而Na+、K+、Mg2+、Cl-、NO2-、NO3-的变异系数较大，是随环境因素变化的敏感因子。

根据O·A·阿列金的水中pH值与碳酸衍生物各种存在形式间的比例的关系表，在中性和碱性水中，HCO3-离子占主导地位，并且HCO3-在低矿化度和中矿化度水中占主导地位，此外Na+与Cl-变异系数均较大，同时泉港区临海，因此海水入侵也影响着该区的水化学类型。

表1 研究区离子含量特征统计表类型指标最大值最小值平均值标准差变异系数%(±5%)总体参数阳离子阴离子pH7.625.687.020.426.10溶解性总固体(TDS)/(mg/L)1629.0049.32309.42292.4294.51总硬度/(mg/L)538.6011.11124.20113.9591.75电导率(EC)/(μmho/cm)2232.8458.55415.15411.1599.04钠离子(Na+)/(mg/L)216.504.3842.6854.32127.26钾离子(K+)/(mg/L)86.290.2510.5715.11142.95钙离子(Ca2+)/(mg/L)132.400.5333.9529.0585.57镁离子(Mg2+)/(mg/L)51.690.609.3210.98117.85碳酸氢根离子(HCO3-)/(mg/L)374.5014.10120.0995.2579.32硫酸根离子(SO42-)/(mg/L)146.300.2031.3311.7356.14氯离子(Cl-)/(mg/L)609.706.8260.92101.72166.90可溶性(SiO2)/(mg/L)58.280.1020.8911.7356.14亚硝酸根(NO2-)/(mg/L)1.970.0020.130.35271.92硝酸根(NO3-)/(mg/L)224.100.0435.8945.09125.63氟离子(F-)/(mg/L)1.060.030.230.2189.75 图1 地下水水化学Durov 图由于地下水处于流动状态并参与水文地球化学循环。

地下水系统中的阳离子(Na+、K+ 、Ca2+、Mg2+)、阴离子(Cl-、SO42-、HCO3-)大组分离子的含量比例通常被用来研究某些水文地球化学问题[9]。

通过RockWare Aq.QA软件绘制的Durov图可直观反映水化学特征以及与矿化度和pH值之间的关系(图1)：K++Na+占阳离子总量的40%～80%，Ca2+占20%～60%，Cl-占阴离子总量的10%～90%，HCO3-占60%～90%；SO42-占20%～40%，据离子组分含量该区水化学类有：Cl--Na+、HCO3--Ca2+、HCO3--Na+、Cl--Ca2+、HCO3--K++Na+、Cl--K++Na+·Ca2+等，但主要以Cl-·HCO3-+Na+·Ca2+型为主。

2.2 水化学成分相关性分析数理统计的相关性分析是可揭示各指标间的相似相异性及来源的一致性和差异性，指标间的相关关系显著。

由表2可知，TDS与总硬度、EC、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、F-均显示出极显著正相关关系(γ=0.01，且均通过显著性双尾检验)，而与pH值、可溶性SiO2不存在相关关系，其中TDS与EC的相关系数达到0.98；TDS 与总硬度的相关系数达到0.95；TDS与阳离子相关系数为：Na+(0.95)>Mg2+(0.94)>Ca2+(0.92)>K+(0.61)；TDS与阴离子相关系数为：Cl-(0.91)>SO42-(0.87)>HCO3-(0.80)，说明TDS 与这些离子均存在高度显著性相关。

总硬度与Ca2+达到0.98的极显著相关，与Mg2+达到0.93的极显著相关，与硬度通常是以Ca2+和Mg2+的综合来测定的相吻合。

说明水化学成分之间彼此相互影响。

3 水质评价3.1 评价指标选取根据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)[6]列出的检测项目，选取总硬度(以CaCO3计)、溶解性总固体(TDS)、高锰酸盐指数、硫酸盐(SO42-)、氯化物(Cl-)、硝酸盐(以N计)、亚硝酸盐(以N计)、氟化物(F)、锰(Mn)、铁(Fe)、汞(Hg)作为评价指标项目，各个监测指标项目分类见表1。

表2 泉港区浅层地下水元素相关系数(n=44)指标pHTDS总硬度ECNa+K+Ca2+Mg2+HCO3-SO42-Cl-SiO2NO3-F-pH1.00TDS -0.011.00总硬度0.110.95**1.00EC0.040.98**0.96**1.00Na+-0.040.95**0.85** 0.93**1.00K+-0.120.61**0.54**0.63**0.57**1.00Ca2+0.120.9 2**0.98**0.94**0.81**0.53**1.00Mg2+0.050.94**0.93**0.93 **0.89**0.55**0.88**1.00HCO3--0.200.80**0.86**0.86**0.7 5**0.56**0.87**0.80**1.00SO42--0.030.87**0.89**0.88**0.75**0.59**0.88**0.85**0.78**1.00Cl--0.030.91**0.83**0.91** 0.96**0.59**0.80**0.86**0.69**0.75**1.00SiO2-0.240.290.24 0.210.280-.130.210.220.100.050.261.00NO3--0.36*0.62**0.51* *0.52**0.59**0.34*0.46**0.57**0.200.47**0.57**0.31*1.00F-0.250.54**0.60**0.60**0.48**0.34*0.61**0.57**0.78**0.57* *0.41**0.010.0031.00 注：** 在0 .01 水平(双侧)上显著相关；* 在0.05 水平(双侧)上显著相关。