雄县地下水多组分含量分析及水质评价

贾亮亮 田晓华

(河北省水文工程地质勘查院，石家庄 050021)

前言

地下水作为水资源的重要组成部分，在社会经济发展中发挥了重要作用，保障了粮食安全生产[1]。地下水是河北省主要的供水水源，特别是在河北平原的广大农村、坝上高原等地区，地下水甚至是唯一可利用的水源[2]。地下水化学成分比较复杂，要想快速准确测定出各组分的含量，需要采用容量法和多种仪器分析法的有机结合才能快速准确完成[3-4]。

目前，文献报道较多的是单一方法测定地下水中的化学组分[5-6]，而对多种分析方法有机配套使用，以及通过数理统计分析地下水化学特征一并研究的报道较少。本文结合雄县地理位置，采取43组地下水，通过仪器分析和容量分析有机结合的方式，对地下水中多种化学成分进行快速准确测定。按照《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)对水质现状予以评价，研究结果对了解雄县地下水水质现状具有重要意义，同时也为该区地下水资源的合理开发利用和科学管理提供依据[7-8]。

1 实验部分

1.1 样品采集

用聚乙烯瓶作为采样瓶，水样采集前先用蒸馏水清洗3次，再用待采集水样润洗3次，采样时严格防止气泡进入。根据不同的测试指标，加入相应的保护剂，防止氧化、还原、吸附等物理、化学变化的发生，取样后密封保存，送至实验室检测。样品从取样、保存、送检均按标准严格管理，操作过程按照《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》中所规定的方法进行，共取地下水水样43组。

1.2 仪器与试剂

Optima 7000 DV等离子体发射光谱仪(美国Perkin-Elmer公司)，IC-6000离子色谱仪(安徽皖仪科技股份有限公司)，PF6-3原子荧光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，T6紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，PHS-3C型酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。

钾、钠、钙、镁、砷、硫酸盐、硝酸盐、氯化物、氨标准储备溶液(1 mg/mL)；氟化物、二氧化硅、亚硝酸盐、碘化物标准溶液(100 mg/mL)。

1.3 仪器条件

电感耦合等离子体发射光谱仪：RF 功率1 350 W，等离子体气流量13.0 L/min，辅助气流量0.2 L/min，雾化气流量0.8 L/min，样品流速1.5 mL/min。

原子荧光光度计：灯电流50 mA，负高压280 V，原子化温度200 ℃。

离子色谱仪：色谱柱NJ-SA-4A(4 mm×250 mm)，淋洗液碳酸钠(1.8 mmol/L)+碳酸氢钠(1.7 mmol/L)，进样体积50 μL，流速1.5 mL/min，柱温30 ℃，抑制电流40 mA。

1.4 样品测定

钾、钠、镁、钙采用ICP-OES测定，砷采用原子荧光光度计测定，硫酸盐和硝酸盐采用离子色谱法测定，氨、亚硝酸盐、氟化物、偏硅酸、碘化物采用紫外分光光度法测定，氯化物、总硬度、总碱度、重碳酸盐采用滴定法，溶解性总固体采用重量分析法。

2 结果与讨论

2.1 样品测定结果

从野外采取的水样按实验方法，对采样点各组样品进行测定，选取有代表性的8个样品测定结果列于表1。

表1 采样点各组分测试结果

2.2 精密度和准确度实验

对一定浓度水平的有证标准物质进行多次平行测定，以考察方法的精密度和准确度，结果如表2所示，测得的均值在允许误差范围内，相对标准偏差为0.30%～3.7%，表明方法准确度较高，且具有良好的重现性。

表2 精密度和准确度实验

2.3 方法检出限

在仪器的最佳条件下，按照实验方法重复n(n≥7)次空白实验，将各测定结果换算为样品中的浓度，计算n次平行测定的标准偏差，按公式MDL=t(n- 1，0.99)×S计算检出限。分光光度法以扣除空白值后的值与 0.01 吸光度相对应的浓度值作为检出限，滴定法根据所用的滴定管产生的最小液滴的体积来计算。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、 HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-、NO2-、F-、碘化物、偏硅酸、As的检出限分别为0.020、0.005、0.011、0.013、0.04、1.2、1.0、0.75、0.40、0.004、0.10、0.002、1.3、0.001 mg/L。

2.4 水化学特征

地下水的化学成分是地下水与环境长期相互作用的产物，对其进行描述性统计分析是研究其水化学特征的基础，分析结果见表3。

由表3可知：研究区地下水中pH值在7.06～8.50之间，均值为7.98，属偏弱碱性水。在各评价指标中，pH值和偏硅酸含量在空间上变异最低(CV<30%)；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空间变异性最高(CV>100%)；其余指标的空间变异中等(CV=30%～100%)。

表3 地下水化学组分特征统计

该区地下水中阳离子均值由大到小顺序为Na+>Ca2+>Mg2+>K+，以Na+为主；阴离子均值由大到小依次为HCO3->SO42->Cl->F-，以HCO3-为主。通过描述性统计分析地下水的化学成分有助于了解地下水中化学成分富集，变化规律。

2.5 水化学类型

对水质检测结果进行舒卡列夫分类[9]，区内地下水化学类型共计8种，但以HCO3-Na型为主。进一步采用三元相图对研究区内的地下水进行水化学分析，以反映水样的一般化学特征及各种离子的相对含量。在阳离子三角图中(图1a)，水样点大部分散落在三角形的顶部，只有三个点位的Ca2+、Mg2+相对含量较高；在阴离子三角图中(图1b)，水样点绝大部分散落在三角形的右上部，Cl-贫乏。

图1 三元相图Figure 1 Ternary plot.

2.6 水质评价

采用《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)作为评价依据，对地下水质量分类(Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)赋予值的12个化学组分进行水质评价。单指标评价：按指标值所在的限值范围确定地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣；地下水质量综合评价：按单指标评价结果最差的类别确定，评价结果见表4。

从表4的评价结果可以看出，研究区水质总体状况较好，多为Ⅱ类和Ⅲ类，适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水；少数地区地下水化学组分含量较高，评价结果为Ⅳ类，适用于农业和部分农业用水，但适当处理后仍可做生活饮用水。

表4 水质评价结果

3 结论

通过野外调查取样，采用仪器分析和容量法相结合的方式，对研究区内的43组地下水进行快速准确检测，获得实验结果。综合运用描述性数理统计分析，分析了雄县地下水的主要离子特征，并运用综合评价法对地下水质量予以评价。得到以下结论：

1)该区地下水偏弱碱性，地下水化学类型以HCO3-Na型为主；

2)pH值和偏硅酸含量在空间上变异最低；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空间变异性最高；其余化学组分的空间变异中等；

3)水质评价结果表明，该区地下水水质总体情况较好，多为Ⅱ水和Ⅲ类水。少数地区地下水化学组分含量较高，评价结果为Ⅳ类，适用于农业和部分农业用水，但适当处理后仍可做生活饮用水。