王劍波，吳偉宏，阮彬彬

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036;2.廈門高新人才有限公司，福建 廈門 361000)

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華東某市老城區(qū)潛層地下水硝酸鹽分布特征

王劍波1，吳偉宏2，阮彬彬2

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036;2.廈門高新人才有限公司，福建 廈門 361000)

為了解華東某市老城區(qū)潛層地下水硝酸鹽分布特征，對(duì)老城區(qū)地下水現(xiàn)場(chǎng)采樣，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件spss中的Pearson相關(guān)系數(shù)和sufer軟件Kriging插值方法分析數(shù)據(jù)，研究了無(wú)機(jī)氮與地球化學(xué)因素間的相關(guān)性，同時(shí)繪制了pH值、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽的空間分布圖。結(jié)果表明，硝酸鹽是該地區(qū)地下水中無(wú)機(jī)氮的主要存在形態(tài)，其所占總氮含量為45.5%～74.8%，封口井的硝酸鹽的含量明顯低于敞口井的含量，其硝酸鹽所占比例最低達(dá)到2.2%，且敞口井均受到污染；從相關(guān)性的角度來(lái)看，氮的轉(zhuǎn)化受到Fe影響較弱。同時(shí)氮的形態(tài)與pH值、礦化度(TDS)、電導(dǎo)率(EC)等地球化學(xué)因素相關(guān)水平顯著；從分布特征來(lái)看，地下水環(huán)境中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量東北部高于西南部；不同形態(tài)氮的相互轉(zhuǎn)化影響地下水pH值和總硬度，致使pH值的高值區(qū)為西南部，而總硬度高值區(qū)為東北部。

地下水；硝酸鹽；亞硝酸鹽；相關(guān)性分析；分布特征；華東某市老城區(qū)

當(dāng)前，地下水已經(jīng)成為我國(guó)城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村工農(nóng)業(yè)及生活用水的重要水源。隨著人口不斷增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展與城市化進(jìn)程的加快，地下水開采規(guī)模日益擴(kuò)大，而工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物通過各種途徑滲入土-水環(huán)境，惡化地下水水質(zhì)。研究表明，硝酸鹽是進(jìn)入地下水中最頻繁的污染物質(zhì)[1]。

我國(guó)硝酸鹽污染地下水的現(xiàn)狀不容樂觀，長(zhǎng)江三角洲地區(qū)地下水硝酸鹽污染已經(jīng)比較嚴(yán)重，特別是城市中心的老城區(qū)，由于其下水管道設(shè)施落后，導(dǎo)致其污水污染地下水嚴(yán)重。同時(shí)在此區(qū)域的地下水方面的研究也少于北方，主要是因?yàn)榈乇硭W(wǎng)密布，地表水資源豐富，對(duì)地下水依賴較少[2]。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于華東地區(qū)某市的老城區(qū)，屬于亞熱帶海洋性氣候，四季分明，雨量充沛。春末夏初時(shí)多有梅雨發(fā)生，夏季炎熱多雨，最高氣溫常達(dá)35℃以上，冬季空氣濕潤(rùn)，氣候陰冷。地勢(shì)平坦,地表水系發(fā)育,屬于典型的平原區(qū),地面標(biāo)高一般在2～5 m，年降雨量約為1 000 mm，區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層分布廣，沉積厚度變化較大，80～230 m不等，總體上自西向東、自南向北逐漸增厚。

研究區(qū)域內(nèi)主要含水層為粉砂及少量雜填土層，一般呈薄夾層或透鏡狀，砂、填土成份較雜，且含水層厚度各地不一，變化較大，具有由平原邊緣向流域方向細(xì)顆粒增加，粗顆粒減少的特點(diǎn)。由于地勢(shì)平坦，水力坡度較小，加之顆粒較細(xì)而不穩(wěn)定，富水性和滲透性較差，使地下水徑流緩慢，分散地向附近溝、凹地和河流運(yùn)移，地下水位埋藏較淺，一般<8 m。整體上地下水水位較穩(wěn)定。

該區(qū)域主要為老居民區(qū)以及第三產(chǎn)業(yè)，其下水管網(wǎng)比較落后，區(qū)域內(nèi)主要河流有2條，分別是穿城而過的北市河以及北部的關(guān)河，生活污水主要排入北市河，導(dǎo)致北市河污染嚴(yán)重。

1.2 樣品采集

采樣時(shí)間為2013年9月。用GPS和地形圖為主進(jìn)行定點(diǎn)采樣，采樣點(diǎn)為沿北市河周邊布設(shè)7個(gè)位點(diǎn)，編號(hào)為：DX-1、DX-2、DX-3、DX-4、DX-5、DX-6、DX-7，其中DX-1、DX-5、DX-7點(diǎn)為敞口井，DX-2、DX-3、DX-4、DX-6為封口井，位點(diǎn)分布見圖1。

野外采集的水樣主要在潛水層，深度約為潛水面以下50 cm處，采集后的水樣立即放入4 ℃環(huán)境下保存，24 h內(nèi)測(cè)定。

圖1 老城區(qū)采樣點(diǎn)位置

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

1.4 分析方法

地下水礦化度(TDS)用重量法測(cè)定；無(wú)機(jī)陰離子采用離子色譜法(戴安ICS90)；Ca2+、Mg2+、Fe等均采用Thermo ICAP-6000測(cè)定；TP采用鉬酸銨分光光度法；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；TOC采用TOC儀(analytikjena multi N/C2100)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水中無(wú)機(jī)氮的分布及變化

敞口井中硝酸鹽含量所占總氮比例高于封口井，可能是由于敞口井能夠與空氣接觸，增加地下水中DO使其環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸h(huán)境，致使發(fā)生硝化作用，氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽[7]。反映硝酸鹽在老城區(qū)的地下水環(huán)境中占氮的總量比例較高，老城區(qū)潛層地下水與河流水系相連，整體上偏氧化環(huán)境，易發(fā)生硝化作用?？赡苁怯捎谙跛猁}和亞硝酸鹽含量都較低，DX6采樣井是新鉆井，且是封口井，很少使用，若地下水處于還原環(huán)境，易將硝酸鹽還原轉(zhuǎn)化為氨氮，但由于厭氧環(huán)境，不能發(fā)生其逆反應(yīng)[8]，因此硝酸鹽不斷消耗，導(dǎo)致其值較低。

表1 老城區(qū)地下水中無(wú)機(jī)氮含量及所占比例

2.2 水文地球化學(xué)因素與無(wú)機(jī)氮的相關(guān)性分析

運(yùn)用spss相關(guān)分析中的Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算各影響因子與地下水硝酸鹽含量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表 2。

表2 研究區(qū)域內(nèi)地下水中各指標(biāo)的相關(guān)性①

①*：顯著性概率水平0.05；**：顯著性概率水平0.01

由表2可見，在研究區(qū)域地下水環(huán)境中硝酸鹽、亞硝酸鹽與部分地球化學(xué)因素相關(guān)水平顯著。Cl-、電導(dǎo)率(EC)和礦化度與亞硝酸鹽氮存在著正相關(guān)性，其值分別為0.532、0.609和0.664。一般認(rèn)為Fe元素是自然因素的代表[9],與Fe相關(guān)性強(qiáng)的物質(zhì)其可能主要受到自然因素的影響。相反與Fe的相關(guān)性較差，可能受到人為因素作用。Fe與硝酸鹽相關(guān)系數(shù)較小，其值0.034，而Fe與亞硝酸鹽呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為-0.159。初步反映出Fe離子對(duì)氮的轉(zhuǎn)化影響較弱，與文獻(xiàn)[10]結(jié)論相似；同時(shí)也表明老城區(qū)內(nèi)地下水中的硝酸鹽及亞硝酸鹽主要是受人類活動(dòng)污染。

2.3 研究區(qū)地下水中無(wú)機(jī)氮分布規(guī)律及形成原因

基于取樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合Kriging插值方法[11]獲得研究區(qū)域內(nèi)pH值、總硬度、硝酸鹽及亞硝酸鹽濃度等值線圖,見圖2(a)(b)(c)(d)。pH值等高線圖反映出沿北市河周邊pH值變化較小，將整個(gè)老城區(qū)的潛層地下水劃分成高值區(qū)域(西南部)和低值區(qū)域(東北部)?？傆捕纫簿哂忻黠@的空間分布特征，其最高值出現(xiàn)在老城區(qū)東北部，而低值區(qū)主要在DX3附近。

由圖2(c)和(d)可見，地下水硝酸鹽和亞硝酸鹽在整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的空間分布趨勢(shì)?？傮w上，硝酸鹽和亞硝酸鹽都是從西南往東北方向逐漸增大。硝酸鹽的高值區(qū)出現(xiàn)在DX5附近，可能由于該采樣點(diǎn)位于北市河和關(guān)河之間其潛層地下水受到河水影響大，存在著河流補(bǔ)給地下水導(dǎo)致污染物進(jìn)入潛層地下水環(huán)境。同時(shí)此地區(qū)主要是城中村，其生活污水隨意排放污染潛層地下水，使硝酸鹽含量高于其他區(qū)域。亞硝酸鹽的高值出現(xiàn)在北市河附近，同樣反映出潛層地下水受到河水影響。硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度分布具有一定的重合性，表明地下水環(huán)境中氮的形態(tài)是在互相轉(zhuǎn)化的。

圖2 老城區(qū)潛層地下水中pH值、礦化度、硝酸鹽、亞硝酸鹽含量空間分布

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)域內(nèi)地下水已受到不同程度的硝酸鹽污染，其大部分含量占總氮60%以上，同時(shí)潛層地下水處于偏氧化環(huán)境；

(2)不同形態(tài)的氮在研究區(qū)域內(nèi)分布不均勻，東北部污染較嚴(yán)重。進(jìn)一步反映出老城區(qū)氮污染物主要是污染源氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化，表明氨氮在氧化環(huán)境下的轉(zhuǎn)化是該區(qū)域地下水硝酸鹽污染來(lái)源之一，并對(duì)地下水中的pH和總硬度產(chǎn)生影響。

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Nitrate Distribution Characteristics of Shallow Groundwater in an Old City of East China

WANG Jian-bo1,WU Wei-hong2,RUAN Bin-bin2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,AnhuiAgricultureUniversity,HeiFei,Anhui230036,China;2.XiamenHigh-techTalentsDevelopmentCo.Ltd.,Xiamen,Fujiang361000,China)

Groundwater; Nitrate; Nitrite; Correlation analysis; Distribution; Old city of east China

2015-02-04；

2015-04-02

王劍波(1982—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)與管理。

X523;X824

B

1674-6732(2015)02-0042-04