張建波

(遼寧省建平縣水務(wù)局，遼寧 建平 122400)

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淺層地下水硝酸鹽含量特征及其水化學(xué)指示意義分析

張建波

(遼寧省建平縣水務(wù)局，遼寧 建平 122400)

地下水污染源分為點(diǎn)源污染與非點(diǎn)源污染兩種主要類型。但是，常見的地下水環(huán)境污染為非點(diǎn)源性污染。由于這種污染形式會(huì)使地下水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)整體受到影響，因此相比于其它污染，其污染程度更為嚴(yán)重。但文章所要探討的地下水污染類型為地下水硝酸鹽污染。隨著污染物的不斷擴(kuò)散和蔓延，地下水環(huán)境污染中，硝酸鹽污染已經(jīng)成為一種世界生態(tài)問題。通常而言，其含量高低不僅會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響，而且會(huì)對(duì)地下水的化學(xué)分類過程造成巨大干擾。因此，文章將以遼寧省建平縣為例，對(duì)該研究區(qū)淺層地下水生態(tài)系統(tǒng)中的硝酸鹽含量特征及其它相關(guān)化學(xué)元素指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行分析研究，從而為該研究區(qū)地下水資源量及質(zhì)的保護(hù)提供參考。

建平縣；淺層地下水；硝酸鹽；含量特征；水化學(xué)指示意義

與其它污染過程相比，地下水硝酸鹽污染是一種影響范圍廣、影響程度深以及難以修復(fù)的重大污染，已被公認(rèn)為世界性的環(huán)境問題[1]。一般而言，如果日常飲用水中含有大量硝酸鹽，會(huì)使人們產(chǎn)生高鐵血紅蛋白癥，從而在人體內(nèi)逐漸形成硝胺類物質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹣腊┌Y。按照世界衛(wèi)生組織的規(guī)定，日常飲用水中所含硝酸鹽的實(shí)際濃度不得超過50 mg/L。但是，在實(shí)際生產(chǎn)與生活過程中，污染物的隨意排放及工業(yè)廢水的傾倒、還有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥的無節(jié)制使用，都為地下水硝酸鹽污染的形成創(chuàng)造了條件，從而使地下水環(huán)境中的硝酸鹽污染嚴(yán)重超標(biāo)[2]。基于此，文章將通過對(duì)建平縣淺層地下水硝酸鹽含量特征及其水化學(xué)指示意義進(jìn)行分析，從而試圖找到這一污染源的形成機(jī)理，從而為當(dāng)?shù)販\層地下水資源保護(hù)及水質(zhì)保護(hù)提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

建平縣位于遼寧省西北部，E119°14’-120°03’，N41°19’-41°23’，面積4900km2，人口54.3萬，轄9鎮(zhèn)23鄉(xiāng)[1]。處于溫帶大陸性氣候區(qū)，全年平均氣溫為7.6 ℃，其中最高氣溫為37 ℃，而最低氣溫達(dá)36.9 ℃，年均日照時(shí)數(shù)約為2900h，年降雨量約為615 mm。處于遼西山地丘陵區(qū)，山地丘陵面積占總面積的74%[2]。全縣集雨面積超過100km2的河流有12條，而這些河流可分為大凌河流域和老哈河流域，這兩者以建平縣中部高地為分水嶺，其流域面積分別為1393km2和3481km2，所對(duì)應(yīng)的水資源總量分別為8670萬m3和10538.2萬m3。該縣人均占有水資源量為329.4m3，根據(jù)國(guó)際人均占有水資源總量標(biāo)準(zhǔn)，屬于極度缺水地區(qū)。從該研究區(qū)總體水資源量及人均水資源可利用量分布情況來看，建平縣屬于全國(guó)極度缺水區(qū)，尤其是近年來工業(yè)化發(fā)展及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐不斷發(fā)展，建平縣水資源短缺問題已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要問題之一[3]。

2 建平縣淺層地下水采樣分析

為了全面分析了解遼寧省建平縣淺層地下水資源質(zhì)量情況，文章將采用試驗(yàn)分析的研究手段，對(duì)地下水水樣進(jìn)行采集分析[4]。本次水樣采集一共收集數(shù)據(jù)樣本 51組，主要測(cè)試的指標(biāo)分為水溫及氣溫和淺層地下水水體的混濁程度[5]。另外，在對(duì)水質(zhì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)過程中，文章通過實(shí)驗(yàn)室科學(xué)檢測(cè)，對(duì)水的總硬度以及Ca2+元素、Mg2+元素、K+元素、Na+元素、Cl-元素、SO42-元素、HCO3-元素、CO32-元素、NO3-元素、NO2-元素、NH4+元素、Fe元素、F-元素、偏硅酸元素、Mn元素、Zn元素、Hg元素、Cr6+元素、As元素、Pb元素、Cd元素、Se元素、Al元素以及生化需氧量等諸多指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)分析。本次試驗(yàn)檢測(cè)均在實(shí)驗(yàn)室完成，水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T14848-93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

3 建平縣淺層地下水硝酸鹽含量特征分析

文章通過上述技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)，對(duì)建平縣淺層地下水中的主要陰陽離子以及部分水化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，最終得到如下表1所示的淺層地下水水化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)：

表1 建平縣淺層地下水硝酸鹽 含量特征分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) mg/L

從表1中的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，該研究區(qū)淺層地下水pH值的最大值與最小值分別為7.81和4.51，水樣檢測(cè)硝酸鹽含量特征值為6.494mg/L，水樣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差和水樣檢測(cè)變異系數(shù)分別為0.72以及11.93%。因此，該研究區(qū)水質(zhì)檢測(cè)變異系數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)差均較小。而且，從其酸堿平衡值來看，該地區(qū)總體屬于酸性環(huán)境，但是酸堿度區(qū)域空間變化差異不大。水體中的礦化度在不同水體空間中的變化差異較大。

另外，在上述幾種不同的采樣元素檢測(cè)過程中，可以看出Na+元素、Cl-元素以及HCO3-元素的含量偏高，分別為431.56mg/L、723.81mg/L以及602.45mg/L，而水樣檢測(cè)硝酸鹽含量特征值分別為87.01mg/L、134.02mg/L以及113.83mg/L，經(jīng)過科學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)上述幾種重金屬元素在該研究區(qū)淺層地下水環(huán)境中大量存在。

在此基礎(chǔ)上，文章針對(duì)上述幾種主要污染指標(biāo)元素的PH值以及礦化度進(jìn)行回歸分析，最終發(fā)現(xiàn)該地區(qū)水質(zhì)中的重金屬元素與pH值以及礦化度之間存在一定的關(guān)聯(lián)性。但是，這兩大因素之間只是一種近似線性的關(guān)系。因此，Na+元素、Cl-元素以及HCO3-元素實(shí)際含量的高低，受其它指標(biāo)因素影響。上述測(cè)試結(jié)果顯示，該研究區(qū)中淺層地下水中NO3-元素的含量較高。因此，淺層地下水兼具弱酸性以及低礦化度的特征[6]。

由于文章此次分析測(cè)試的水質(zhì)，主要為埋藏較深以及接受大氣降水和地表水補(bǔ)給的淺層地下水。因此，該研究區(qū)淺層地下水中硝酸型水所占比重已經(jīng)超過1/2。從陰離子的角度來看，該研究區(qū)淺層地下水中的污染元素中，種類最多的為氯化物，其次是硝酸型水；而綜合上述數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，該研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽水樣的主要含量特征為偏酸性以及低礦化度。究其原因，此區(qū)域的淺層地下水生態(tài)系統(tǒng)受海水影響和外來地表降雨補(bǔ)給影響[7]。因此，水中的污染物含量較高，再加上建平縣淡水資源非常缺乏，而且人們對(duì)地下水資源綜合開采利用的強(qiáng)度在不斷增大，對(duì)于該研究區(qū)的淺層地下水而言，隨著當(dāng)?shù)氐匦纹鸱粩嘣龃?，水質(zhì)以及水環(huán)境污染情況也存在很大差異。實(shí)地分析研究結(jié)果顯示，該地區(qū)最重要的生活飲用水源是淺層地下水，受當(dāng)?shù)赜盟?xí)慣影響，地下水中的硝酸鹽含量地區(qū)分布不均，而且文章通過對(duì)不同水體中污染元素之間的含量關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)r(Na+) 離子以及r(Ca2+) 離子和r(Mg2+)離子及r(Cl-) 離子、r(SO42-) 、r(HCO3-)、礦化度、pH等不同檢測(cè)指標(biāo)存在相互依存關(guān)系。其實(shí)際含量之間的線性關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.118 、-0.266 、0.308 、-0.214 、-0.205、-0.615。

4 建平縣淺層地下水硝酸鹽水化學(xué)指示意義分析

NO3-與上述幾種不同的化學(xué)離子相比，其在地下水化學(xué)指標(biāo)含量檢測(cè)中具有一定的指示意義。由于地下水生態(tài)系統(tǒng)本身屬于一個(gè)非常復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)。因此，文章在上述含量特征分析基礎(chǔ)上，采用visual modflow軟件，對(duì)研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽水化學(xué)意義進(jìn)行分析。最終發(fā)現(xiàn)地下水污染源與研究區(qū)氣象因素以及地質(zhì)因素和水文要素和土地利用情況存在一定的關(guān)系。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，r(Na+) 離子以及r(Ca2+) 離子和r(Mg2+)離子以及r(Cl-) 離子、r(SO42-) 、r(HCO3-)等幾大基本指標(biāo)具有一定的穩(wěn)定性。但是，隨著其在地下水中的埋藏深度不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致地下水體中污染物的氧化還原反的形態(tài)也會(huì)相互轉(zhuǎn)化[8]。

由于阜新地區(qū)淺層地下水埋藏深度變化差異相對(duì)較小。因此，地下水在三氮之間的形態(tài)轉(zhuǎn)化關(guān)系也非常密切。文章通過分析認(rèn)為，在對(duì)淺層地下水硝酸鹽的水化學(xué)指示意義進(jìn)行研究時(shí)，可將硝酸鹽看成一種類似NO3-離子和Cl-離子的保守離子，然后結(jié)合二者的相對(duì)含量比值r(NO3-)/r(Cl-),對(duì)地下水稀釋效應(yīng)或濃縮效應(yīng)進(jìn)行分析，以此可進(jìn)一步判斷分析該研究區(qū)淺層地下水是否受硝酸鹽這一污染源的污染。當(dāng)NO3-與Cl-相對(duì)含量比值 r(NO3-)/r(Cl-)在一恒定的范圍進(jìn)行變化時(shí)，NO3-絕對(duì)含量的變化，其水化學(xué)指示意義就在于判斷和分析淺層地下污染是否是由地下水在天然動(dòng)力條件下的稀釋效應(yīng)或濃縮效應(yīng)所導(dǎo)致；而對(duì)于該研究區(qū)淺層地下水環(huán)境中的r(Na+) 離子及r(Ca2+) 離子和r(Mg2+)離子以及r(Cl-)離子、r(SO42-) 、r(HCO3-)等相關(guān)污染因子，也可結(jié)合其實(shí)際指標(biāo)含量變化情況，科學(xué)判斷該研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽污染是由天然水動(dòng)力條件下的濃縮效應(yīng)及稀釋效應(yīng)導(dǎo)致，還是由于當(dāng)?shù)厝祟悓?shí)踐行為導(dǎo)致淺層地下水遭受嚴(yán)重污染[9]。

5 結(jié) 語

綜上所述，建平縣淺層地下水中含有多種不同的重金屬元素，但從總體檢測(cè)情況來看，含量最高的一種元素為NO3-，其實(shí)際含量及標(biāo)準(zhǔn)值檢驗(yàn)結(jié)果按照我國(guó)水質(zhì)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，可納入第三類水質(zhì)等級(jí)中。因此，污染元素超標(biāo)率高達(dá)45.6%。另外，該研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽含量總體特征為偏酸性及低礦化度。其中，地下水體中NO3-元素的含量?jī)H次于水體中Cl-元素和HCO3-元素的實(shí)際含量。硝酸型水在整個(gè)研究區(qū)地下水環(huán)境中所占污染強(qiáng)度為2/3，因此這一污染源的含量變化，對(duì)地下水水質(zhì)及化學(xué)類型造成了巨大影響。除此之外，r(Na+) 離子及r(Ca2+) 離子和r(Mg2+)離子以及r(Cl-) 離子、r(SO42-) 、r(HCO3-)作為該研究區(qū)淺層地下水中的幾種主要水污染因子，可利用其含量變化過程，對(duì)淺層地下水稀釋或濃縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)判定，以此作為水化學(xué)意義的指示條件，為研究區(qū)地下水開發(fā)奠定重要基礎(chǔ)。

[1]陳榮，竇勇，陳佳佳.城市給排水設(shè)計(jì)及污水處理淺析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2016(03):22-24.

[2]侯裕清.遼寧省水功能區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2016(03):11-13.

[3]李淑貞，周艷麗，王 霞，等.水環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理體系的構(gòu)建[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2015(06):01-03.

[4]房睿.基于主成分分析法的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(06):44-46.

[5]王晨.保持水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理體系持續(xù)有效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2012(05):15-17.

[6]馬宇，王淑偉.遼寧省水資源現(xiàn)狀分析及保護(hù)措施研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(11):14-17.

[7]陸垂裕.基于水循環(huán)模擬的干旱半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給評(píng)價(jià)[J].水利學(xué)報(bào),2014,45(06):701-711.

[8]高素麗.遼河流域河道生態(tài)工程建設(shè)方案[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2011(06)：35-38.

[9]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護(hù)措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

1007-7596(2017)01-0022-03

2016-12-26

張建波(1981-)，男，遼寧建平人，工程師，負(fù)責(zé)水資源管理工作。

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