丁 康 向羅京 申銳莉

(湖北省生態(tài)環(huán)境科學研究院,湖北 武漢 430072)

隨著經(jīng)濟高速發(fā)展,礦產(chǎn)資源被大量開發(fā)利用,由此引起的礦山環(huán)境問題日益突出,特別是礦山開采對地下水的影響受到許多學者的關注[1-3]。地下水由于埋藏于地面以下巖土孔隙、裂隙、溶隙飽和層中,其污染具有長期性、隱蔽性、復雜性和難恢復性特點,一旦受到污染,不僅會破壞生態(tài)環(huán)境,甚至會威脅人們的身體健康[4]。

大冶礦區(qū)位于長江中游、鄂東南丘陵地區(qū),地下水是當?shù)鼐用裆钣盟娃r(nóng)業(yè)灌溉用水的重要水源。大冶礦區(qū)的基巖山區(qū)表層土壤少導致蓄水能力弱,第四系地層厚度薄導致地下水資源量少,所以當?shù)夭糠志用襁€面臨著飲用水得不到保障的風險。礦山開采活動更是導致地下水水質(zhì)不佳。以往對大冶礦區(qū)生活污染、農(nóng)業(yè)污染導致的地下水氮磷超標問題已有關注[5],但礦山開采引起的地下水環(huán)境問題未引起足夠重視。因此,本研究全面分析了大冶礦區(qū)及周邊地下水主要離子含量和水化學特征,探討了地下水的污染物特征和來源,并對地下水健康風險進行評估,以期為揭示礦山開采引起的地下水環(huán)境問題提供參考。

1 方 法

1.1 水樣采集與分析

圖1 大冶礦區(qū)水文地質(zhì)及采樣點分布Fig.1 Hydrogeological and sampling points distribution in Daye Mine

1.2 健康風險評估模型

(1)

HQ=CDI/RfD

(2)

式中:CDI為暴露劑量,mg/(kg·d);C為地下水中有毒有害物質(zhì)的質(zhì)量濃度,mg/L;IR為人的每日飲水量,L/d;EF為暴露頻率,d/a;ED為暴露年數(shù),a;BW為人體體重,kg;AT為暴露天數(shù),d,通常用ED乘以365 d/a計算;RfD為經(jīng)口攝入污染物的參考劑量,mg/(kg·d)。

模型參數(shù)見表1。當某種污染物的HQ>1時,表明對人體的非致癌風險不可接受。

表1 地下水健康風險評估模型參數(shù)1)Table 1 Groundwater health risk assessment model parameters

2 結果與分析

2.1 地下水化學特征分析

表2 地下水主要水化學指標統(tǒng)計特征Table 2 Statistical characteristics of main hydrochemical indexes of groundwater

2.2 地下水水化學類型

Piper 三線圖可以直觀地反映出地下水水化學類型[11]。將研究區(qū)39組水樣分為泉水、民井和監(jiān)測井3類,投影到Piper三線圖上,如圖2所示。

注:以摩爾分數(shù)計,但均換算成單電荷當量。圖3的摩爾濃度也換算成單電荷當量。

2.3 地下水質(zhì)量評價

2.4 地下水特征污染物來源分析

根據(jù)區(qū)域地層巖性可以初步判斷,大冶礦區(qū)地下水中的硫酸鹽可能來源于含硫礦物(如石膏、方解石、白云石)的溶解。

圖3 Na++Ca2+-Cl-與的關系Fig.3 Relationship between Na++Ca2+-Cl- and

圖4 硫酸鹽同位素與的關系Fig.4 Relationship between sulfate isotope and

2.4.2 Fe來源分析

Fe是人體所必需的元素,但飲用水中過量的Fe亦會對人體健康產(chǎn)生影響[17-18]。目前,我國已有18 個省份的地下水中發(fā)現(xiàn)鐵、錳污染,分布在沖積平原和內(nèi)陸盆地等人口較密集的區(qū)域[19]。地下水質(zhì)量是地下水與周圍巖土之間長期相互作用的結果,受含水層的巖性與物質(zhì)組成、地下水的補徑排條件以及地下水的氧化還原環(huán)境等多因素影響[20]。已有研究表明,還原條件下地下水中的Fe主要以Fe2+形式存在;而氧化條件下主要以Fe3+形式存在,易形成難溶的氫氧化物沉淀,再通過吸附作用等被固定在沉積物中[21]。深層地下水因有黏土隔水層阻隔,受地表自然和人為影響較少,Fe含量比較穩(wěn)定,但淺層地下水易受影響。

39組水樣中,4個監(jiān)測井和2個民井的地下水Fe含量超過GB/T 14848—2017 Ⅲ類限值。監(jiān)測井環(huán)境為還原條件,有利于鐵氧化物還原為低價的易溶鹽進入地下水中,所以監(jiān)測井中Fe含量略高。部分民井埋深較淺,其地下水中的 Fe含量較低,主要是因為黃鐵礦與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應生成高價的難溶沉淀。同時,氧化還原反應會生成H+導致pH降低,但是研究區(qū)廣泛分布著碳酸鹽巖,能對產(chǎn)生的H+起緩沖作用[22],因此pH總體仍偏堿性。

2.5 地下水健康風險評估

3 結 論

(1) 大冶礦區(qū)地下水存在9 種水化學類型,主要為Ca-HCO3和Ca-SO4·HCO3,分別占38.5%、30.8%,已受到了人類活動的影響。

(3) Fe含量超標與還原環(huán)境、礦渣露天堆放及pH等有關。