西藏薩迦縣卡烏地?zé)崴乃h(huán)境效應(yīng)

張 慶,譚紅兵,張文杰, 孔 娜, 張燕飛

(河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098)

西藏薩迦縣卡烏地?zé)崴乃h(huán)境效應(yīng)

張 慶,譚紅兵,張文杰, 孔 娜, 張燕飛

(河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098)

對(duì)西藏薩迦縣卡烏村高溫地?zé)崴M(jìn)行實(shí)地調(diào)查,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)地?zé)崴谐瑯?biāo)(GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類與WHO《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(第二版))的有害元素主要有F、B、As、Sb、Tl、Be,放射性有毒元素主要為Th、U。借助折線圖、內(nèi)梅羅指數(shù)法,分析沖曲河在流經(jīng)該地?zé)釁^(qū)前后各超標(biāo)有害元素的質(zhì)量濃度變化情況。結(jié)果表明,地?zé)崴畤?yán)重影響了沖曲河的水質(zhì)。最后,對(duì)卡烏村高溫地?zé)崴睦锰岢隽讼嚓P(guān)建議。

地?zé)崴?有害元素;水環(huán)境效應(yīng);折線圖;內(nèi)梅羅指數(shù)法;沖曲河;薩迦;西藏

近年來,我國旅游業(yè)作為一種綠色產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。在這樣的大環(huán)境下,西藏的地?zé)崧糜钨Y源已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注,亟待開發(fā)?？醮寰辔鞑厮_迦縣城18 km,是歷代薩迦法王洗浴休閑的地方。該村可見數(shù)十眼溫泉出露于河谷內(nèi),一年四季水流不斷,熱水出口溫度超過當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)。這些沸泉噴涌出地?zé)崴?噴高10余m,總流量超過20L/s[1],直接匯于臨近的沖曲河。地?zé)崴泻械拇罅坑泻υ?直接影響著沖曲河水質(zhì)。沖曲河下游是著名的旅游景點(diǎn)——薩迦縣城。薩迦縣曾經(jīng)是西藏自治區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心,同時(shí)也是“薩迦王朝”和“薩迦教”的發(fā)源地,擁有我國重點(diǎn)文物保護(hù)單位——“薩迦寺”。沖曲河是薩迦縣最主要的河流,是當(dāng)?shù)鼐用衽c牲畜的主要飲水水源,沖曲河的水質(zhì)將直接關(guān)系到當(dāng)?shù)鼐用竦慕】狄约奥糜螛I(yè)的發(fā)展。因此,在當(dāng)下地?zé)崴形慈骈_發(fā)、旅游業(yè)日趨發(fā)展的情況下,探討卡烏地?zé)崴畬?duì)沖曲河水質(zhì)的影響具有重要意義。

1 研究區(qū)簡(jiǎn)況

表2 河水 (H) 和地?zé)崴?(Q) 的有害微量元素組成

注:“標(biāo)準(zhǔn)1”指GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),“標(biāo)準(zhǔn)2”指WHO《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(第二版),“—”表示相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未提及。

研究區(qū)位于西藏日喀則薩迦縣境內(nèi),雅魯藏布江南岸,是西藏典型的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)所在區(qū)之一。研究區(qū)位于西藏主中央斷層和主邊界斷層的北側(cè),為斷層上沖盤內(nèi),其巖體規(guī)模較小,巖性單一,以片麻狀二云母二長(zhǎng)花崗巖為主。由于南北向擠壓力作用,藏南中段有許多規(guī)模小、延伸不遠(yuǎn)的南北向張斷裂,這些張斷裂的附近發(fā)育有眾多第四紀(jì)的斷塹盆地,而薩迦縣的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)就位于這些斷塹盆地中[2]。西藏的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)分布于雅魯藏布江縫合線附近,熱源主要是陸陸碰撞產(chǎn)生的地殼重熔體。這些重熔體加熱地下水,地下水沿著斷裂帶不斷上升,形成泉水,直接匯入薩迦縣重要的河流——沖曲河,對(duì)沖曲河水質(zhì)的影響毋庸置疑。

薩迦縣的氣候同西藏其他地方一樣,有垂直分布的特點(diǎn),海拔較高地區(qū)寒冷,海拔較低處則較溫暖濕潤(rùn)。當(dāng)?shù)啬杲涤炅看蠹s在150～300 mm左右,雨量多集中在6—8月；年均氣溫為5～6℃,最高氣溫為27℃,最低氣溫為-20℃；冬季多西南風(fēng),干燥寒冷、風(fēng)沙較多;夏季則多東南、西南風(fēng),較溫暖,屬于半干旱地帶。薩迦主要為半農(nóng)半牧狀態(tài),居民與牲畜的飲用水源多為當(dāng)?shù)睾恿髋c地下水。地?zé)崴喔缓喾N有害元素,且直接匯入當(dāng)?shù)睾恿?必然引起河流水質(zhì)的變化,因而直接影響當(dāng)?shù)鼐用衽c牲畜的健康。

2 樣品采集與分析

注:樣品號(hào)H0—H2代表河流水;Q代表地?zé)崴畧D1 研究區(qū)地表水系簡(jiǎn)圖及樣品采集位置

表1 河水(H)和地?zé)崴?(Q) 的基本化學(xué)成分組成 mg/L

3 結(jié)果與討論

3.1 卡烏地?zé)崴卣?/p>

卡烏村眾多地?zé)崴撬_迦縣主要的高溫地?zé)崴?其泉口溫度超過當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)。根據(jù)地?zé)崴械腟i質(zhì)量濃度(59.55 mg/L),利用石英溫標(biāo)計(jì)算熱儲(chǔ)層溫度為151.28℃[3]。溫泉群區(qū),熱霧騰騰,聲響極大,并帶有濃烈刺鼻的硫黃味。溫泉群區(qū)還分布有大量硅華,且古硅華高出泉群口10 m之多。這些硅華有效地指示了地下高溫地?zé)嵯到y(tǒng)的存在[4]?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地?zé)崴膒H=8.7,TDS值為2 600.00 mg/L,EC值為5 213.00 μS/cm。由此可知,卡烏村地?zé)崴蕢A性,這也是西藏地?zé)崴奶攸c(diǎn)。地?zé)崴捎跍囟雀?不含有膠體,除SiO2之外,鹽均以離子態(tài)存在,導(dǎo)致其電導(dǎo)率EC超過一般的地下水EC值,呈強(qiáng)電解質(zhì)溶液。

3.2 地?zé)崴畬?duì)河流的影響評(píng)價(jià)

卡烏地?zé)崴畬儆诟邷氐責(zé)崴?水中含有較多有害元素。這些有害元素大量排至沖曲河,導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境受到污染。根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)照表2,得知卡烏地?zé)崴蜎_曲河中超標(biāo)的有害元素均為F、B、As、Sb、Tl、Be。對(duì)于放射性元素Th、U,GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中雖未提及,但是這兩種放射性元素應(yīng)得到重視。沖曲河不僅是當(dāng)?shù)刂匾牡乇硭?也是薩迦縣重要的生產(chǎn)與生活水源,因此對(duì)地?zé)崴乃h(huán)境影響評(píng)價(jià)選用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類與WHO《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(第二版)(以下簡(jiǎn)稱兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn))作為評(píng)價(jià)依據(jù)。以下通過幾種方式對(duì)此污染問題進(jìn)行闡述。

3.2.1 一般污染元素

地?zé)崴畬?duì)河流產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)主要由F、B、As、Sb、Tl、Be這6種元素引起。圖2為這6種元素在沖曲河上游、沖曲河所經(jīng)地?zé)崴_曲河下游的質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)。

這些年，但凡我每次從老家回來，母親看我坐定，總是先詳細(xì)詢問我老家的棗樹、院落、房屋的情況，聽到棗樹垂暮、滿院荒草、屋頂漸漏，她常常深嘆一口氣，幽幽地說：“啥時(shí)候能把房子拾掇拾掇，讓我再回去住幾天，看看棗樹、澆澆水，就好了?！笨墒?，老家終究是沒人住的，拾掇了也無用，荒了幾十年，連水電都沒有了，母親看似簡(jiǎn)單的要求，卻終難實(shí)現(xiàn)。

由圖2(a)知,地?zé)崴秃铀械腇質(zhì)量濃度不僅超過了地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),且超過了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。這樣的河水對(duì)人畜的健康會(huì)產(chǎn)生極大的威脅。羊八井地區(qū)的地方病在地?zé)衢_發(fā)以前沒有出現(xiàn),但是地?zé)衢_發(fā)后,當(dāng)?shù)匕傩找驗(yàn)轱嬘貌夭己雍铀煌潭鹊鼗加蟹哐馈⒍d頂?shù)燃膊7]。因此在地?zé)衢_發(fā)前,有必要對(duì)排至河流中的F元素進(jìn)行處理,以免出現(xiàn)類似于羊八井地區(qū)的地方病。

圖2(b)為B質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)圖。在所有污染元素中,B質(zhì)量濃度是最高的,已經(jīng)高達(dá)147.6 mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值。B質(zhì)量濃度如此高的地?zé)崴谌蛞彩巧僖姷?。羊八井深部高溫地?zé)崴械腂質(zhì)量濃度為119.0 mg/L[8],意大利伊斯基亞島地?zé)崴蠦質(zhì)量濃度為18.951 mg/L[9],土耳其Cumali泉水中B質(zhì)量濃度為16.600 mg/L[10]?？醮宓牡?zé)崴植紖^(qū)正好位于西藏富硼地帶,此地帶分布有富硼巖石。在較高的溫度下,熱水與巖石反應(yīng)進(jìn)而溶濾出含B物質(zhì),或者地?zé)崴玫綆r漿分異的含B流體的補(bǔ)給?？傊?地?zé)崴懈籅與巖漿活動(dòng)有較大關(guān)系[11]。在沖曲河下游,B濃度仍然很高,若當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期直接以此河作為飲水源,人體免疫系統(tǒng)將受到威脅。

圖2(c)為As質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)圖。Guo等[6]在調(diào)查羊八井地區(qū)時(shí),發(fā)現(xiàn)淺層地?zé)崴械腁s質(zhì)量濃度為3.12 mg/L,并提到ZK4001熱水中As質(zhì)量濃度為5.70 mg/L?？醯?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度相對(duì)較低,為137.30 μg/L。地?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度雖高于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值,但是沖曲河河水中As質(zhì)量濃度只超過WHO提供的飲用水標(biāo)準(zhǔn)值,因此,沖曲河不宜作為直接飲用水水源。

圖2(d)為Sb質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)圖。對(duì)于地?zé)崴械腟b,前人少有研究。Lima等[9]在研究伊斯基亞島上的地?zé)崴畷r(shí),發(fā)現(xiàn)Sb的質(zhì)量濃度異常高,最高值為131 μg/L,平均值為7 μg/L。卡烏地?zé)崴蠸b的質(zhì)量濃度為93.3 μg/L,沖曲河流經(jīng)地?zé)釁^(qū)后,Sb的質(zhì)量濃度增高近15倍。H1點(diǎn)河水中Sb質(zhì)量濃度是H2點(diǎn)河水中Sb質(zhì)量濃度的2倍。相比于其他元素,Sb在河流中的質(zhì)量濃度降低程度較高。黏土礦物對(duì)Sb的吸附性較強(qiáng)[12],因此Sb質(zhì)量濃度的下降與河底黏土礦物的存在有極大關(guān)系。沖曲河下游中Sb質(zhì)量濃度高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)值,而Sb對(duì)人體的五官、心臟、肝臟等均有刺激,嚴(yán)重者將致人死亡。

Tl是一種劇毒性元素,由圖2(e)知,卡烏地?zé)崴c沖曲河水中的Tl已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。H2點(diǎn)河水中,Tl質(zhì)量濃度仍然很高,沖曲河河水明顯不能作為健康的飲用水水源。在不同的巖漿巖中,花崗巖是含Tl量最高的巖石[13]。當(dāng)?shù)氐責(zé)崴秃铀蠺l質(zhì)量濃度極高,是與藏南多分布花崗巖有密切關(guān)系的。

圖2 沖曲河、地?zé)崴谐瑯?biāo)有害元素質(zhì)量濃度的變化

Be是一種堿土金屬,其單質(zhì)及化合物均有劇毒,Be的化合物毒性較大,是一種全身性毒物,可引起肺炎、癌癥等。Be的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值為2 μg/L,卡烏地?zé)崴蠦e質(zhì)量濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的3倍之多。圖2(f)表明,在沖曲河下游段H1、H2處,Be質(zhì)量濃度已低于標(biāo)準(zhǔn)值。Be的吸附性強(qiáng)、表生作用差，沖曲河河水常年水流不斷,河底黏土礦物和有機(jī)質(zhì)被不斷沖刷而粒徑變細(xì),隨之對(duì)Be的吸附性也增強(qiáng)。沖曲河H1點(diǎn)河水的pH=10.79,這樣堿性的條件極不利于Be化合物的存在。

由以上分析可知,沖曲河在卡烏地?zé)崴膮R入后,其水質(zhì)急劇下降,不符合本文選用的水質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。在這6種有害元素超標(biāo)的情況下,有必要運(yùn)用單因子指數(shù)法和綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)沖曲河水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)法和綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法屬于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,選用標(biāo)準(zhǔn)為GB 3838—2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式為

(1)

式中:Pi為單項(xiàng)指標(biāo)污染指數(shù),ρi為某污染因子的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度值,mg/L；ρoi為某污染因子的排放質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)限值,mg/L。

利用式(1),計(jì)算6種超標(biāo)有害元素的Pi值,見表3。由表3得知,沖曲河中,F、B的質(zhì)量濃度在上、下游均嚴(yán)重高于標(biāo)準(zhǔn)值,而Sb和Tl的質(zhì)量濃度在河流下游高于標(biāo)準(zhǔn)值,且Sb在河流下游H2處的Pi值已經(jīng)低于1。F、B是最嚴(yán)重的污染物,如果當(dāng)?shù)鼐用窭^續(xù)飲用沖曲河河水,需要對(duì)下游水中的F、B、Sb和Tl進(jìn)行重點(diǎn)處理,如利用生物和化學(xué)的方法凈化水質(zhì)。

表3 沖曲河中有害超標(biāo)元素的Pi值

綜合污染指數(shù)的計(jì)算方法有很多種,本文為了突出易活化元素As對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響和作用,選用目前應(yīng)用較多的最大值法,并利用內(nèi)梅羅指數(shù)計(jì)算式計(jì)算綜合污染指數(shù)PZi:

(2)

內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算的綜合污染指數(shù)結(jié)果:H0為1.27,河水尚清潔;H1為7.88,屬于嚴(yán)重污染;H2為4.63,屬于中度污染(表4)。由PZi值可知,在沖曲河未經(jīng)主地?zé)崽飬^(qū)時(shí),地?zé)崽锷嫌稳匀挥械責(zé)崛蚝恿髋判埂Ｔ跊_曲河流經(jīng)地?zé)釁^(qū)后,河水的PZi值增加5倍左右,地?zé)崴膮R入對(duì)河流的嚴(yán)重影響極為突出;在H2處,PZi值逐漸下降,這與河床沉積物的吸附作用、微生物作用等有直接的關(guān)系,但是仍然高于上游的PZi值。沖曲河進(jìn)入薩迦縣城,其水質(zhì)仍然是令人擔(dān)憂的,相關(guān)部門必須高度重視。

表4 水質(zhì)綜合污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2.2 放射性元素

卡烏地?zé)崴胁粌H一般性有毒元素質(zhì)量濃度高,具有放射性的Th、U質(zhì)量濃度也極高。這兩種元素均是放射性的金屬元素,232Th的半衰期為140億年,238U的半衰期為45億年。由于這兩種元素在一般地表水與飲用水中質(zhì)量濃度極小,因此本文選取的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中均未提及。相比于Th來說,沖曲河在流經(jīng)地?zé)釁^(qū)后,U質(zhì)量濃度變化更大,而且下游H2比H1河水中U質(zhì)量濃度更高,說明U是一種易在河水中富集的元素。若在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行地?zé)衢_發(fā),這兩種放射性元素必須進(jìn)行處理,以免對(duì)人類、牲畜等產(chǎn)生長(zhǎng)期毒害。

由前文述及卡烏總流量超過20 L/s,運(yùn)用下式計(jì)算以上8種有害元素每年輸入沖曲河的量:

mi=10-6QρiT

(3)

式中:mi為地?zé)崴心秤泻υ叵蛲猸h(huán)境排放的總量,kg;Q為某地?zé)崴奶烊涣髁?20 L/s;T為時(shí)間,a。計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 各類污染元素每年排向沖曲河中的總量 kg

由表5可知,多種有害元素每年直接排放到附近河流中,降低了沖曲河的水質(zhì)?？v使河流具有稀釋有害元素的作用,或沉積物對(duì)有害元素有吸附作用,或當(dāng)?shù)乇▽?duì)河流進(jìn)行大量補(bǔ)給,但是,有害元素的排放總量仍是不可忽視的。

地?zé)崴畬?duì)沖曲河水質(zhì)的影響不僅表現(xiàn)在流量、TDS、主量元素,而且表現(xiàn)在有害元素對(duì)河流的影響上。從表5可知,沖曲河下游中各有害元素排放的總量非常大。河流中的有害元素隨著河流的流動(dòng)不斷減少,但是沉積物對(duì)有害元素的吸附一直在進(jìn)行。地?zé)崴膰娪繒r(shí)時(shí)刻刻在進(jìn)行,有害元素在河床中的積累同時(shí)在不斷增加,但是河床沉積物對(duì)有害元素的吸附承載能力是有限的,當(dāng)吸附量達(dá)到一定值后,河床沉積物吸附能力將降低。另外,隨著愈演愈烈的全球變暖,當(dāng)周圍的冰川雪融水量突然增加,從各個(gè)方面影響沖曲河,極有可能使吸附物中的有害物質(zhì)活化,重新匯入河水中,對(duì)河水造成再次嚴(yán)重的污染。沖曲河下游的旅游區(qū)薩迦縣城的居民、牲畜以及旅游業(yè)都會(huì)受到嚴(yán)重的影響,對(duì)薩迦文化也將間接產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。1997年3月,智利發(fā)生洪水事件,水力梯度極高的Rio Loa主要水體中As和重金屬質(zhì)量濃度驟然升高,斯洛曼水庫As質(zhì)量濃度猛增至30 mg/L[14],而此水體中有害物質(zhì)同樣來源于地?zé)崴３练e物中的有害物質(zhì)由于突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害而進(jìn)入水體中,將對(duì)水體產(chǎn)生較大污染。

4 結(jié) 論

a. 薩迦縣是西藏境內(nèi)重要的旅游景區(qū)之一,其地?zé)崧糜钨Y源日益發(fā)展?？醮宸植加兴_迦縣最主要的地?zé)崴?。這些地?zé)崴缓姸嘤泻υ?超標(biāo)有害元素主要為F、B、As、Sb、Tl、Be以及放射性元素Th、U。地?zé)崴趪娪砍龅乇砗笾苯訁R入當(dāng)?shù)刈钪匾暮恿髦?大量有害元素直接惡化了沖曲河的水質(zhì)。

b. 本次采樣為一年中干旱-多雨交替期,河水化學(xué)組成成分代表中值水平。進(jìn)入雨季后(7—9月),河水受到雨水的稀釋作用,地?zé)釋?duì)河流污染的影響減輕。相反,到了冬季,降水、冰雪融水急劇減少,地表徑流減少,地?zé)釀?shì)必會(huì)造成對(duì)地表水體更嚴(yán)重的污染。

c. 我國作為能源消耗大國,青藏高原地?zé)豳Y源大規(guī)模開發(fā)勢(shì)在必行,但對(duì)富含有害元素的地?zé)崽镩_發(fā)之后,需對(duì)廢水進(jìn)行嚴(yán)格處理,以免影響周圍水環(huán)境質(zhì)量。

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Water environmental effects of Kawu geothermal water in Sajia County,Tibet

ZHANG Qing, TAN Hongbin, ZHANG Wenjie, KONG Na, ZHANG Yanfei

(SchoolofEarthScienceandengineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

An investigation to high temperature geothermal water in Kawu Village of Sakya County, Tibet was made. We found that harmful elements in geothermal water whose concentrations were far higher than the limits of class Ⅱof “environmental quality standard of surface”(GB3838—2002) and the safety limits of “Drinking Water Quality Standards”(the second edition) were F、B、As、Sb、Tl、Be, while radioactive toxic elements are mainly Th, U. We analyzed the concentration variation of harmful elements before and after Chongqu River flows through the geothermal area with line charts and the Nemerow index method. The results show that geothermal water seriously affects the water quality of Chongqu River. In the end, some useful suggestions about the utilization of geothermal water were put forward.

geothermal water; harmful elements; water environmental effect; line charts; Nemerow index method; Chongqu River; Sajia County; Tibet

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.02.009

國家自然科學(xué)基金(41173049; 41271041)

張慶(1989—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境污染。E-mail:994078843@qq.com

譚紅兵,教授。E-mail:zhangyu91716@163.com

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A

1004-6933(2015)02-0045-05

2014-05-04 編輯：彭桃英)