安徽省濉溪縣淺層地下高氟水的分布特征及影響因素分析

李亮等

摘 要 通過水文地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場采樣、室內(nèi)測試分析等方法，對安徽省濉溪縣淺層地下水中氟的分布特征及影響因素進行研究.結(jié)果表明：濉溪縣淺層地下水樣品超標率達35.3%，氟的質(zhì)量濃度ρ（F-）最高達4.63 mg/L，主要分布于濉溪縣中部平原地區(qū)；ρ（F-）與ρ（HCO-3）、（ρ（Na+）+ρ（K+））/ ρ（Ca2+），ρ（Cl-）和pH值呈正相關(guān)關(guān)系，而與溫度、ρ（SO2-4）和ρ（Ca2+）呈負相關(guān)關(guān)系；Ca2+與F-生成的CaF2沉淀是地下水中抑制F-濃度的主要物質(zhì)，ρ（F-）與ρ（Cl-）的相關(guān)關(guān)系也表明淺層地下水中的氟受到人為因素的影響，同時ρ（F-）與pH的關(guān)系表明氟在堿性、偏堿性水中易于富集.

關(guān)鍵詞 高氟水；淺層地下水；分布特征；影響因素

中圖分類號 P64175 文獻標識碼 A 文章編號 1000-2537（2014）06-0007-06

Abstract The distribution and influence factors of fluorine in shallow groundwater in Suixi， Anhui， was studied by using the methods such as hydrogeological survey， field sampling and laboratory experiment. The results demonstrate that the highest fluoride concentration of shallow groundwater is up to 4.63 mg/L， with the exceeding rate of 35.3% from a total number of 34 samples， which are mainly scattered around the central plain regions of Suixi county. Fluoride concentration is correlated positively with ρ（HCO-3）， （ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）， ρ（Cl- ）， pH value， and has a negative correlation with temperature， ρ（SO2-4） and ρ（Ca2+）. CaF2 precipitation is the main substance to inhibit F- ion concentration in groundwater， the correlation of ρ（F-） and ρ（Cl- ） shows that human factors also affect the fluoride concentration of shallow groundwater. The relationship between ρ（F-） and pH value confirms that fluorine is easier to enrich in an alkaline and slight alkaline water.

Key words high-fluorine water； shallow groundwater； distribution feature； influence factor

氟在生物體內(nèi)以微量成分存在，是維持骨骼正常發(fā)育必不可少的成分.飲用水中含氟太少（少于0.05 mg/L） 或過量（多于1.0 mg/L） 都會引起疾病[1].近年來研究人員對于地下水中氟元素的分布和控制因素等做了較多的分析，如吳泊人[2]（2010）對安徽省淮北平原淺層地下高氟水分布規(guī)律及來源進行研究；劉永清[3]（2008）對北京市通州區(qū)第四系地下水氟分布規(guī)律做了分析；曾昭華[4]（1997）針對地下水中氟形成的控制因素及其分布規(guī)律做了分析；丁丹[5]（2009）分析了淮北平原淺層地下水氟的水化學(xué)特征及影響因素；曾濺輝[6]（1996）針對淺層地下水氟的溶解/ 沉淀作用以河北邢臺為例做了定量分析.

分析前人資料可發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)地下水中含氟量的影響因素不盡相同，如韓清[7]指出我國北方干旱地區(qū)ρ（F-）與蘇打鹽漬化及ρ（HCO-3）和ρ（Cl-）呈正相關(guān)；金瓊等[8]發(fā)現(xiàn)河西走廊地下水中ρ（F-）與ρ（Cl-）關(guān)系密切；而劉進[9]等指出ρ（F-）與ρ（Cl-）呈負相關(guān)性.由此表明，不同地區(qū)地下水中ρ（F-）的影響因素不盡相同，且同一因素對于地下水中F-質(zhì)量濃度是否有影響及影響大小等也不相同.

因此，針對濉溪縣淺層地下水中的氟，本文通過地下水采樣和分析測試，研究其分布特征和影響因素，對當(dāng)?shù)胤》乐?、高氟地下水的處理和保障飲用水安全具有一定的現(xiàn)實意義.

1 研究區(qū)概況

濉溪縣位于安徽省淮北市的南部地區(qū)，縣區(qū)范圍為東經(jīng)116°23′～116°53′，北緯33°17′～33°58′，面積1 987 km2.地處淮北平原中部，東北角有丘陵，最高點海拔363 m，大部以平原為主，海拔20～40 m，地形總趨勢西北和北部稍高，向東南和南傾斜.澥、澮、沱、濉諸水流經(jīng)縣境，屬于淮河流域水系.年降水量852.4 mm，且降雨多集中在7～9月份，年均氣溫14.5 ℃，屬于溫帶半濕潤氣候.

濉溪縣屬于華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)淮河地層分區(qū)淮北地層小區(qū)，除北部、東北部基巖出露外，其余多數(shù)地段為第四系覆蓋.研究區(qū)內(nèi)第四系地層厚度較大，一般0～70 m，向南逐漸增厚，可達100～200 m，其成因類型為局部山區(qū)沖洪積，大部為河流沖積平原.區(qū)內(nèi)淺層地下水主要賦存于第四系全新統(tǒng)或部分上更新統(tǒng)松散巖類孔隙中，主要由大致40 m深度內(nèi)的全新統(tǒng)含水巖組組成，屬于淺層微承壓孔隙潛水.全新統(tǒng)含水巖組主要由中段及下段含水巖組組成.地下水具微承壓性，累計厚度一般6～20 m，最厚可達30 m.

淺層含水層組砂層發(fā)育，有2～3層，累計厚度10～30 m；砂層間無穩(wěn)定的粘性土分布，含水層之間常只有1～4 m的粘性土相隔，許多地方粘性土尖滅.

2 取樣與分析

2007—2010年的每年12月和次年5月，對本區(qū)地下水進行了系統(tǒng)采樣，共采集淺層地下水38件（深度≤40 m），運輸及測試過程中損失水樣4件，保留34件，采樣位置見圖1.采集地點主要為縣城及其周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)村內(nèi)的居民水井，其中部分水井已經(jīng)廢棄，部分水井仍作為飲用水井使用.

運用德國GARMINGPS定位儀對采樣點進行定位，水樣采用350 mL聚乙烯瓶進行采集.取樣嚴格按中國地質(zhì)調(diào)查局地下水樣品采集規(guī)范進行，所有樣品經(jīng)處理后于3天內(nèi)送回實驗室，放置于冰箱待測.現(xiàn)場進行pH值、溫度、礦化度、溶解氧和濁度等指標的測試.所有水樣測試由南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗測試中心按照DZ/T0064-1993《地下水質(zhì)檢驗方法》、DZ/T0130.6-2006《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》第六部分：水樣分析、中國地質(zhì)調(diào)查局《地下水污染調(diào)查評價規(guī)范》（1∶50 000-1∶200 000）進行測試.無機測試項目主要包括：溶解性總固體、總硬度、COD、Mn、H2SiO3、NO-3、NO-2、NH+4、SO2-4、CO2-3、HCO-3、Cl-、F-、I-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe、Mn、Pb、Zn、Cd、Cr6+、Hg、As、Se、Al等.

3 結(jié)果分析

“生活飲用水衛(wèi)生標準”（GB5749-85）規(guī)定氟化物不應(yīng)超過1.0 mg/L，超過1.0 mg/L即為高氟水.安徽省淮北市濉溪縣是淮河流域高氟地下水較為嚴重的地區(qū)之一.通過現(xiàn)場取樣和室內(nèi)試驗測試分析可知，34件樣品中，含氟量為0.04～4.63 mg/L.其中，符合飲用水要求的22件，占采樣量的64.7%，超過飲用水標準的樣品12件，超標率達35.3%，其中1～2 mg/L的高氟水8件，占采樣量的23.5%，2～3 mg/L的高氟水3件，占樣品總數(shù)的8.8%，大于3 mg/L的高氟水1件（463 mg/L），占樣品總數(shù)的2.9%；平均含氟量0.86 mg/L，符合飲用水標準.測試結(jié)果統(tǒng)計見表1.

3.1 高氟地下水空間分布特征

根據(jù)濉溪縣淺層地下水中氟質(zhì)量濃度的不同，將高氟地下水劃分為3級：Ⅰ級高氟地下水區(qū)域，氟質(zhì)量濃度大于2 mg/L；Ⅱ級高氟地下水區(qū)域，氟質(zhì)量濃度為1.5～2 mg/L；Ⅲ級高氟地下水區(qū)域，氟質(zhì)量濃度為1～15 mg/L.濉溪縣淺層高氟地下水等值線分布見圖2（彩圖見封三）.

Ⅰ級高氟地下水區(qū)域較小，主要分布在濉溪縣城南部的城關(guān)鎮(zhèn)、黃橋村和百善鎮(zhèn)北部附近，面積較小，氟質(zhì)量濃度>2 mg/L，其中黃橋村監(jiān)測點氟質(zhì)量濃度達到4.63 mg/L.Ⅱ級高氟地下水區(qū)域主要在Ⅰ級高氟地下水區(qū)域周圍和臨渙鎮(zhèn)附近的部分區(qū)域，氟質(zhì)量濃度為1.5～2 mg/L.Ⅰ級和Ⅱ級高氟地下水區(qū)域主要分布在城鎮(zhèn)等人口集中區(qū)域的邊緣地帶，受人為因素影響較大，在地形地貌上，受到了東北角丘陵地貌的影響，氟離子較為富集.Ⅲ級高氟地下水區(qū)域，主要分布在由濉溪縣城向西南方向延伸的較寬的帶狀區(qū)域內(nèi)，分布范圍較廣，是濉溪縣淺層地下水主要區(qū)域之一.

3.2 高氟地下水影響因素分析

3.2.1 ρ（F-）與水文地質(zhì)條件的關(guān)系 在地形上，濉溪縣地下水區(qū)域?qū)儆诤恿鳑_積平原，地勢平坦，水力坡度小，地下水徑流緩慢，由于受到氣候因素的影響，排泄以蒸發(fā)為主，淺層地下水蒸發(fā)濃縮有利于氟離子的富集[10]；淺層地下水含水層以砂層為主，砂層之間無穩(wěn)定的粘土分布，砂層相對于粘土而言對氟的吸附能力弱[11]，所以氟可以較容易地通過顆粒較大的土壤進入地下水，這是地下水中含氟量較高的原因之一；采樣時間以12月份為主，少量點補采時間為5月，是濉溪縣枯水期，大氣降水補給少，使淺層地下水中氟質(zhì)量濃度相對于豐水期更高.

3.2.2 ρ（F-）與地下水溫度的關(guān)系 濉溪縣地下水溫度與含氟量的相關(guān)關(guān)系見圖4，可以看出水溫與氟質(zhì)量濃度呈負相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較好，R2=0.305 7.

土壤中含有可以吸附氟的物質(zhì)，地下水中的氟離子與土壤中的離子（如Cl-）存在交換，而這些離子交換大多是吸熱反應(yīng)，如李穎（2005）在鐵活化斜發(fā)沸石吸附水中氟的熱力學(xué)研究[12]中發(fā)現(xiàn)提高溫度時，實驗礦樣對氟的化學(xué)親和力增強.在一定的條件下，溫度的提高可以促進吸附進行，因此氟質(zhì)量濃度與地下水溫度呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系.

3.2.3 ρ（F-）與pH值的關(guān)系 濉溪縣淺層地下水中，氟離子質(zhì)量濃度與pH值的相關(guān)關(guān)系見圖5，可以看出兩者呈正相關(guān)關(guān)系，R2=0.163 9.

4 結(jié)論

本文在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過采樣測試，分析了淮北市濉溪縣淺層地下水中氟的分布特征及其影響因素，分析結(jié)果表明：

（1）淮北市濉溪縣淺層地下水中氟的超標檢出率達到35.3%，氟質(zhì)量濃度最高達4.63 mg/L，局部屬于高氟地下水嚴重區(qū)域.高氟淺層地下水主要分布在濉溪縣中部平原地區(qū)，西北及東南部平原淺層地下水氟質(zhì)量濃度小于1 mg/L.

（2）濉溪縣屬于河流沖積平原區(qū)，淺層地下水徑流排泄較慢，蒸發(fā)強烈，同時含水層以砂層為主，是氟離子質(zhì)量濃度高的原因之一.

（3）氟質(zhì)量濃度與pH值、ρ（Cl-）、（ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）和ρ（HCO-3）呈正相關(guān)關(guān)系.濉溪縣淺層地下水pH值為6.98～8.23，利于氟離子的富集；ρ（F-）與ρ（Cl-）相關(guān)表明淺層地下水中含氟量受到人為因素的影響；（ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）和ρ（HCO-3）對淺層地下水中氟質(zhì)量濃度有較大影響.

（4）ρ（F-）與溫度、ρ（Ca2+）、ρ（SO2-4）呈負相關(guān)關(guān)系.CaF2是氟的主要存在形式，Ca2+是抑制水中氟離子存在的主要物質(zhì)；溫度和ρ（SO2-4）在一定范圍內(nèi)對水中氟離子起抑制作用.

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（編輯 王 健）