淺層地下水硝酸鹽含量特征及其水化學指示意義分析

張建波

(遼寧省建平縣水務局，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指示意義分析

張建波

(遼寧省建平縣水務局，遼寧 建平 122400)

地下水污染源分為點源污染與非點源污染兩種主要類型。但是，常見的地下水環(huán)境污染為非點源性污染。由于這種污染形式會使地下水生態(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散和蔓延，地下水環(huán)境污染中，硝酸鹽污染已經成為一種世界生態(tài)問題。通常而言，其含量高低不僅會對地下水水質產生影響，而且會對地下水的化學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化學元素指標之間的關系進行分析研究，從而為該研究區(qū)地下水資源量及質的保護提供參考。

建平縣；淺層地下水；硝酸鹽；含量特征；水化學指示意義

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的重大污染，已被公認為世界性的環(huán)境問題[1]。一般而言，如果日常飲用水中含有大量硝酸鹽，會使人們產生高鐵血紅蛋白癥，從而在人體內逐漸形成硝胺類物質，嚴重時甚至會引起消化道癌癥。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際濃度不得超過50 mg/L。但是，在實際生產與生活過程中，污染物的隨意排放及工業(yè)廢水的傾倒、還有農業(yè)生產中化肥農藥的無節(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重超標[2]。基于此，文章將通過對建平縣淺層地下水硝酸鹽含量特征及其水化學指示意義進行分析，從而試圖找到這一污染源的形成機理，從而為當地淺層地下水資源保護及水質保護提供重要參考。

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36.9 ℃，年均日照時數約為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，所對應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，根據國際人均占有水資源總量標準，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，建平縣屬于全國極度缺水區(qū)，尤其是近年來工業(yè)化發(fā)展及農業(yè)生產實踐不斷發(fā)展，建平縣水資源短缺問題已成為當地經濟社會發(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量情況，文章將采用試驗分析的研究手段，對地下水水樣進行采集分析[4]。本次水樣采集一共收集數據樣本 51組，主要測試的指標分為水溫及氣溫和淺層地下水水體的混濁程度[5]。另外，在對水質樣本數據進行檢測過程中，文章通過實驗室科學檢測，對水的總硬度以及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進行科學檢測分析。本次試驗檢測均在實驗室完成，水質監(jiān)測技術標準采用GB/T14848-93《地下水質量標準》。

3 建平縣淺層地下水硝酸鹽含量特征分析

文章通過上述技術檢測指標，對建平縣淺層地下水中的主要陰陽離子以及部分水化學指標進行檢測分析，最終得到如下表1所示的淺層地下水水化學指標數據：

表1 建平縣淺層地下水硝酸鹽 含量特征分析統(tǒng)計數據 mg/L

從表1中的數據結果可以看出，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，水樣檢測硝酸鹽含量特征值為6.494mg/L，水樣檢測標準差和水樣檢測變異系數分別為0.72以及11.93%。因此，該研究區(qū)水質檢測變異系數以及標準差均較小。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，而水樣檢測硝酸鹽含量特征值分別為87.01mg/L、134.02mg/L以及113.83mg/L，經過科學檢測，發(fā)現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。

在此基礎上，文章針對上述幾種主要污染指標元素的PH值以及礦化度進行回歸分析，最終發(fā)現該地區(qū)水質中的重金屬元素與pH值以及礦化度之間存在一定的關聯(lián)性。但是，這兩大因素之間只是一種近似線性的關系。因此，Na+元素、Cl-元素以及HCO3-元素實際含量的高低，受其它指標因素影響。上述測試結果顯示，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試的水質，主要為埋藏較深以及接受大氣降水和地表水補給的淺層地下水。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；而綜合上述數據分析結果可知，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，而且人們對地下水資源綜合開采利用的強度在不斷增大，對于該研究區(qū)的淺層地下水而言，隨著當地地形起伏不斷增大，水質以及水環(huán)境污染情況也存在很大差異。實地分析研究結果顯示，該地區(qū)最重要的生活飲用水源是淺層地下水，受當地用水習慣影響，地下水中的硝酸鹽含量地區(qū)分布不均，而且文章通過對不同水體中污染元素之間的含量關系進行分析，發(fā)現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等不同檢測指標存在相互依存關系。其實際含量之間的線性關聯(lián)系數分別為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指示意義分析

NO3-與上述幾種不同的化學離子相比，其在地下水化學指標含量檢測中具有一定的指示意義。由于地下水生態(tài)系統(tǒng)本身屬于一個非常復雜的循環(huán)系統(tǒng)。因此，文章在上述含量特征分析基礎上，采用visual modflow軟件，對研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽水化學意義進行分析。最終發(fā)現地下水污染源與研究區(qū)氣象因素以及地質因素和水文要素和土地利用情況存在一定的關系。經過分析發(fā)現，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，導致地下水體中污染物的氧化還原反的形態(tài)也會相互轉化[8]。

由于阜新地區(qū)淺層地下水埋藏深度變化差異相對較小。因此，地下水在三氮之間的形態(tài)轉化關系也非常密切。文章通過分析認為，在對淺層地下水硝酸鹽的水化學指示意義進行研究時，可將硝酸鹽看成一種類似NO3-離子和Cl-離子的保守離子，然后結合二者的相對含量比值r(NO3-)/r(Cl-),對地下水稀釋效應或濃縮效應進行分析，以此可進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NO3-與Cl-相對含量比值 r(NO3-)/r(Cl-)在一恒定的范圍進行變化時，NO3-絕對含量的變化，其水化學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力條件下的稀釋效應或濃縮效應所導致；而對于該研究區(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-)等相關污染因子，也可結合其實際指標含量變化情況，科學判斷該研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽污染是由天然水動力條件下的濃縮效應及稀釋效應導致，還是由于當地人類實踐行為導致淺層地下水遭受嚴重污染[9]。

5 結 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，但從總體檢測情況來看，含量最高的一種元素為NO3-，其實際含量及標準值檢驗結果按照我國水質等級劃分標準，可納入第三類水質等級中。因此，污染元素超標率高達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-元素的含量僅次于水體中Cl-元素和HCO3-元素的實際含量。硝酸型水在整個研究區(qū)地下水環(huán)境中所占污染強度為2/3，因此這一污染源的含量變化，對地下水水質及化學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，對淺層地下水稀釋或濃縮標準進行科學判定，以此作為水化學意義的指示條件，為研究區(qū)地下水開發(fā)奠定重要基礎。

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1007-7596(2017)01-0022-03

2016-12-26

張建波(1981-)，男，遼寧建平人，工程師，負責水資源管理工作。

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