丹東市地下水氟含量空間分布規(guī)律分析

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

1 概 述

氟是自然界中廣泛分布的化學(xué)元素，性質(zhì)活潑，對(duì)人體健康意義重大[1]。氟為人體必需元素，適量的氟有利于牙齒硬組織的形成和骨鈣的沉積，有利于人體對(duì)鈣和磷的吸收、加速骨骼的形成、增強(qiáng)牙齒的抗齲能力等，而過(guò)高或過(guò)低量則會(huì)引起生理及病理變化，嚴(yán)重影響人體健康。醫(yī)學(xué)研究表明，飲水中氟含量在0.5～1.mg/L之間最佳，低于0.5mg/L人體會(huì)因缺氟而發(fā)生齲齒、骨質(zhì)疏松等疾病，大于1 mg/L則會(huì)造成氟中毒[2]。自然條件下地下水和土壤中的氟元素主要來(lái)自礦物、巖石的風(fēng)化以及火山的噴發(fā)，但隨著煉鋁與磷肥工業(yè)的發(fā)展和有機(jī)氟化物的大量生產(chǎn)，有相當(dāng)多的氟元素被排放到地下水中，使我國(guó)出現(xiàn)許多飲水型氟病高發(fā)區(qū)，且高氟地下水已經(jīng)成為我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)的一種典型劣質(zhì)水源[3]，因此研究地區(qū)的地下水氟含量空間分布規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

2 分析方法

2.1 研究區(qū)域概況

丹東市位于遼寧省東南部，地理位置介于東經(jīng)123°22′～125°42′ ，北緯39°43′～4 1°9′之間，總面積15222km2，人口237.9萬(wàn)。丹東市屬暖溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候，年平均雨量在800～1200mm之間。丹東地區(qū)江河密布，主要有鴨綠江水系、大洋河水系和沿海水系[5]。全地區(qū)長(zhǎng)度在2km以上的大小河流有944條，人均占有水量是遼寧省人均占有水量的4倍。丹東市水資源安全狀況呈惡化趨勢(shì)，同時(shí)丹東作為遼寧省礦產(chǎn)資源大市，礦產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)也易造成地下水污染，因此有必要對(duì)其地下水的氟含量進(jìn)行分析，以加強(qiáng)該地區(qū)的地下水資源保護(hù)與管理能力。

2.2 地下水?dāng)?shù)據(jù)采集

在丹東市選擇45個(gè)地下水采樣點(diǎn)(S1～S45)，水樣均取自相應(yīng)采樣點(diǎn)處的水井，平均井深15m。采樣時(shí)間為2016年6月，采樣容器為聚乙烯塑料瓶，每個(gè)樣品采集2L，樣品采集后于當(dāng)天送回實(shí)驗(yàn)冰箱保存，之后再采用離子色譜儀對(duì)各水樣的氟離子含量進(jìn)行測(cè)定。采用全球定位系統(tǒng)(GPS)記錄采樣點(diǎn)位置，各樣點(diǎn)較為均勻地分布于丹東市各地，其中市區(qū)、車港、鳳城、寬甸行政區(qū)劃內(nèi)的樣點(diǎn)數(shù)分別為6處、9處、16處、14處。

2.3 空間分布規(guī)律分析

丹東市地下水氟含量空間分布規(guī)律主要包括以下內(nèi)容：各分析單元的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)；各行政區(qū)劃的地下水氟含量比較；東西方向的地下水氟含量比較；南北方向的地下水氟含量比較。為完成以上分析內(nèi)容，分別采用3種不同單元?jiǎng)澐址绞?見表1)。

表1 丹東市地下水氟含量空間分布分析單元

丹東市地下水氟含量的統(tǒng)計(jì)特性與空間分布規(guī)律分析主要采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法[6]，在GIS平臺(tái)中完成，選用的GIS平臺(tái)為ArcGIS 10.4；選用GIS平臺(tái)進(jìn)行分析的一個(gè)重要原因是方便在以后研究中與更為復(fù)雜的數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合[7-8]，以提高該地區(qū)地下水的分析能力。在統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析中，標(biāo)準(zhǔn)差σ能夠反映一組數(shù)據(jù)的離散程度，在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中最常使用，其計(jì)算公式為

式中N——樣本數(shù)(45)；

xi——樣本值；

μ——全體樣本平均值。

變異系數(shù)Cv可用來(lái)表征地下水氟含量的空間變異性，其計(jì)算公式為[8]

3 分析結(jié)果

3.1 丹東市地下水氟含量

基于采樣與樣品分析，得到丹東市各采樣點(diǎn)的地下水氟含量值(見丹東市各地下水采樣點(diǎn)氟含量值圖)。由圖可知，各采樣點(diǎn)的地下水氟含量平均值為0.72 mg/L，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，符合飲用水氟含量標(biāo)準(zhǔn)。采樣點(diǎn)S43處的氟含量最低為0.13 mg/L，S9處最高為1.21 mg/L，因此丹東市地下水的氟含量為0.13～1.21mg/L。飲水中氟含量以0.5～1.mg/L最佳，因此S10、S16、S17、S30、S34、S43、S45的氟含量偏低，S3、S8、S9、S13則略超標(biāo)，其他34處的氟含量均處于最佳水平。

丹東市各地下水采樣點(diǎn)氟含量值圖

3.2 丹東市各區(qū)劃地下水氟含量

計(jì)算丹東市各區(qū)劃的地下水氟含量統(tǒng)計(jì)特征值(見表2)，可知市區(qū)、東港、鳳城、寬甸的地下水氟含量分別為0.19～0.87mg/L、0.13～0.98mg/L、0.21～0.98mg/L、0.53～1.21mg/L，其中前3個(gè)地區(qū)不存在氟含量超標(biāo)問(wèn)題，但個(gè)別采樣點(diǎn)氟含量偏低，而寬甸地區(qū)的個(gè)別采樣點(diǎn)存在氟含量略超標(biāo)的問(wèn)題。根據(jù)平均值可知，丹東市各區(qū)劃的地下水氟含量由小到大排序分別為市區(qū)、東港、鳳城、寬甸，各區(qū)劃按地下水氟含量空間變異性由小到大排序分別為寬甸、鳳城、市區(qū)、東港。

表2 丹東市地下水氟含量統(tǒng)計(jì)特性 單位：mg/L

3.3 丹東市地下水氟含量空間分布

東西與南北方向各分析單元的地下水氟含量統(tǒng)計(jì)特征值見表3。

表3 丹東市地下水氟含量空間分布情況

在南北方向上，Lat 2單元內(nèi)的地下水氟含量值范圍最大，其值為0.44～1.21 mg/L，同時(shí)存在氟含量偏低和超標(biāo)問(wèn)題；Lat 4單元內(nèi)的地下水氟含量值范圍最小，其值為0.57～0.98mg/L，完全處于最佳水平。根據(jù)平均值大小可知，各單元按地下水氟含量由小到大排序分別為L(zhǎng)at 8、Lat 5、Lat 6、Lat 3、Lat 4、Lat 7、Lat 1、Lat 2，總體呈現(xiàn)由北向南遞減趨勢(shì)；同理可知，其空間變異性總體呈現(xiàn)增大趨勢(shì)[9]。

在東西方向上，Lon 2單元內(nèi)的地下水氟含量值范圍最大，其值為0.13～0.98mg/L，個(gè)別采樣點(diǎn)的氟含量偏低程度較大；Lat 3單元內(nèi)的地下水氟含量值范圍最小，其值為0.53～1.07mg/L，個(gè)別采樣點(diǎn)的氟含量略有超標(biāo)。根據(jù)平均值大小可知，各單元按地下水氟含量由小到大排序分別為L(zhǎng)on 2、Lon 1、Lon 3、Lon 4，總體呈現(xiàn)由西向東遞增趨勢(shì)；同理可知，其空間變異性總體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

丹東市的平均地下水氟含量為0.72mg/L，符合飲用水氟含量標(biāo)準(zhǔn)；其范圍為0.13～1.21mg/L，個(gè)別地區(qū)存在氟含量偏低或略超標(biāo)的問(wèn)題。丹東市各區(qū)劃按地下水氟含量由小到大排序分別為市區(qū)、東港、鳳城、寬甸；在南北方向上，丹東市地下水氟含量總體呈現(xiàn)由北向南遞減趨勢(shì)，其空間變異性則呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；在東西方向上，丹東市地下水氟含量總體呈現(xiàn)由西向東遞增趨勢(shì)，其空間變異性則總體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

[1] 李西林,孫曉慶,等.吉林省通榆縣潛水中氟分布規(guī)律及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].水電能源科學(xué),2017(6):30-34.

[2] 趙阿寧,范鵬康,朱樺,等.陜西省大荔縣地下水中氟的含量特征及其影響因素分析[J].西北地質(zhì),2009(3):102-108.

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[4] 曹志洋,馮啟言,吳晴晴,等.江蘇豐沛地區(qū)淺層地下水氟含量的空間變異與分布特征[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2010(3):127-132.

[5] 傅皓昕.丹東市降雨洗鹽特征解析[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2017(2):82-84.

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[7] 閆曉惠,陳新.基于LES模型的矩形寬頂堰流數(shù)值模擬及堰頂寬度對(duì)水流場(chǎng)的影響分析[J].中國(guó)水運(yùn),2015(6):198-199.

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[9] 董婷婷.遼寧省市際以上界河信息調(diào)查與成果分析[J].中國(guó)水能及電氣化,2016(5):30-32.