呼和浩特盆地淺層地下水砷含量分布規(guī)律研究

張恒星

摘要：為探究呼和浩特盆地淺層地下水砷含量的分布規(guī)律，對(duì)研究區(qū)380個(gè)淺層地下水砷樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并利用指示克里格法研究了淺層地下水砷含量超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值10 μg/L的概率分布。結(jié)果表明：砷含量由盆地邊緣向盆地中西部逐漸升高，大黑河沖湖積平原中心的大黑河兩側(cè)是研究區(qū)淺層地下水砷含量最高的地區(qū)。地下水砷含量超過10 μg/L的地區(qū)主要分布在盆地的中西部。在土默特左旗的中南部以及托克托縣的北部和西南部，地下水砷含量高于10 μg/L的概率在0.75以上，面臨著較大的砷超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。晚更新世——全新世時(shí)期古沉積環(huán)境格局是影響淺層地下水砷含量分布的重要原因。

關(guān)鍵詞：呼和浩特盆地;地下水砷含量;分布;指示克里格;概率

中圖分類號(hào)：P641

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）8-0047-02

1 引言

高砷地下水在我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題，是引起飲水型地方性砷中毒的主要原因。根據(jù)《全國(guó)地方病防治“十二五”規(guī)劃》，內(nèi)蒙古自治區(qū)13個(gè)飲水型地方性砷中毒旗縣中，土默特左旗和托克托縣等兩個(gè)旗縣位于呼和浩特盆地內(nèi)。世界衛(wèi)生組織制定《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則（第四版）》以及我國(guó)最新修訂的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5479-2006）都將10μg/L定為飲用水的標(biāo)準(zhǔn)限值（以下所指的高砷水均為砷含量超過10 μg/L，的地下水）。目前，呼和浩特盆地地下水巾砷含量的分布，尤其是較易開發(fā)利用的淺層地下水中砷含量分布的認(rèn)識(shí)程度較低，仍有待于進(jìn)一步研究[1，2]。

本文主要以呼和浩特盆地淺層地下水砷含量為研究對(duì)象，探究呼和浩特盆地淺層地下水砷含量的分布規(guī)律，并利用指示克里格法預(yù)測(cè)研究區(qū)淺層地下水砷含量超過10 μg/L飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值的分布概率，旨在為本區(qū)地下水資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)全部位于呼和浩特市境內(nèi)。地貌上，研究區(qū)北部為大青山山前沖洪積傾斜平原，中部為大黑河沖湖積平原，東南部、南部為林格爾臺(tái)地和托克托臺(tái)地（圖1）。根據(jù)含水系統(tǒng)成因及水力聯(lián)系特征，將研究區(qū)第四系孔隙含水系統(tǒng)劃分為單一結(jié)構(gòu)潛水區(qū)和雙層結(jié)構(gòu)區(qū)[3，4]。雙層結(jié)構(gòu)區(qū)含水層由上部淺層含水層、中部湖相淤泥質(zhì)隔水層和下部承壓含水層構(gòu)成。其中上部淺層地下水包括了潛水和淺層微承壓水，兩者水力聯(lián)系密切，形成了統(tǒng)一的地下水位[5]。本文所指的淺層地下水包括了單一結(jié)構(gòu)區(qū)潛水和雙層結(jié)構(gòu)區(qū)的淺層地下水。

3 材料與方法

3.1 樣品采集與測(cè)試

2012～2017年間分三批在研究區(qū)共采集380個(gè)淺層地下水砷樣品，樣品分布較均勻。砷樣品采集時(shí)，添加1：1HCl酸化至pH值小于2，并裝入40 mL避光的棕瓶?jī)?nèi)4℃下保存。所有樣品5d內(nèi)送至圍土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，砷含量測(cè)定采用美國(guó)瓦里安公司產(chǎn)的Varian820—ms型1CP—MS測(cè)試。

3.2 研究方法

根據(jù)指示克里格法，選擇砷含量10 μg/L的飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值作為閾值，將地下水砷含量轉(zhuǎn)為值為0或1的_進(jìn)制變量，即地下水砷含量大于10 μg/L，時(shí)，轉(zhuǎn)換后的變量為1，小于或等于10 μg/L時(shí)，轉(zhuǎn)換后的變量則為0。因?yàn)橹甘咀兞恐凳?或1，所以未知點(diǎn)的差值結(jié)果為0～l，因此由指示克里格法獲得的預(yù)測(cè)結(jié)果可以解釋成變量預(yù)測(cè)值為1的概率[6]。采用GS+軟件計(jì)算擬舍最優(yōu)的指示半變異函數(shù)，最后利用ArcGISl0.1軟件繪制地下水砷含量超過10 Ug/L的概率分布圖。

4 結(jié)果與分析

4.1 淺層地下水砷含量的空間分布特征

呼和浩特盆地淺層地下水砷含量在0～428.38 μg/L，平均為23. 71 μg/L，大于10 μg/L的103個(gè)，超標(biāo)率為27.11%，變異系數(shù)2.44，砷含量在數(shù)值上具有極強(qiáng)的變異性。在地貌上，大黑河沖湖積平原和山前沖洪積傾斜平原的東部以及托克托臺(tái)地和林格爾臺(tái)地幾乎無高砷水分布（圖1）。砷含量由盆地邊緣向盆地中西部逐漸升高，大黑河沖湖積平原中心的大黑河兩側(cè)是研究區(qū)淺層地下水砷含量最高的地區(qū)。地下水砷含量超過10 μg/L。的地區(qū)主要分布在盆地中兩部，即大黑河沖湖積平原的中部。該地區(qū)地勢(shì)低平，是區(qū)域地下水的弱徑流區(qū)和排泄區(qū)。該區(qū)域塔布賽鄉(xiāng)鐵帽村（砷含量：428.38 μg/L，369.0 μg/L）以及古城鄉(xiāng)北斗林蓋村（砷含量：357.5 μg/L，340.5 μg/L）的地下水砷含量為全區(qū)最高。

圖2為淺層地下水砷含量超過10 μg/L的不同概率區(qū)間的平面分布情況。地下水砷含量高于10?μg/L的概率也從盆地邊緣至盆地中西部逐漸增大。在大黑河沖湖積平原中部的土默特左旗的塔布賽鄉(xiāng)、北什軸鄉(xiāng)、白廟子鄉(xiāng)和托克托縣的五申鎮(zhèn)、古城鄉(xiāng)以及研究區(qū)西南鄰近黃河的托克托縣雙河鎮(zhèn)的部分區(qū)域，地下水砷含量高于10 μg/L的概率在0.75以上，這表明該區(qū)域淺層地下水面臨砷含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)較大。在地下水砷含量最高的塔布賽鄉(xiāng)鐵帽村，砷含量超標(biāo)的概率在0.75以上，而在古城鄉(xiāng)北斗林蓋村，砷含量超標(biāo)的概率則在0.5—0.75之間。研究區(qū)東部四市區(qū)以及南部和林格爾縣高砷水的分布概率幾乎全部小于0.25。

4.2 地下水砷含量分布的成因分析

研究區(qū)淺層地下水豐要賦存于晚更新統(tǒng)一全新統(tǒng)（Q3-4）地層中。在晚更新世—全新世時(shí)期，呼和浩特盆地東部為大黑河和什拉烏蘇河沖積平原及山前沖洪積扇。而盆地中西部則為湖洼——池沼沉積環(huán)境。湖沼沉積環(huán)境向南直抵林格爾臺(tái)地和托克托臺(tái)地，東北邊界可達(dá)白廟子鄉(xiāng)，湖沼沉積環(huán)境中心恰好位于鐵帽村一帶，該區(qū)域也是淺層地下水砷含量最高、高砷水分布概率最高的地區(qū)。這種古環(huán)境格局決定了研究區(qū)淺層地下水砷含量分布。在沖積和沖洪積地區(qū)，有機(jī)質(zhì)含量較低，沉積物顆粒較粗，地下水水化學(xué)環(huán)境多為氧化環(huán)境，地下水徑流速度也較快，不利于地層中砷的釋放和累積。而在湖沼沉積環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)含量較高，沉積物顆粒較細(xì)，地下水還原性較強(qiáng)且徑流緩慢，十分有利于高砷水的形成。

5 結(jié)論

呼和浩特盆地淺層地下水砷含量在0～428. 38μg/L，平均為23.71 μg/L，超標(biāo)率為27.11%。在地貌上，砷含量由盆地邊緣向盆地中西部逐漸升高，大黑河沖湖積平原中心的大黑河兩側(cè)是研究區(qū)淺層地下水砷含量最高的地區(qū)。地下水砷含量超過10 μg/L的地區(qū)主要分布在盆地中西部，即大黑河沖湖積平原的中部。在大黑河沖湖積平原中部的土默特左旗的塔布賽鄉(xiāng)、北什軸鄉(xiāng)、白廟子鄉(xiāng)和托克托縣的五申鎮(zhèn)、古城鄉(xiāng)以及研究區(qū)西南鄰近黃河的托克托縣雙河鎮(zhèn)部分區(qū)域，地下水砷含量高于10 μg/L的概率在0.75以上，該區(qū)域淺層地下水面臨著較大的砷含量超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，岡此在地下水開發(fā)利用時(shí)應(yīng)予以重視。晚更新世——全新世時(shí)期沖積、沖洪積以及湖沼等古沉積環(huán)境格局是影響淺層地下水砷含量分布的重要原因。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雷，張美云，羅振東，呼和浩特盆地寓砷地下水的分布、特征及防治對(duì)策[J]，內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，18 （5）：402～404.

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