內(nèi)蒙古巴丹吉林地區(qū)地下水型水源地氟化物環(huán)境本底調(diào)查研究

史俊平

（內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特010011）

環(huán)境本底一般是指人類在某個區(qū)域進行某種社會活動行為之前的自然環(huán)境狀態(tài)[1-2]。內(nèi)蒙古自治區(qū)范圍內(nèi)部分水源地依據(jù)《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》[3]評價時，水源地水質(zhì)會出現(xiàn)一種或多種元素超標，而確定水質(zhì)超標原因時不僅要分析人類活動影響，也應分析水文地質(zhì)條件及地下水水化學演化對地下水水質(zhì)產(chǎn)生的影響。巴丹吉林地區(qū)地下水型水源地在水源地水源井例行監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)氟化物超過國家地下水質(zhì)量標準III 類水限值(1.0mg/L)，因此，地下水環(huán)境本底調(diào)查研究對于科學的確定水質(zhì)超標原因有著重要意義。

1 背景資料

內(nèi)蒙古巴丹吉林地區(qū)地下水型水源地位于巴丹吉林鎮(zhèn)南部，距巴丹吉林鎮(zhèn)所在地27.8km，水源地呈沿東西展布的長方形，南北寬1600m，東西長2500m，面積4km2，將該區(qū)域作為研究區(qū)。該水源地是以解決阿拉善右旗巴丹吉林鎮(zhèn)地區(qū)人民生活和綠化等用水為目的，水源地允許開采量為176.44 萬m3/a，實際取水量為130萬m3/a。水源地水質(zhì)例行監(jiān)測數(shù)據(jù)表明該水源氟化物超標，為科學明確水質(zhì)超標原因，開展了環(huán)境本底調(diào)查研究。

2 環(huán)境本底調(diào)查

該水源地環(huán)境本底調(diào)查包括水文地質(zhì)條件調(diào)查、土地使用情況調(diào)查、周邊及上游污染源調(diào)查、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)查等4個部分。

2.1 水文地質(zhì)條件調(diào)查

2.1.1 地下水補給條件

該水源地地下水補給途徑主要有洪水滲漏補給，溝谷潛流補給和基巖裂隙水側(cè)向補給。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查，水源地一帶地表巖性松散，顆粒粗大，地勢平緩，沖溝發(fā)育有利于洪水滲入補給。水源地含水層為中、上更新統(tǒng)砂礫卵石，呈單一結(jié)構(gòu)，顆粒粗大，較松散，上下聯(lián)通性好，有利于溝谷潛流和基巖裂隙水補給。

2.1.2 開采含水層埋藏條件

根據(jù)物探和鉆孔資料，該水源地含水層埋藏深度一般在150m 左右，鉆孔揭露含水層厚53m左右。

2.1.3 開采含水層富水性

該水源地開采含水層為中更新統(tǒng)下的砂礫石，含水層顆粒粗大，泥質(zhì)含量較少，透水性好，富水性好，供水能力較強。根據(jù)鉆孔抽水試驗資料，水位下降3.3m 時涌水量為968.42m3/d，水位下降8m，涌水量為2347.68m3/d，推算水位下降10m 條件下單井出水量可達2593～2934m3/d。

2.2 土地使用情況調(diào)查

運用遙感監(jiān)測手段對研究區(qū)2009-2020年土地使用情況進行調(diào)查，2009-2020年，水源地周圍土地使用情況未發(fā)生任何改變，沒有受人為擾動跡象。研究區(qū)土地使用情況見下圖。

2.3 周邊及上游污染源調(diào)查

水源地周邊以沙漠為主，不涉及工業(yè)污染源、生活污染源及農(nóng)業(yè)污染源。水源地4 眼供水井均建在山前沖洪積傾斜平原的空曠地帶，地面平坦開闊，地表環(huán)境條件良好。在水源井周圍除了自身取水建筑物以外，周邊無居民、和其他構(gòu)筑物，水源地及周圍未發(fā)生過污染事故。

圖1 2009-2020年研究區(qū)土地使用情況調(diào)查影像圖

2.4 歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)查

2015-2020 年該水源地水源井氟化物監(jiān)測結(jié)果和超標倍數(shù)見表1。歷年檢測數(shù)據(jù)顯示：該水源地氟化物存在不同程度的超標。

表1 2015-2020年水源地水質(zhì)氟化物檢測結(jié)果

3 氟化物環(huán)境本底判定研究

環(huán)境本底判定需要證明超過判定標準限值的監(jiān)測項目僅受自然地理條件和地質(zhì)條件影響而非受人類社會活動影響（或影響較小）。該水源地地下水環(huán)境擬判定本底項目為氟化物，從地形地貌、氣候條件、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、水環(huán)境化學、土壤條件六個方面對研究區(qū)地下水氟化物的成因進行分析。

3.1 地形地貌條件

地形地貌條件是地下水補給、徑流的主要控制條件，也是水中氟分散或富集的重要條件。研究區(qū)位于山前沖洪積傾斜平原，氟含量高的地下水向地形低洼平緩地區(qū)運移，水源地氟含量相對增高。

3.2 氣候條件

氣候是高氟地下水形成的重要因素之一。降水入滲補給和蒸發(fā)消耗對地下水的動態(tài)以及化學成分的形成都有明顯影響。蒸降比較大，有利于氟的富集。研究區(qū)多年平均降水量124.28mm，蒸發(fā)量高達2097.97mm，為極其干旱的氣候特征，降水稀少，水動力條件差，蒸發(fā)強烈，濃縮作用加劇，以大陸鹽化為主，致使含氟礦物溶解后富集。

3.3 地質(zhì)條件

研究區(qū)位于高氟地下水分布區(qū)，一方面具有提供氟源的地質(zhì)背景，由于風成沙中含有云母，角閃石等礦物碎屑，因此為地下水中氟的存在提供了物質(zhì)基礎；另一方面又具有氟累積的化學條件，即富鈣的地質(zhì)環(huán)境，鈣與氟結(jié)合形成氟化鈣沉積下來，造成氟在土中富集。

3.4 水文地質(zhì)條件

含水層顆粒越粗，水力坡度越大，徑流條件越好，氟越不易富集。高氟地下水主要形成于多層結(jié)構(gòu)、導水性能弱、地下水位埋藏淺、水平徑流滯緩、入滲-蒸發(fā)的環(huán)境。研究區(qū)位于山前沖洪積傾斜平原，是地下水的匯流和蒸發(fā)排泄區(qū)，第四系地層廣泛分布，第四系粉沙、粉土的毛細上升高度一般為1～2 m，黏土上升高度為0.5～1.0m。粉沙與粉質(zhì)黏土毛細上升高度最大，地下水的蒸發(fā)作用強烈，這是高氟地下水形成的重要條件。

3.5 水化學環(huán)境

根據(jù)相關研究結(jié)果表明，地下水中氟的含量與pH值呈直線正相關關系，與鈣、鈣/鎂呈幕函數(shù)負相關關系，與鈉、(鈉+鎂)/鈣呈對數(shù)函數(shù)正相關關系。在較高pH 值情況下，容易發(fā)生CaCO3沉淀，鈣的活度降低而氟的活度增高，地下水的pH 值越高，越有利于氟的富集。研究區(qū)地下水pH 值在7.21～8.15 之間，為弱堿性水。資料顯示，弱堿性水中含氟硅酸鹽礦物易溶于水，導致巖石中的氟溶出。

3.6 土壤條件

淺層地下水與土壤中的化學組分會在一定條件下相互轉(zhuǎn)移。含氟礦物被溶解后，氟以離子狀態(tài)活躍于水體中。同時，研究區(qū)廣泛分布第四系地層，地層中的土壤膠體和黏粒吸附的氟易被釋放出來，這些活性氟轉(zhuǎn)移到地下水中，形成含氟量高的水。

研究區(qū)水化學作用以溶濾作用為主，地下水徑流過程中將巖土中的氟化物溶解，導致氟離子進入地下水。研究區(qū)上游地區(qū)周邊地質(zhì)形態(tài)保持良好且無污染源匯入，保持了較好的水質(zhì)原始性。因此，本次研究將氟化物納入環(huán)境本底判定范圍。

4 結(jié)語

通過對研究區(qū)污染源現(xiàn)狀、水文地質(zhì)下水歷史水質(zhì)特征分析，排除了人類活動行為導致地表污染物遷移到地下導致條件調(diào)查及區(qū)域地水源地氟化物超標，水質(zhì)氟化物指標超標受研究區(qū)的地形地貌條件、氣候條件、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件等多方面因素影響。