興寧市農(nóng)村飲用水水源地的鐵與錳本底分析

摘要：以興寧市農(nóng)村飲用水水源地為研究對象，收集歷史例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，篩選有代表性的水源地，制定監(jiān)測方案開展序列月度監(jiān)測，形成本底值數(shù)據(jù)庫，通過正態(tài)檢驗(yàn)、異常值剔除等數(shù)理統(tǒng)計方法計算最小值、最大值、5%分位數(shù)、95%分位數(shù)和中位數(shù)，對水源地的鐵與錳本底值進(jìn)行表征?；诒镜字笛芯砍晒?，水源地達(dá)標(biāo)考核時剔除本底影響，達(dá)到客觀評價水源地水環(huán)境質(zhì)量的目的，為后續(xù)優(yōu)化水源地水環(huán)境管理和評價提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村飲用水水源地；鐵；錳；環(huán)境本底值；興寧市

中圖分類號：X523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.056

Analysis of Iron and Manganese Background in Rural Drinking Water Source Areas of Xingning City

GENG Xue

（Guangzhou Xunfeng Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510030， China）

Abstract： Taking rural drinking water source areas in Xingning city as the research object， historical routine monitoring data is collected， representative water source areas are screened， monitoring plans are formulated to carry out sequential monthly monitoring， and a background value database is formed， and by using mathematical statistical methods such as normality testing and outlier removal， the minimum， maximum， 5% quantile， 95% quantile， and median values are calculated to characterize the background values of iron and manganese in the water source area. Based on the research results of background values， the impact of background is removed during the assessment of water source compliance， achieving the objective evaluation of water environment quality in the water source area， and providing technical support for optimizing water environment management and evaluation in the future.

Keywords： rural drinking water source areas; iron; manganese; environmental background value; Xingning city

鐵、錳在自然環(huán)境中分布廣泛，是人體不可或缺的元素，但攝入過量會對身體產(chǎn)生不利影響。興寧市的礦產(chǎn)資源豐富，尤其是鐵礦，代表性礦山有鐵山嶂鐵礦、蘭排鐵礦和霞嵐釩鈦磁鐵礦。受水文地質(zhì)、地形地貌和氣象條件等因素影響，興寧市農(nóng)村飲用水水源地存在鐵、錳超標(biāo)現(xiàn)象，影響飲用水水質(zhì)安全。興寧市依法劃定25個農(nóng)村飲用水水源地（均為地表水型），其中湖庫型有18個，河流型有7個，在保障城鄉(xiāng)居民飲水方面發(fā)揮重大作用，歷史例行監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水源地出現(xiàn)鐵、錳經(jīng)常性超標(biāo)。為了解水源地鐵與錳的環(huán)境背景值，興寧市組織開展飲用水水源地鐵與錳本底調(diào)查。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

收集水源地歷史例行監(jiān)測數(shù)據(jù)、水源地保護(hù)區(qū)土地利用類型和礦產(chǎn)資源分布等資料，選擇有代表性的水源地開展水溫、pH、溶解氧、鐵與錳月度監(jiān)測（連續(xù)6個月）。其中，水源地2019年第四季度至2023年第四季度例行監(jiān)測數(shù)據(jù)由梅州市生態(tài)環(huán)境局興寧分局提供，水源地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)土地利用類型和興寧市礦產(chǎn)資源資料由興寧市自然資源局提供，降水量數(shù)據(jù)由興寧市氣象局提供。

1.2 評價方法

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部制定的《地表水和地下水環(huán)境本底判定技術(shù)規(guī)定（暫行）》和《地下水環(huán)境背景值統(tǒng)計表征技術(shù)指南（試行）》進(jìn)行本底值判定。對本底值數(shù)據(jù)庫內(nèi)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，采用格魯布斯檢驗(yàn)法（樣本數(shù)量不大于100個）或均值加減三倍標(biāo)準(zhǔn)差法（樣本數(shù)量大于100個）進(jìn)行異常值的識別和剔除，計算剩余樣本數(shù)據(jù)中的最小值、最大值、5%分位數(shù)、95%分位數(shù)和中位數(shù)來表征環(huán)境本底值[1]。

2 結(jié)果分析

2.1 水源地超標(biāo)情況

根據(jù)水源地歷史例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，歷史上出現(xiàn)鐵、錳超標(biāo)的水源地有13個，超標(biāo)水源地在空間上未呈現(xiàn)明顯的分布規(guī)律，分布在興寧市北部和中南部。水源地水環(huán)境中，鐵、錳的歷史超標(biāo)次數(shù)如表1所示。從時間分布上看，湖庫型水源地超標(biāo)情況主要出現(xiàn)在第一季度和第四季度，第二季度和第三季度未出現(xiàn)超標(biāo)；河流型水源地超標(biāo)情況主要出現(xiàn)在第二季度和第三季度，第一季度和第四季度未出現(xiàn)超標(biāo)。水源地水環(huán)境中，鐵、錳歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。其中，鐵超標(biāo)次數(shù)為10次，超標(biāo)值介于0.380～1.250 mg/L，平均值為0.646 mg/L，超標(biāo)倍數(shù)介于0.267～3.167，最大超標(biāo)倍數(shù)出現(xiàn)在第一季度；錳超標(biāo)次數(shù)為13次，超標(biāo)值介于0.105～0.320 mg/L，平均值為0.210 mg/L，超標(biāo)倍數(shù)介于0.050～2.200，最大超標(biāo)倍數(shù)出現(xiàn)在第一季度。水源地鐵、錳濃度受季節(jié)影響明顯，不同水源地受區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響，鐵、錳濃度不同[2]。

研究期間，對歷史出現(xiàn)鐵錳超標(biāo)的13個水源地開展連續(xù)6個月的月度監(jiān)測，監(jiān)測要素包括水源地水環(huán)境、底泥和周邊土壤環(huán)境中鐵、錳含量，如表3、表4所示。監(jiān)測結(jié)果表明，月度監(jiān)測期間，每個月水源地水環(huán)境中鐵、錳均有超標(biāo)。其中，鐵超標(biāo)值介于0.31～31.20 mg/L，平均值為1.407 mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)為103倍；錳超標(biāo)值介于0.11～0.56 mg/L，平均值為0.242 mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)為4.6倍。水源地周邊土壤中，鐵含量為1.32%～5.72%，平均值為3.21%；水源地底泥中，鐵含量為1.24%～8.01%，平均值為4.13%。水源地周邊土壤中，錳含量為0.24～1.22 g/kg，平均值為0.51 g/kg；水源地底泥中，錳含量為0.13～1.53 g/kg，平均值為0.69 g/kg。經(jīng)對比分析，湖庫型水源地底泥中鐵、錳含量普遍較水源地周邊土壤中鐵、錳含量高，說明地質(zhì)環(huán)境中的鐵、錳在湖庫型水源地底泥中有明顯的沉淀富集，河流型水源地底泥中鐵、錳含量普遍較水源地周邊土壤中鐵、錳含量低，說明地質(zhì)環(huán)境中的鐵、錳未在河流型水源地底泥中有明顯的沉淀富集。

2.2 超標(biāo)原因分析

根據(jù)土地利用類型和礦產(chǎn)資源分布，結(jié)合現(xiàn)場踏勘、人員訪談等多種途徑論證，證實(shí)超標(biāo)水源地受人類活動影響較小，不存在鐵、錳人為污染源，水源地鐵、錳濃度主要受自然環(huán)境影響，這是水源地本底值的真實(shí)反映。

2.3 正態(tài)檢驗(yàn)

因歷史例行監(jiān)測數(shù)據(jù)檢測范圍、檢測標(biāo)準(zhǔn)方法、檢出限等均不相同，選用連續(xù)6個月的檢出數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，鐵、猛檢出數(shù)據(jù)經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布。

2.4 異常值識別與剔除

鐵、錳樣本數(shù)據(jù)匯總及處理分析結(jié)果如表5所示。鐵、錳總樣本數(shù)均為110個。其中，鐵檢出樣本為98個，檢出率為89.1%，未檢出數(shù)據(jù)用0.5倍的檢出限替代后，使用均值加減三倍標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行異常值識別和剔除；錳檢出樣本為49個，檢出率為44.5%，只統(tǒng)計檢出數(shù)據(jù)，采用格魯布斯檢驗(yàn)法進(jìn)行異常值識別和剔除。經(jīng)篩選，鐵樣本數(shù)據(jù)中有12個異常值予以剔除，剩余樣本數(shù)為98個；錳樣本數(shù)據(jù)中有8個異常值予以剔除，剩余樣本數(shù)為41個。

2.5 本底值表征

地表水環(huán)境影響因素眾多，其本底值的確定存在較多不確定性因素，因此采用數(shù)理統(tǒng)計方法確定環(huán)境本底值的表征范圍[3]。一般采用樣本數(shù)據(jù)中的最小值、最大值、5%分位數(shù)、95%分位數(shù)和中位數(shù)來表征，以順序統(tǒng)計量的95%分位數(shù)作為本底值上限。鐵、錳環(huán)境本底值的表征結(jié)果如表6所示。

2.6 應(yīng)用

根據(jù)研究結(jié)果，鐵、錳本底值表征范圍的上限均超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值，說明鐵、錳本底情況對興寧市農(nóng)村飲用水水源地水環(huán)境管理和評價有較大的負(fù)面影響。我國水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與評價方法未充分考慮環(huán)境背景的空間差異性，環(huán)境本底值問題突出，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率長期處于較低水平[4]。因此，達(dá)標(biāo)考核時要剔除本底值影響，為后續(xù)水源地替換和自來水廠工藝改進(jìn)等提供技術(shù)支撐，保障供水安全。

3 結(jié)論

受水文地質(zhì)、氣象條件等因素影響，興寧市農(nóng)村飲用水水源地中，鐵、錳的環(huán)境本底值較高，二者屬于背景污染物，嚴(yán)重影響水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)考核結(jié)果。水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)考核時，剔除本底值有助于客觀地反映水源地水環(huán)境質(zhì)量。后續(xù)應(yīng)在農(nóng)村飲用水水源地建立環(huán)境本底值監(jiān)測站，完善水源地本底值數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實(shí)際情況對水源地本底值表征范圍進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，若國家出臺確定地表水型飲用水水源地環(huán)境背景值的具體規(guī)定，則執(zhí)行國家有關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)

1 于秋穎，高 冰.包頭市達(dá)茂旗飲用水水源地氟化物本底調(diào)查研究[J].包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2021（2）：65-67.

2 傅德黔，王曉慧，劉 京，等.長江河源水環(huán)境背景值調(diào)查及分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，1998（1）：9-11.

3 段茂慶，杜 霞，彭文啟，等.特殊區(qū)域地表水環(huán)境背景值表征技術(shù)方法研究與應(yīng)用[J].中國環(huán)境科學(xué)，2020（11）：5092-5104.

4 段茂慶，杜 霞，彭文啟，等.黑龍江省源頭水保護(hù)區(qū)水環(huán)境特征分析及背景問題識別[J].環(huán)境化學(xué)，2021（6）：1763-1774.

作者簡介：耿雪（1990—），女，安徽滁州人，工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境管理與咨詢。