李政葵， 董紹勤， 馮海波

(1.內(nèi)蒙古大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.招金有色礦業(yè)有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400)

?

偃師市地下水化學(xué)特征及氮化物濃度分布研究

李政葵1， 董紹勤2， 馮海波1

(1.內(nèi)蒙古大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.招金有色礦業(yè)有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400)

通過水文地質(zhì)調(diào)查、水質(zhì)監(jiān)測對偃師市地下水化學(xué)類型特征及“三氮”(硝態(tài)氮、氨氮和亞硝態(tài)氮)的空間分布規(guī)律進(jìn)行研究.應(yīng)用piper三線圖分析表明，研究區(qū)地下水主要為低礦化度的HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca和HCO3—Mg 型地下水.利用濃度等值線圖分析表明，平原區(qū)地下水氨氮和硝態(tài)氮濃度較低，兩側(cè)的丘陵山區(qū)濃度較高.伊河和洛河交匯處，偃師市區(qū)以南亞硝態(tài)氮濃度較高.圖5，表1，參14.

地下水；地下水化學(xué)類型；三氮；偃師市

目前，我國北方大多數(shù)城市面臨著嚴(yán)重的地下水氮污染問題[9-10].隨著城市生活和工業(yè)生產(chǎn)中含氮廢水的不合理排放以及農(nóng)業(yè)氮肥的過量使用，偃師市“三氮”的濃度在不同程度上呈現(xiàn)出上升的趨勢，地下水的污染日趨嚴(yán)重，使得地下水的利用率不斷降低[11,12].因此，在開發(fā)和利用水資源的同時(shí)，如何保護(hù)地下水資源，防止“三氮”污染，對保障偃師市地下水可持續(xù)利用具有十分重要的意義.

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

偃師市位于河南省中西部，其東鄰鞏義市，西接洛陽市和孟津縣，南倚嵩山接登封市、伊川縣，北與孟州市隔黃河相望.偃師市境內(nèi)河流屬黃河水系，黃河沿邙嶺北麓流過，境內(nèi)長度超過1 km；偃師市水資源總量4.71×108m3，其中地表水1.37×108m3，地下水3.48×108m3.伊河、洛河流經(jīng)偃師市，從西側(cè)洛陽市流入境內(nèi)，在顧縣鎮(zhèn)楊村西北兩河匯合,向東經(jīng)鞏義市流入黃河，總長79 km，其中伊河37 km，洛河42 km.偃師市工農(nóng)業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的含氮廢水和生活污水等極易在地下水位埋深較淺的伊洛河沖洪積平原匯集，使得地下水中氮濃度升高.

1.2 氣象條件

偃師市屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候因素變異大，降水量時(shí)空分布不均.年降水量在500～600 mm，全年降雨主要集中在7～9月份，占全年平均降雨量的50%～75%.氣候特點(diǎn)為春季干旱、多風(fēng)，夏季炎熱、多雨，秋季天氣晴朗，冬季寒冷干燥.因而，該地區(qū)淺層地下水的氮濃度也會(huì)受到降水、蒸發(fā)等季節(jié)因素的影響.

1.3 區(qū)域地質(zhì)地貌及水文地質(zhì)概況

偃師市區(qū)域地貌類型復(fù)雜多樣，主要包括中低山、黃土臺塬、山前傾斜平原和河谷平原.其中，河谷平原為該市地下水資源豐富區(qū)，主要接受來自洛河和伊河的滲漏、大氣降水及含水層側(cè)向補(bǔ)給.平原區(qū)含水層由第四系松散沉積物組成，滲透性良好.山前傾斜平原主要分布在伊河以南，組成物質(zhì)為中、上更新統(tǒng)洪積含礫黃土狀粉質(zhì)粘土(北部)、含礫粉質(zhì)粘土(南部)及卵礫石層；黃土臺塬主要分布在研究區(qū)的北部，巖性滲透性較差，水資源較貧乏；中低山分布于研究區(qū)南部，由于強(qiáng)烈的侵蝕切割，山內(nèi)溝谷發(fā)育，多呈“V”形，滲透性差.

2 樣品采集與測定分析

該次研究在偃師市共采集地下水樣32組，采樣點(diǎn)用GPS定位.對銨根、硝酸根、亞硝酸根等顯著人為污染因子及鉀、鈉、鈣、鎂、氯離子、硫酸根及碳酸根等宏量離子進(jìn)行了監(jiān)測，采樣點(diǎn)的位置分布如圖1.

圖1 采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of sampling sites

從圖1上看，主要采樣點(diǎn)分布在以伊河、洛河為中心的平原區(qū)，這里也是人口密度較大、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)的區(qū)域，部分采樣點(diǎn)位于伊河、洛河沖積平原兩側(cè)的丘陵地帶.

3 水化學(xué)類型分析

天然地下水的化學(xué)成分是在漫長的地質(zhì)歷史中形成的，其形成過程受它所流經(jīng)的巖石的種類和性質(zhì)、補(bǔ)給水的特征和水-巖相互作用(water-rock interactions)共同影響[13].隨著人類對環(huán)境作用的增強(qiáng)，在一些地區(qū)人類活動(dòng)已經(jīng)成為影響地下水化學(xué)特征的主要因素.偃師市地下水的過量開采以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水的不合理排放，對區(qū)域地下水環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的影響.

圖2 偃師市地下水piper三線圖Fig.2 Piper Diagrm of groundwater in Yanshi City

4 淺層地下水氮分布特征及原因分析

4.1 研究區(qū)“三氮”濃度統(tǒng)計(jì)

表1 偃師市2009年三氮檢出結(jié)果Tab.1 Nitrides detection results of Yanshi City in 2009

注：—代表未檢出

4.2 地下水“三氮”濃度分布特征

1)氨氮分析.從整個(gè)區(qū)域上看，研究區(qū)中部伊洛河沖積平原區(qū)，氨氮濃度一般低于0.02 mg/L,符合地下水Ⅰ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—93)；南北兩側(cè)的低山丘陵地帶，一般在0.02～0.03 mg/L，符合地下水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).氨氮濃度最高的區(qū)域位于偃師市的最東邊，處在伊洛河下游與鞏義市的交界處(見圖3).

圖3 地下水中氨氮濃度分布等值線圖(mg/L)Fig.3 Distributing isogram of NH3-N(mg/L)

從區(qū)域地下水流動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)看，平原區(qū)地下水位埋深淺，含水層主要由滲透性良好的砂卵礫石組成，降水能夠較快的進(jìn)入含水層，因此平原區(qū)地下水溶解氧豐富.在有氧環(huán)境中，地下水中的硝化細(xì)菌能夠利用溶解氧，氧化氨氮，從而使平原區(qū)地下水中的氨氮含量較低.

2)硝酸鹽氮分析.硝酸鹽氮較高濃度主要分布在與鞏義市接壤的東部地區(qū)(見圖4)，達(dá)到21.42 mg/L；此外，偃師市的西南和西北局部地區(qū)的濃度也較高.整個(gè)偃師市污染濃度呈現(xiàn)出中心低，四周高的趨勢，濃度較低的地區(qū)主要集中在洛河、伊河沿岸周圍.

圖4 地下水中硝酸鹽氮濃度分布等值線圖(mg/L)Fig.4 Distributing chart of nitrate nitrogen(mg/L)

平原區(qū)巖層滲透性良好，既能夠接受伊河、洛河地表水的補(bǔ)給，又能接受降水及地下水的徑流補(bǔ)給，水資源比較豐富，更新速度較快，可能是其硝態(tài)氮含量相對較低的主要原因.

3)亞硝酸鹽氮分析.亞硝酸鹽氮較高濃度分布區(qū)主要集中在伊河和洛河交匯處及偃師市南部地區(qū)的山前傾斜平原，呈現(xiàn)出小區(qū)域點(diǎn)狀分布，最高濃度位于岳灘，達(dá)到0.024 mg/L(見圖5).南部丘陵山區(qū)亞硝態(tài)氮濃度總體高于北部黃土丘陵及中部平原區(qū).岳灘亞硝態(tài)氮濃度高，可能與工業(yè)廢水不合理排放導(dǎo)致的局部區(qū)域有機(jī)物含量高，而硝態(tài)氮參與生化反應(yīng)被還原有關(guān)；南部山區(qū)局部亞硝態(tài)氮含量高可能與農(nóng)業(yè)化肥的不合理使用有關(guān).

圖5 地下水中亞硝酸鹽氮濃度分布等值線圖(mg/L)Fig.5 Distributing isogram of nitrate nitrogen(mg/L)

5 結(jié)論與建議

通過該次調(diào)查，總體上看偃師市地下水主要為低礦化度的HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca和HCO3—Mg 型；在局部地區(qū) “三氮”濃度有超標(biāo)現(xiàn)象.其中氨氮濃度為0.02～0.20 mg/L，硝態(tài)氮濃度為0.01～21.42 mg/L，亞硝態(tài)氮濃度為未檢出-0.024 mg/L.氨氮和硝酸鹽氮濃度最高值出現(xiàn)在伊洛河畔(偃師市與鞏義市接壤的東部地區(qū))，濃度分別高達(dá)0.20和21.42 mg/L.受地下水流動(dòng)系統(tǒng)影響，偃師市伊-洛河畔平原區(qū)氨氮和硝態(tài)氮濃度相對山區(qū)低，亞硝態(tài)氮較高濃度區(qū)呈現(xiàn)點(diǎn)狀分布.

[1] 浮海梅,金云霄.淺談地下水硝酸鹽污染[J].地下水,2009,31(3): 85-87. FU Hai-mei,JIN Yun-xiao.Discussion on Nitrate Contamination of Groundwater [J].Groundwater,2009,31(3): 85-87.

[2] 董少剛,唐仲華,馬 騰,等.太原盆地地下水?dāng)?shù)值模擬[J].水資源保護(hù),2009,25(2): 25-27. DONG Shao-gang,TANG Zhong-hua,MA Teng,et al.Numerical Simulation of Groundwater Flow in Taiyuan Basin[J].Water Resources Protection,2009,25(2): 25-27.

[3] Ju X T,Kou C L,Zhang F S,et al.Nitrogen Balance and Groundwater Nitrate Contamination: Comparison among Three Intensive Cropping Systems on the North China Plain[J].Environmental Pollution,2006,143(1): 117-125.

[4] Liu G D,Wu W L,Zhang J.Regional Differentiation of Non-point Source Pollution of Agriculture-derived Nitrate Nitrogen in Groundwater in Northern China[J].Agriculture,Ecosystems & Environment,2005,107(2): 211-220.

[6] 潘 田,張幼寬.太湖流域長興縣淺層地下水氮污染特征及影響因素研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013,(4): 4. PAN Tian,Zhang Yu-kuan.A Study of Nitrogen Pollution in Shallow Groundwater and Its Affecting Factors in Changxing County in the Taihu Basin[J].Hydrogeology & Engineering Geology,2013,(4):4.

[7] 朱大奎,王 穎,王 棟,等.長江三角洲水環(huán)境水資源研究[J].第四紀(jì)研究,2004,24(5): 486-494. ZHU Da-kui,WANG Ying,WANG Dong,et al.Study on Water Environment and Water Resources on the Delta Plain of the Changjiang River[J].Quaternary Sciences,2004,24(5): 486-494.

[8] 王佳音,張世濤,王明玉,等.滇池流域大河周邊地下水氮污染的時(shí)空分布特征及影響因素分析[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2013,30(3): 339-346. WANG Jia-yin,ZHANG Shi-tao,WANG Ming-yu,et al.Temporal and Spatial Distribution of Nitrogen Pollution and Influencing Factors of Groundwater in Dianchi Watershed[J].Journal of Graduate University of ChineseAcademy of Sciences,2013,30(3): 339-346.

[9] 王偉寧,許光泉,何曉文.淮北平原地下水三氮濃度分布規(guī)律及其影響因素分析[J].水資源保護(hù),2010,26(2): 45-48. WANG Wei-ning,XU Guang-quan,HE Xiao-wen.Analysis of the Distribution and Influencing Factors of 3-nitrogen in groundwater of Huaibei Plain [J].Water Resources Protection,2010,26(2): 45-48.

[10] 喬光建,張均玲,唐俊智.地下水氮污染機(jī)理分析及治理措施[J].水資源保護(hù),2004,20(3): 9-12. QIAO Guang-jia,ZHANG Jun-ling,TANG Jun-zhi.Analysis on Mechanism of Nitrogen Pollution in Groundwater and Countermeasures [J].Water Resources Protection,2004,20(3): 9-12.

[11] 王現(xiàn)國,劉丕新,務(wù)宗偉.農(nóng)村淺層地下水污染特征及防治對策[J].地下水,2006,27(4): 282-283. WANG Xian-guo,LIU Pi-xin,WU Zong-wei.Pollution Characteristics of Shallow Groundwater in Rural Area and Countermeasures [J].Groundwater,2006,27(4): 282-283.

[12] 張向紅,張開展,李亞瓊,等.偃師市 2010 年生活飲用水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2011,21(2): 462-463. ZHANG Xiang-hong,ZHANG Kai-zhan,LI Ya-qiong,et al.Monitoring Results of Water Quality in Yanshi City in 2010 [J].Chinese Journal of Health Laboratory Technology,2011,21(2): 462-463.

[13] 高業(yè)新，王貴玲，劉花臺，等.石洋河流域的水化學(xué)特征及其地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)化[J].干旱地區(qū)資源與環(huán)境，2006，20(6)：84-88. GAO Ye-xin,WANG Gui-ling,LIU Huatai,et al.The Interaction Between the Groundwater and Surface Water and Chemical Characteristics in Shiyang River [J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2006,20(6):84-88.

[14] 王現(xiàn)國,王國章.偃師市水資源開發(fā)利用潛力分析與可持續(xù)利用對策[J].地下水,2002,24(4): 240-242. WANG Xian-guo,WANG Guo-zhang.Development and Utilization of Water Resources in Yanshi City [J].Groundwater,2002,24(4): 240-242.

Biography： LI Zheng-kui ,male,born in 1991,M.E.,research direction for prevention and control of ground water pollution.

Study on the Chemical Characteristics and the Concentrationof Nitride Distribution of Groundwater in Yanshi City

LI Zheng-kui1, DONG Shao-qin2, FENG Hai-bo1

( 1.College of Environment and Resources,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China；2.Zhaojin Nonferrous Metal Mining Co.,Ltd，Zhaoyuan 265400,China)

Based on the hydrogeologic survey and water quality monitoring,this paper explores the chemical characteristics and the space distribution of NOx—N,NH3—N,and nitrite-N of groundwater in Yanshi City.The Piper Diagram which is applied in the study shows that the groundwater there mainly contains HCO3—Ca·Mg,HCO3—Ca and HCO3—Mg with low salinity.The concentration isogram indicates the concentration of NH3-N and NOx-N of groundwater is low in the plain area while that is high in the nearby mountains and hills.The concentration of nitrite-N is rather high in the area where Yi River and Luo River meets and in the south of Yanshi City.5figs.,1tab.,14refs.

groundwater; chemical type of groundwater; three types of nitrogen(NOx—N,NH3—N,and nitrite-N); Yanshi City

2014-08-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：41002129)

李政葵(1991-)，男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士研究生，研究方向：地下水污染與防治.

2095-7300(2015)01-019-05

X523

A