淮河流域淺層地下水中Hg?As?Cr6+賦存特征及農(nóng)業(yè)用水建議

摘要 以地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目為依托，對淮河流域內(nèi)4 000余組淺層地下水樣品測試結(jié)果進(jìn)行評價(jià)分析。評價(jià)依據(jù)為地下水污染調(diào)查評價(jià)技術(shù)要求和地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果顯示，淮河流域淺層地下水中As檢出較多，超標(biāo)嚴(yán)重，超標(biāo)率9.76%，Hg、Cr6+檢出率和超標(biāo)率稍低。分析認(rèn)為，Hg、As有原生成因，也有人為活動(dòng)影響成因，Cr6+主要由人為活動(dòng)造成。在評價(jià)研究基礎(chǔ)上，針流域內(nèi)農(nóng)村居民飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水兩種用途，提出了開發(fā)利用地下水的建議，為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 淮河流域；重金屬；分布特征；農(nóng)業(yè)用水；建議

中圖分類號S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10698-03

基金項(xiàng)目中國地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目（1212010634500，1212011121146）。

作者簡介龔建師（1981- ），男，河南鄧州人，助理研究員，從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查及研究工作。

自然狀態(tài)下的重金屬以原生微量元素狀態(tài)存在，一般對人類健康沒有危害。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類活動(dòng)強(qiáng)度加速，化學(xué)產(chǎn)品日益劇增，經(jīng)過各種途徑進(jìn)入地下水環(huán)境的重金屬越來越多，對水體造成嚴(yán)重污染。一方面危害水-土生態(tài)系統(tǒng)，對農(nóng)作物產(chǎn)生各種有害作用；另一方面通過飲用水、皮膚接觸、食物鏈途徑直接或間接地影響人類健康。在這些重金屬（類金屬）污染物中，尤以汞、鎘、鉻、鉛、砷的毒性最大。

近年來國內(nèi)外對于地下水污染的調(diào)查研究規(guī)模在加大，程度在加深。國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局自2006年以來在淮河流域啟動(dòng)“淮河流域平原地區(qū)地下水污染調(diào)查評價(jià)”和“淮北（安徽）地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目”，對區(qū)域地下水質(zhì)量現(xiàn)狀和污染程度進(jìn)行評價(jià)。該研究以上述地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目為依托，以和人類活動(dòng)關(guān)系密切的淮河流域淺層地下水為目標(biāo)研究層位，對地下水中的重金屬Hg、As、Cr6+賦存現(xiàn)狀、分布特征進(jìn)行評價(jià)[1-2]。在此基礎(chǔ)上對流域內(nèi)農(nóng)業(yè)用地下水開發(fā)利用提出建議，為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1研究區(qū)概況

1.1地理概況淮河流域包括淮河水系與沂沭泗河水系，總面積約26.9萬km2。其中，淮河水系面積約18.9萬km2，沂沭泗河水系面積約8萬km2，流域主要覆蓋河南、安徽、江蘇、山東4省。

流域總的地形為由西北向東南傾斜，淮南山丘區(qū)、沂沭泗山丘區(qū)分別向北和向南傾斜。流域內(nèi)有山區(qū)、丘陵、廣闊的平原及湖泊洼地，其面積分別占流域面積的百分比為：山區(qū)占13%，丘陵占19%，平原占52%，湖泊洼地占16%。

1.2土壤類型淮河流域山區(qū)、丘陵區(qū)主要分布為棕壤、褐土（成土母質(zhì)為各類巖石風(fēng)化物、洪積沖積物及人工堆墊物）和水稻土?；春又猩嫌纹皆貐^(qū)主要為黃潮土（系由河流沉積物和近代黃泛沉積物發(fā)育而成）、砂疆黑土和棕潮土等，并在其間零星分布著小面積的鹽化潮土和鹽堿土；淮河下游平原水網(wǎng)區(qū)為水稻土，系由第四紀(jì)湖相沉積層組成；蘇魯兩省濱海平原新墾地多為濱海鹽土，含鹽量較高。

1.3地下水類型及特征淮河流域地下水主要分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水3種類型。其中分布最廣的為松散巖類孔隙水，其次為巖溶水和基巖裂隙水，但有供水意義的主要為孔隙水和巖溶水。

平原區(qū)松散巖類孔隙水在區(qū)內(nèi)分布最為廣泛，按其埋藏深度可分為淺層地下水和深層地下水。在流域內(nèi)平原區(qū)地表下30～55 m之間，區(qū)域上廣泛分布有一層14～20 m厚的粘性土層。因此，傳統(tǒng)上大致以地表下50 m為界限，將埋深小于和大于50 m的松散巖類孔隙含水層組分別劃分為淺層含水系統(tǒng)和深層含水系統(tǒng)。流域內(nèi)農(nóng)村個(gè)體自打井、集體開掘井基本都位于50 m以淺，所以淮河流域內(nèi)具有農(nóng)業(yè)供水意義的地下水含水系統(tǒng)就是50 m以淺的淺層含水系統(tǒng)?；春恿饔蛏嫌蔚貐^(qū)地下水基本是由西北流向東南，南部西部則由西向東流。北部崗狀平原區(qū)淺層孔隙地下水水位埋深一般大于6 m；北部低緩平原區(qū)大部分為2～4 m；南部地下水位埋深大部分小于2 m。淺層孔隙地下水水位主要受降水和蒸發(fā)及地表水影響，水位變幅一般為1.5～2.5 m。

2樣品采集及測試方法

2.1樣品采集在淮河流域采集地下水樣品并進(jìn)行無機(jī)組分測試的共5 934組，其中淺層地下水樣（埋深小于50 m）4 653組，該研究中參評樣數(shù)4 592組。樣品采集時(shí)間主要集中于每年的枯水期和平水期。

2.2測試分析方法樣品由國土資源部華東礦產(chǎn)監(jiān)督檢測中心、國土資源部南京礦產(chǎn)檢驗(yàn)檢測中心、國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心分析。

2.3評價(jià)方法評價(jià)方法參照地質(zhì)調(diào)查局地下水污染調(diào)查評價(jià)技術(shù)要求（2011版）進(jìn)行。評價(jià)過程中，由于方法檢出是定性的，且各實(shí)驗(yàn)室不同，綜合考慮《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2007）和《地下水污染調(diào)查評價(jià)規(guī)范》（DD2008-01），樣點(diǎn)測試指標(biāo)按單點(diǎn)單指標(biāo)評價(jià)制圖，不做區(qū)域性等值線評價(jià)制圖，更直觀反映調(diào)查測試實(shí)際情況。單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果以I、II、III、 IV、V 類劃分，I～I(xiàn)II類水為優(yōu)良級別，IV、V類水為劣質(zhì)水，對生物可以造成健康危害。采樣點(diǎn)分布具體見圖1。

3.1總體評價(jià)結(jié)果根據(jù)測試分析結(jié)果，對區(qū)域淺層地下水中3種元素進(jìn)行評價(jià)，具體表述為檢出率和超標(biāo)率。檢出率計(jì)算公式為：檢出率（%）= 檢出點(diǎn)總數(shù)/樣品總數(shù)。超標(biāo)率公式為：超標(biāo)率（%）=超標(biāo)點(diǎn)總數(shù)（超過III類水上限）/樣品總數(shù)。

由表1可見，淺層水中重金屬均有檢出，其中As檢出率遠(yuǎn)高于Hg和Cr6+。3種元素含量超過III類水評價(jià)限的相對較少，最高者為As，超標(biāo)率為9.76%，最低者為Cr6+，僅為0.2%。

3.2Hg分布特征研究區(qū)內(nèi)淺層地下水中Hg檢出率較低，尤其豫西山地前緣、魯南山地前緣、大別山北緣地帶未有Hg檢出。在檢出的少量含Hg地下水中，有2.09%的樣點(diǎn)超標(biāo)。超標(biāo)點(diǎn)主要集中在徐州、淮北、商丘東、濟(jì)寧一帶，在淮南、周口東、泰安南、蚌埠西一帶也有少量超標(biāo)，呈零星分布狀態(tài)（圖2）。樣點(diǎn)集中區(qū)為淮河流域境內(nèi)典型的煤炭工業(yè)基地。

3.3As分布特征As在研究區(qū)內(nèi)檢出率較高，超過40%的樣點(diǎn)都有As檢出。超標(biāo)樣點(diǎn)也較多，超標(biāo)率達(dá)到9.76%（圖3）。超標(biāo)樣點(diǎn)總體呈分散分布，在兩大區(qū)塊少有集聚。一個(gè)集聚區(qū)為江蘇里下河以東地區(qū)，另一個(gè)集聚區(qū)為豫東皖中地區(qū)。里下河以東地區(qū)相對于淮河中上游地區(qū)來說，是個(gè)獨(dú)特水文地質(zhì)單元，其在含水系統(tǒng)形成過程中有廢黃河三角洲、淮河三角洲、海岸帶變遷等多重沉積因素；豫東皖中地區(qū)為區(qū)內(nèi)人口密集、城鎮(zhèn)密集地區(qū)，工農(nóng)業(yè)活動(dòng)對環(huán)境造成的負(fù)荷較重。

3.4Cr6+分布特征研究區(qū)內(nèi)Cr6+檢出極少，在4 070組參評樣品中，179組有檢出，僅8組超過III類水上限，超標(biāo)率002%。樣點(diǎn)不均勻零散分布于淮河流域，其中安徽、山東境內(nèi)沒有超標(biāo)點(diǎn)（圖4）。

3.5重金屬來源分析Hg、As有自然來源和人為來源。自然生成的Hg、As主要來源于火山活動(dòng)、地質(zhì)沉淀所產(chǎn)生的礦物化學(xué)過程。自然產(chǎn)生的Hg賦存于大氣、礦物、土壤、水中，As賦存于礦物、土壤、水中，就富集程度而言，As一般是大于Hg的。Cr6+有別于As和Hg，其來源基本全部是人為活動(dòng)造成的。3種重金屬的人為來源主要由工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)居民生活污染所造成。

3.5.1工業(yè)來源。工業(yè)能源大都以煤、石油類為主，它們是環(huán)境中汞、鉻、砷等重金屬污染的主要來源。在采礦、選礦、冶煉、鍛造、加工、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬污染。排放的廢水、廢渣等直接進(jìn)入水體及土壤中，廢氣中的重金屬經(jīng)沉降也進(jìn)入土壤等環(huán)境中，從而使得環(huán)境中重金屬濃度嚴(yán)重超標(biāo)?；春恿饔蚱巾斏健⑸糖稹⑿熘?、淮北、淮南、濟(jì)寧是全國著名的煤炭基地，采掘業(yè)發(fā)達(dá)。

3.5.2農(nóng)業(yè)來源。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，污水灌溉、農(nóng)藥、劣質(zhì)化肥等的不合理使用是重金屬污染的重要途徑。以磷肥為例，生產(chǎn)磷肥的磷礦石成分復(fù)雜，含有重金屬如鉻等，因此如不合理地使用，劣質(zhì)化肥中的重金屬雜質(zhì)會(huì)直接導(dǎo)致土壤和地下水被污染?；春恿饔蛭挥邳S淮海平原中南部，是全國重要的商品糧基地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁[3]。

3.5.3城鎮(zhèn)生活來源。城市日益變成重金屬污染的重要來源之一，污染過程主要包括污水處理中產(chǎn)生污泥的堆放、垃圾滲濾液的泄漏以及汽車交通等。污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有大量的重金屬，如不經(jīng)處理直接排放或者灌溉，會(huì)對土壤環(huán)境造成二次污染。城市垃圾在焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰及堆放填埋過程中產(chǎn)生的滲濾液中的重金屬通常也會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)?；春恿饔蛞詾槠皆瓰橹鳎丝诒姸?，城鎮(zhèn)密度較大，且經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，污染隨意排放現(xiàn)象嚴(yán)重，污水處理程度不夠[4-5]。

4Hg、As、Cr6+危害及農(nóng)業(yè)用水建議

4.1危害Hg、As、Cr6+的自然危害就是構(gòu)成環(huán)境污染。進(jìn)入水中難溶，構(gòu)成水污染；進(jìn)入土壤構(gòu)成土壤污染；進(jìn)入大氣構(gòu)成大氣污染；被生物吸收構(gòu)成生態(tài)污染。且重金屬污染難分解、難處理。Hg、As、Cr6+的人體危害是通過人體直接接觸或者食物鏈影響人體健康。具體危害如下。

4.1.1Hg。食入后直接沉入肝臟，對大腦視力神經(jīng)破壞極大。天然水每升水中含0.01 mg，就會(huì)強(qiáng)烈中毒。含有微量的汞飲用水，長期食用會(huì)引起蓄積性中毒。

4.1.2As。會(huì)使皮膚色素沉著，導(dǎo)致異常角質(zhì)化。

4.1.3Cr6+。會(huì)造成四肢麻木，精神異常。

4.2農(nóng)業(yè)用水建議

4.2.1農(nóng)村飲用水用水建議?；春恿饔驈V大農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)在仍以村民自打井為主要供水方式，淺層地下水為該供水系統(tǒng)的主要供水水源。針對該部分供水需求，可以從以下幾方面規(guī)避減少地下水中重金屬的影響。

4.2.1.1切斷污染源，減少重金屬污染物質(zhì)進(jìn)入地下水循環(huán)系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^宣傳教育、立法執(zhí)法方式，禁止農(nóng)村居民在水井匯水范圍內(nèi)進(jìn)行地表污水排放、固體廢物隨意堆置等行為，減少污染源對地下水的污染。

4.2.1.2改變供水方式。尋找潔凈淺層地下水水源地，進(jìn)行村鎮(zhèn)一級的集中供水，對供水水源及供水設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以提高防污效果；同時(shí)集中供水可以增加單井開采量，增大地下水循環(huán)速率，提高地下水含水系統(tǒng)環(huán)境自凈能力。

4.2.1.3改變?nèi)∷畬游弧？梢赃M(jìn)行區(qū)域深層地下水資源評價(jià)，在資源保障情況下，適當(dāng)采取深層地下水。深層地下水為承壓水，是相對封閉系統(tǒng)，受人為污染較小。

4.2.2農(nóng)業(yè)灌溉用水建議?；春恿饔?yàn)閲抑饕唐芳Z基地，農(nóng)業(yè)灌溉對水量需求較大。近年來區(qū)內(nèi)地表水污染嚴(yán)重，地下水在農(nóng)灌中發(fā)揮的作用越來越大。對于農(nóng)灌開采地下水，可以從以下方面減少重金屬污染的影響[6]。

4.2.2.1進(jìn)行作物產(chǎn)區(qū)規(guī)劃。對于土壤和地下水中重金屬超標(biāo)嚴(yán)重區(qū)域，盡量避免種植重金屬宜富集糧食作物和蔬菜。如萵苣、蘆蒿等植物，易吸收Cr6+，那么在Cr6+污染區(qū)就盡量不種植該類蔬菜。

4.2.2.2適當(dāng)調(diào)整灌溉井結(jié)構(gòu)。目前淮河流域農(nóng)灌井大部分地區(qū)以大口井為主，該類水井易受地表污染物進(jìn)入。可進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，施工一些小口徑水文地質(zhì)鉆孔（水井），并根據(jù)水文地質(zhì)條件，進(jìn)行孔內(nèi)隔水、濾水，防止污染物進(jìn)入。

4.2.2.3建立農(nóng)灌井監(jiān)測網(wǎng)。隨著地下水灌溉量的增加，對地下水水位、水質(zhì)的監(jiān)測工作有必要納入統(tǒng)一管理。通過監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè)，可以實(shí)時(shí)掌握淺層地下水的水質(zhì)變化，為農(nóng)用水管理、規(guī)劃提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

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