呼和浩特盆地淺層地下水砷含量分布規律研究

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律，對研究區380個淺層地下水砷樣品數據進行了分析，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準限值10 μg/L的概率分布。結果表明：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是研究區淺層地下水砷含量最高的地區。地下水砷含量超過10 μg/L的地區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風險。晚更新世——全新世時期古沉積環境格局是影響淺層地下水砷含量分布的重要原因。

關鍵詞：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：P641

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0047-02

1 引言

高砷地下水在我國是一個嚴重的環境問題，是引起飲水型地方性砷中毒的主要原因。根據《全國地方病防治“十二五”規劃》，內蒙古自治區13個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旗縣位于呼和浩特盆地內。世界衛生組織制定《飲用水水質準則（第四版）》以及我國最新修訂的《生活飲用水衛生標準》（GB5479-2006）都將10μg/L定為飲用水的標準限值（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，尤其是較易開發利用的淺層地下水中砷含量分布的認識程度較低，仍有待于進一步研究[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象，探究呼和浩特盆地淺層地下水砷含量的分布規律，并利用指示克里格法預測研究區淺層地下水砷含量超過10 μg/L飲用水標準限值的分布概率，旨在為本區地下水資源的合理開發利用提供科學依據。

2 研究區概況

研究區全部位于呼和浩特市境內。地貌上，研究區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、南部為林格爾臺地和托克托臺地（圖1）。根據含水系統成因及水力聯系特征，將研究區第四系孔隙含水系統劃分為單一結構潛水區和雙層結構區[3，4]。雙層結構區含水層由上部淺層含水層、中部湖相淤泥質隔水層和下部承壓含水層構成。其中上部淺層地下水包括了潛水和淺層微承壓水，兩者水力聯系密切，形成了統一的地下水位[5]。本文所指的淺層地下水包括了單一結構區潛水和雙層結構區的淺層地下水。

3 材料與方法

3.1 樣品采集與測試

2012～2017年間分三批在研究區共采集380個淺層地下水砷樣品，樣品分布較均勻。砷樣品采集時，添加1：1HCl酸化至pH值小于2，并裝入40 mL避光的棕瓶內4℃下保存。所有樣品5d內送至圍土資源部地下水礦泉水及環境監測中心，砷含量測定采用美國瓦里安公司產的Varian820—ms型1CP—MS測試。

3.2 研究方法

根據指示克里格法，選擇砷含量10 μg/L的飲用水標準限值作為閾值，將地下水砷含量轉為值為0或1的_進制變量，即地下水砷含量大于10 μg/L，時，轉換后的變量為1，小于或等于10 μg/L時，轉換后的變量則為0。因為指示變量值是0或1，所以未知點的差值結果為0～l，因此由指示克里格法獲得的預測結果可以解釋成變量預測值為1的概率[6]。采用GS+軟件計算擬舍最優的指示半變異函數，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，超標率為27.11%，變異系數2.44，砷含量在數值上具有極強的變異性。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地和林格爾臺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是研究區淺層地下水砷含量最高的地區。地下水砷含量超過10 μg/L。的地區主要分布在盆地中兩部，即大黑河沖湖積平原的中部。該地區地勢低平，是區域地下水的弱徑流區和排泄區。該區域塔布賽鄉鐵帽村（砷含量：428.38 μg/L，369.0 μg/L）以及古城鄉北斗林蓋村（砷含量：357.5 μg/L，340.5 μg/L）的地下水砷含量為全區最高。

圖2為淺層地下水砷含量超過10 μg/L的不同概率區間的平面分布情況。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、北什軸鄉、白廟子鄉和托克托縣的五申鎮、古城鄉以及研究區西南鄰近黃河的托克托縣雙河鎮的部分區域，地下水砷含量高于10 μg/L的概率在0.75以上，這表明該區域淺層地下水面臨砷含量超標的風險較大。在地下水砷含量最高的塔布賽鄉鐵帽村，砷含量超標的概率在0.75以上，而在古城鄉北斗林蓋村，砷含量超標的概率則在0.5—0.75之間。研究區東部四市區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

研究區淺層地下水豐要賦存于晚更新統一全新統（Q3-4）地層中。在晚更新世—全新世時期，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——池沼沉積環境。湖沼沉積環境向南直抵林格爾臺地和托克托臺地，東北邊界可達白廟子鄉，湖沼沉積環境中心恰好位于鐵帽村一帶，該區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。這種古環境格局決定了研究區淺層地下水砷含量分布。在沖積和沖洪積地區，有機質含量較低，沉積物顆粒較粗，地下水水化學環境多為氧化環境，地下水徑流速度也較快，不利于地層中砷的釋放和累積。而在湖沼沉積環境中，有機質含量較高，沉積物顆粒較細，地下水還原性較強且徑流緩慢，十分有利于高砷水的形成。

5 結論

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是研究區淺層地下水砷含量最高的地區。地下水砷含量超過10 μg/L的地區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、北什軸鄉、白廟子鄉和托克托縣的五申鎮、古城鄉以及研究區西南鄰近黃河的托克托縣雙河鎮部分區域，地下水砷含量高于10 μg/L的概率在0.75以上，該區域淺層地下水面臨著較大的砷含量超標風險，岡此在地下水開發利用時應予以重視。晚更新世——全新世時期沖積、沖洪積以及湖沼等古沉積環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：

[1]王雷，張美云，羅振東，呼和浩特盆地寓砷地下水的分布、特征及防治對策[J]，內蒙古民族大學學報（自然科學版），2003，18 （5）：402～404.

[2]劉曉波，董少剛，劉白薇，等.內蒙古土默川平原地下水水文地球化學特征及其成因[J].地球學報，2017， 38（6）;919～929.

[3]張翼龍，陳宗宇，曹文庚，等.DRASTIC與同位素方法在內蒙占呼和浩特市地F水防污性評價中的應用[J].地球學報，2012（5）;819～825.

[4]張澤鵬，朱玉晨，郝奇琛，等.呼和浩特盆地地下水流系統變異機制及其資源效應[J].水文地質工程地質，2017（2）：63～68.

[5]楊性愷，席廷鈺，郭玲，等，呼和浩特市甫郊大氣環境質量狀況的研究[J].內蒙古農業大學學報（自然科學版），1094（1）：79～84

[6]王政權.地統計學及在生態學中的應用[M].科學出版社，1999.