內蒙古巴丹吉林地區地下水型水源地氟化物環境本底調查研究

史俊平

（內蒙古地質調查研究院，內蒙古呼和浩特010011）

環境本底一般是指人類在某個區域進行某種社會活動行為之前的自然環境狀態[1-2]。內蒙古自治區范圍內部分水源地依據《地下水環境質量標準》[3]評價時，水源地水質會出現一種或多種元素超標，而確定水質超標原因時不僅要分析人類活動影響，也應分析水文地質條件及地下水水化學演化對地下水水質產生的影響。巴丹吉林地區地下水型水源地在水源地水源井例行監測過程中發現氟化物超過國家地下水質量標準III 類水限值(1.0mg/L)，因此，地下水環境本底調查研究對于科學的確定水質超標原因有著重要意義。

1 背景資料

內蒙古巴丹吉林地區地下水型水源地位于巴丹吉林鎮南部，距巴丹吉林鎮所在地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，將該區域作為研究區。該水源地是以解決阿拉善右旗巴丹吉林鎮地區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。水源地水質例行監測數據表明該水源氟化物超標，為科學明確水質超標原因，開展了環境本底調查研究。

2 環境本底調查

該水源地環境本底調查包括水文地質條件調查、土地使用情況調查、周邊及上游污染源調查、歷史監測數據調查等4個部分。

2.1 水文地質條件調查

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向補給。根據區域水文地質調查，水源地一帶地表巖性松散，顆粒粗大，地勢平緩，沖溝發育有利于洪水滲入補給。水源地含水層為中、上更新統砂礫卵石，呈單一結構，顆粒粗大，較松散，上下聯通性好，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下的砂礫石，含水層顆粒粗大，泥質含量較少，透水性好，富水性好，供水能力較強。根據鉆孔抽水試驗資料，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 土地使用情況調查

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

2.3 周邊及上游污染源調查

水源地周邊以沙漠為主，不涉及工業污染源、生活污染源及農業污染源。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、和其他構筑物，水源地及周圍未發生過污染事故。

圖1 2009-2020年研究區土地使用情況調查影像圖

2.4 歷史監測數據調查

2015-2020 年該水源地水源井氟化物監測結果和超標倍數見表1。歷年檢測數據顯示：該水源地氟化物存在不同程度的超標。

表1 2015-2020年水源地水質氟化物檢測結果

3 氟化物環境本底判定研究

環境本底判定需要證明超過判定標準限值的監測項目僅受自然地理條件和地質條件影響而非受人類社會活動影響（或影響較小）。該水源地地下水環境擬判定本底項目為氟化物，從地形地貌、氣候條件、地質條件、水文地質條件、水環境化學、土壤條件六個方面對研究區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消耗對地下水的動態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。研究區多年平均降水量124.28mm，蒸發量高達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 地質條件

研究區位于高氟地下水分布區，一方面具有提供氟源的地質背景，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基礎；另一方面又具有氟累積的化學條件，即富鈣的地質環境，鈣與氟結合形成氟化鈣沉積下來，造成氟在土中富集。

3.4 水文地質條件

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構、導水性能弱、地下水位埋藏淺、水平徑流滯緩、入滲-蒸發的環境。研究區位于山前沖洪積傾斜平原，是地下水的匯流和蒸發排泄區，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。粉沙與粉質黏土毛細上升高度最大，地下水的蒸發作用強烈，這是高氟地下水形成的重要條件。

3.5 水化學環境

根據相關研究結果表明，地下水中氟的含量與pH值呈直線正相關關系，與鈣、鈣/鎂呈幕函數負相關關系，與鈉、(鈉+鎂)/鈣呈對數函數正相關關系。在較高pH 值情況下，容易發生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移。含氟礦物被溶解后，氟以離子狀態活躍于水體中。同時，研究區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，這些活性氟轉移到地下水中，形成含氟量高的水。

研究區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。研究區上游地區周邊地質形態保持良好且無污染源匯入，保持了較好的水質原始性。因此，本次研究將氟化物納入環境本底判定范圍。

4 結語

通過對研究區污染源現狀、水文地質下水歷史水質特征分析，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查及區域地水源地氟化物超標，水質氟化物指標超標受研究區的地形地貌條件、氣候條件、地質條件、水文地質條件等多方面因素影響。