安徽省濉溪县浅层地下高氟水的分布特征及影响因素分析

李亮等

摘 要 通过水文地质调查、现场采样、室内测试分析等方法，对安徽省濉溪县浅层地下水中氟的分布特征及影响因素进行研究.结果表明：濉溪县浅层地下水样品超标率达35.3%，氟的质量浓度ρ（F-）最高达4.63 mg/L，主要分布于濉溪县中部平原地区；ρ（F-）与ρ（HCO-3）、（ρ（Na+）+ρ（K+））/ ρ（Ca2+），ρ（Cl-）和pH值呈正相关关系，而与温度、ρ（SO2-4）和ρ（Ca2+）呈负相关关系；Ca2+与F-生成的CaF2沉淀是地下水中抑制F-浓度的主要物质，ρ（F-）与ρ（Cl-）的相关关系也表明浅层地下水中的氟受到人为因素的影响，同时ρ（F-）与pH的关系表明氟在碱性、偏碱性水中易于富集.

关键词 高氟水；浅层地下水；分布特征；影响因素

中图分类号 P64175 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2014）06-0007-06

Abstract The distribution and influence factors of fluorine in shallow groundwater in Suixi， Anhui， was studied by using the methods such as hydrogeological survey， field sampling and laboratory experiment. The results demonstrate that the highest fluoride concentration of shallow groundwater is up to 4.63 mg/L， with the exceeding rate of 35.3% from a total number of 34 samples， which are mainly scattered around the central plain regions of Suixi county. Fluoride concentration is correlated positively with ρ（HCO-3）， （ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）， ρ（Cl- ）， pH value， and has a negative correlation with temperature， ρ（SO2-4） and ρ（Ca2+）. CaF2 precipitation is the main substance to inhibit F- ion concentration in groundwater， the correlation of ρ（F-） and ρ（Cl- ） shows that human factors also affect the fluoride concentration of shallow groundwater. The relationship between ρ（F-） and pH value confirms that fluorine is easier to enrich in an alkaline and slight alkaline water.

Key words high-fluorine water； shallow groundwater； distribution feature； influence factor

氟在生物体内以微量成分存在，是维持骨骼正常发育必不可少的成分.饮用水中含氟太少（少于0.05 mg/L） 或过量（多于1.0 mg/L） 都会引起疾病[1].近年来研究人员对于地下水中氟元素的分布和控制因素等做了较多的分析，如吴泊人[2]（2010）对安徽省淮北平原浅层地下高氟水分布规律及来源进行研究；刘永清[3]（2008）对北京市通州区第四系地下水氟分布规律做了分析；曾昭华[4]（1997）针对地下水中氟形成的控制因素及其分布规律做了分析；丁丹[5]（2009）分析了淮北平原浅层地下水氟的水化学特征及影响因素；曾溅辉[6]（1996）针对浅层地下水氟的溶解/ 沉淀作用以河北邢台为例做了定量分析.

分析前人资料可发现，不同地区地下水中含氟量的影响因素不尽相同，如韩清[7]指出我国北方干旱地区ρ（F-）与苏打盐渍化及ρ（HCO-3）和ρ（Cl-）呈正相关；金琼等[8]发现河西走廊地下水中ρ（F-）与ρ（Cl-）关系密切；而刘进[9]等指出ρ（F-）与ρ（Cl-）呈负相关性.由此表明，不同地区地下水中ρ（F-）的影响因素不尽相同，且同一因素对于地下水中F-质量浓度是否有影响及影响大小等也不相同.

因此，针对濉溪县浅层地下水中的氟，本文通过地下水采样和分析测试，研究其分布特征和影响因素，对当地氟病防治、高氟地下水的处理和保障饮用水安全具有一定的现实意义.

1 研究区概况

濉溪县位于安徽省淮北市的南部地区，县区范围为东经116°23′～116°53′，北纬33°17′～33°58′，面积1 987 km2.地处淮北平原中部，东北角有丘陵，最高点海拔363 m，大部以平原为主，海拔20～40 m，地形总趋势西北和北部稍高，向东南和南倾斜.澥、浍、沱、濉诸水流经县境，属于淮河流域水系.年降水量852.4 mm，且降雨多集中在7～9月份，年均气温14.5 ℃，属于温带半湿润气候.

濉溪县属于华北地层大区晋冀鲁豫地层区淮河地层分区淮北地层小区，除北部、东北部基岩出露外，其余多数地段为第四系覆盖.研究区内第四系地层厚度较大，一般0～70 m，向南逐渐增厚，可达100～200 m，其成因类型为局部山区冲洪积，大部为河流冲积平原.区内浅层地下水主要赋存于第四系全新统或部分上更新统松散岩类孔隙中，主要由大致40 m深度内的全新统含水岩组组成，属于浅层微承压孔隙潜水.全新统含水岩组主要由中段及下段含水岩组组成.地下水具微承压性，累计厚度一般6～20 m，最厚可达30 m.

浅层含水层组砂层发育，有2～3层，累计厚度10～30 m；砂层间无稳定的粘性土分布，含水层之间常只有1～4 m的粘性土相隔，许多地方粘性土尖灭.

2 取样与分析

2007—2010年的每年12月和次年5月，对本区地下水进行了系统采样，共采集浅层地下水38件（深度≤40 m），运输及测试过程中损失水样4件，保留34件，采样位置见图1.采集地点主要为县城及其周边乡镇村内的居民水井，其中部分水井已经废弃，部分水井仍作为饮用水井使用.

运用德国GARMINGPS定位仪对采样点进行定位，水样采用350 mL聚乙烯瓶进行采集.取样严格按中国地质调查局地下水样品采集规范进行，所有样品经处理后于3天内送回实验室，放置于冰箱待测.现场进行pH值、温度、矿化度、溶解氧和浊度等指标的测试.所有水样测试由南京地质矿产研究所实验测试中心按照DZ/T0064-1993《地下水质检验方法》、DZ/T0130.6-2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》第六部分：水样分析、中国地质调查局《地下水污染调查评价规范》（1∶50 000-1∶200 000）进行测试.无机测试项目主要包括：溶解性总固体、总硬度、COD、Mn、H2SiO3、NO-3、NO-2、NH+4、SO2-4、CO2-3、HCO-3、Cl-、F-、I-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe、Mn、Pb、Zn、Cd、Cr6+、Hg、As、Se、Al等.

3 结果分析

“生活饮用水卫生标准”（GB5749-85）规定氟化物不应超过1.0 mg/L，超过1.0 mg/L即为高氟水.安徽省淮北市濉溪县是淮河流域高氟地下水较为严重的地区之一.通过现场取样和室内试验测试分析可知，34件样品中，含氟量为0.04～4.63 mg/L.其中，符合饮用水要求的22件，占采样量的64.7%，超过饮用水标准的样品12件，超标率达35.3%，其中1～2 mg/L的高氟水8件，占采样量的23.5%，2～3 mg/L的高氟水3件，占样品总数的8.8%，大于3 mg/L的高氟水1件（463 mg/L），占样品总数的2.9%；平均含氟量0.86 mg/L，符合饮用水标准.测试结果统计见表1.

3.1 高氟地下水空间分布特征

根据濉溪县浅层地下水中氟质量浓度的不同，将高氟地下水划分为3级：Ⅰ级高氟地下水区域，氟质量浓度大于2 mg/L；Ⅱ级高氟地下水区域，氟质量浓度为1.5～2 mg/L；Ⅲ级高氟地下水区域，氟质量浓度为1～15 mg/L.濉溪县浅层高氟地下水等值线分布见图2（彩图见封三）.

Ⅰ级高氟地下水区域较小，主要分布在濉溪县城南部的城关镇、黄桥村和百善镇北部附近，面积较小，氟质量浓度>2 mg/L，其中黄桥村监测点氟质量浓度达到4.63 mg/L.Ⅱ级高氟地下水区域主要在Ⅰ级高氟地下水区域周围和临涣镇附近的部分区域，氟质量浓度为1.5～2 mg/L.Ⅰ级和Ⅱ级高氟地下水区域主要分布在城镇等人口集中区域的边缘地带，受人为因素影响较大，在地形地貌上，受到了东北角丘陵地貌的影响，氟离子较为富集.Ⅲ级高氟地下水区域，主要分布在由濉溪县城向西南方向延伸的较宽的带状区域内，分布范围较广，是濉溪县浅层地下水主要区域之一.

3.2 高氟地下水影响因素分析

3.2.1 ρ（F-）与水文地质条件的关系 在地形上，濉溪县地下水区域属于河流冲积平原，地势平坦，水力坡度小，地下水径流缓慢，由于受到气候因素的影响，排泄以蒸发为主，浅层地下水蒸发浓缩有利于氟离子的富集[10]；浅层地下水含水层以砂层为主，砂层之间无稳定的粘土分布，砂层相对于粘土而言对氟的吸附能力弱[11]，所以氟可以较容易地通过颗粒较大的土壤进入地下水，这是地下水中含氟量较高的原因之一；采样时间以12月份为主，少量点补采时间为5月，是濉溪县枯水期，大气降水补给少，使浅层地下水中氟质量浓度相对于丰水期更高.

3.2.2 ρ（F-）与地下水温度的关系 濉溪县地下水温度与含氟量的相关关系见图4，可以看出水温与氟质量浓度呈负相关关系，且相关性较好，R2=0.305 7.

土壤中含有可以吸附氟的物质，地下水中的氟离子与土壤中的离子（如Cl-）存在交换，而这些离子交换大多是吸热反应，如李颖（2005）在铁活化斜发沸石吸附水中氟的热力学研究[12]中发现提高温度时，实验矿样对氟的化学亲和力增强.在一定的条件下，温度的提高可以促进吸附进行，因此氟质量浓度与地下水温度呈现负相关关系.

3.2.3 ρ（F-）与pH值的关系 濉溪县浅层地下水中，氟离子质量浓度与pH值的相关关系见图5，可以看出两者呈正相关关系，R2=0.163 9.

4 结论

本文在水文地质调查的基础上，通过采样测试，分析了淮北市濉溪县浅层地下水中氟的分布特征及其影响因素，分析结果表明：

（1）淮北市濉溪县浅层地下水中氟的超标检出率达到35.3%，氟质量浓度最高达4.63 mg/L，局部属于高氟地下水严重区域.高氟浅层地下水主要分布在濉溪县中部平原地区，西北及东南部平原浅层地下水氟质量浓度小于1 mg/L.

（2）濉溪县属于河流冲积平原区，浅层地下水径流排泄较慢，蒸发强烈，同时含水层以砂层为主，是氟离子质量浓度高的原因之一.

（3）氟质量浓度与pH值、ρ（Cl-）、（ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）和ρ（HCO-3）呈正相关关系.濉溪县浅层地下水pH值为6.98～8.23，利于氟离子的富集；ρ（F-）与ρ（Cl-）相关表明浅层地下水中含氟量受到人为因素的影响；（ρ（Na+）+ρ（K+））/ρ（Ca2+）和ρ（HCO-3）对浅层地下水中氟质量浓度有较大影响.

（4）ρ（F-）与温度、ρ（Ca2+）、ρ（SO2-4）呈负相关关系.CaF2是氟的主要存在形式，Ca2+是抑制水中氟离子存在的主要物质；温度和ρ（SO2-4）在一定范围内对水中氟离子起抑制作用.

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（编辑 王 健）