浅层地下水硝酸盐含量特征及其水化学指示意义分析

张建波

(辽宁省建平县水务局，辽宁 建平 122400)



浅层地下水硝酸盐含量特征及其水化学指示意义分析

张建波

(辽宁省建平县水务局，辽宁 建平 122400)

地下水污染源分为点源污染与非点源污染两种主要类型。但是，常见的地下水环境污染为非点源性污染。由于这种污染形式会使地下水生态循环系统整体受到影响，因此相比于其它污染，其污染程度更为严重。但文章所要探讨的地下水污染类型为地下水硝酸盐污染。随着污染物的不断扩散和蔓延，地下水环境污染中，硝酸盐污染已经成为一种世界生态问题。通常而言，其含量高低不仅会对地下水水质产生影响，而且会对地下水的化学分类过程造成巨大干扰。因此，文章将以辽宁省建平县为例，对该研究区浅层地下水生态系统中的硝酸盐含量特征及其它相关化学元素指标之间的关系进行分析研究，从而为该研究区地下水资源量及质的保护提供参考。

建平县；浅层地下水；硝酸盐；含量特征；水化学指示意义

与其它污染过程相比，地下水硝酸盐污染是一种影响范围广、影响程度深以及难以修复的重大污染，已被公认为世界性的环境问题[1]。一般而言，如果日常饮用水中含有大量硝酸盐，会使人们产生高铁血红蛋白症，从而在人体内逐渐形成硝胺类物质，严重时甚至会引起消化道癌症。按照世界卫生组织的规定，日常饮用水中所含硝酸盐的实际浓度不得超过50 mg/L。但是，在实际生产与生活过程中，污染物的随意排放及工业废水的倾倒、还有农业生产中化肥农药的无节制使用，都为地下水硝酸盐污染的形成创造了条件，从而使地下水环境中的硝酸盐污染严重超标[2]。基于此，文章将通过对建平县浅层地下水硝酸盐含量特征及其水化学指示意义进行分析，从而试图找到这一污染源的形成机理，从而为当地浅层地下水资源保护及水质保护提供重要参考。

1 研究区概况

建平县位于辽宁省西北部，E119°14’-120°03’，N41°19’-41°23’，面积4900km2，人口54.3万，辖9镇23乡[1]。处于温带大陆性气候区，全年平均气温为7.6 ℃，其中最高气温为37 ℃，而最低气温达36.9 ℃，年均日照时数约为2900h，年降雨量约为615 mm。处于辽西山地丘陵区，山地丘陵面积占总面积的74%[2]。全县集雨面积超过100km2的河流有12条，而这些河流可分为大凌河流域和老哈河流域，这两者以建平县中部高地为分水岭，其流域面积分别为1393km2和3481km2，所对应的水资源总量分别为8670万m3和10538.2万m3。该县人均占有水资源量为329.4m3，根据国际人均占有水资源总量标准，属于极度缺水地区。从该研究区总体水资源量及人均水资源可利用量分布情况来看，建平县属于全国极度缺水区，尤其是近年来工业化发展及农业生产实践不断发展，建平县水资源短缺问题已成为当地经济社会发展的重要问题之一[3]。

2 建平县浅层地下水采样分析

为了全面分析了解辽宁省建平县浅层地下水资源质量情况，文章将采用试验分析的研究手段，对地下水水样进行采集分析[4]。本次水样采集一共收集数据样本 51组，主要测试的指标分为水温及气温和浅层地下水水体的混浊程度[5]。另外，在对水质样本数据进行检测过程中，文章通过实验室科学检测，对水的总硬度以及Ca2+元素、Mg2+元素、K+元素、Na+元素、Cl-元素、SO42-元素、HCO3-元素、CO32-元素、NO3-元素、NO2-元素、NH4+元素、Fe元素、F-元素、偏硅酸元素、Mn元素、Zn元素、Hg元素、Cr6+元素、As元素、Pb元素、Cd元素、Se元素、Al元素以及生化需氧量等诸多指标进行科学检测分析。本次试验检测均在实验室完成，水质监测技术标准采用GB/T14848-93《地下水质量标准》。

3 建平县浅层地下水硝酸盐含量特征分析

文章通过上述技术检测指标，对建平县浅层地下水中的主要阴阳离子以及部分水化学指标进行检测分析，最终得到如下表1所示的浅层地下水水化学指标数据：

表1 建平县浅层地下水硝酸盐 含量特征分析统计数据 mg/L

从表1中的数据结果可以看出，该研究区浅层地下水pH值的最大值与最小值分别为7.81和4.51，水样检测硝酸盐含量特征值为6.494mg/L，水样检测标准差和水样检测变异系数分别为0.72以及11.93%。因此，该研究区水质检测变异系数以及标准差均较小。而且，从其酸碱平衡值来看，该地区总体属于酸性环境，但是酸碱度区域空间变化差异不大。水体中的矿化度在不同水体空间中的变化差异较大。

另外，在上述几种不同的采样元素检测过程中，可以看出Na+元素、Cl-元素以及HCO3-元素的含量偏高，分别为431.56mg/L、723.81mg/L以及602.45mg/L，而水样检测硝酸盐含量特征值分别为87.01mg/L、134.02mg/L以及113.83mg/L，经过科学检测，发现上述几种重金属元素在该研究区浅层地下水环境中大量存在。

在此基础上，文章针对上述几种主要污染指标元素的PH值以及矿化度进行回归分析，最终发现该地区水质中的重金属元素与pH值以及矿化度之间存在一定的关联性。但是，这两大因素之间只是一种近似线性的关系。因此，Na+元素、Cl-元素以及HCO3-元素实际含量的高低，受其它指标因素影响。上述测试结果显示，该研究区中浅层地下水中NO3-元素的含量较高。因此，浅层地下水兼具弱酸性以及低矿化度的特征[6]。

由于文章此次分析测试的水质，主要为埋藏较深以及接受大气降水和地表水补给的浅层地下水。因此，该研究区浅层地下水中硝酸型水所占比重已经超过1/2。从阴离子的角度来看，该研究区浅层地下水中的污染元素中，种类最多的为氯化物，其次是硝酸型水；而综合上述数据分析结果可知，该研究区浅层地下水硝酸盐水样的主要含量特征为偏酸性以及低矿化度。究其原因，此区域的浅层地下水生态系统受海水影响和外来地表降雨补给影响[7]。因此，水中的污染物含量较高，再加上建平县淡水资源非常缺乏，而且人们对地下水资源综合开采利用的强度在不断增大，对于该研究区的浅层地下水而言，随着当地地形起伏不断增大，水质以及水环境污染情况也存在很大差异。实地分析研究结果显示，该地区最重要的生活饮用水源是浅层地下水，受当地用水习惯影响，地下水中的硝酸盐含量地区分布不均，而且文章通过对不同水体中污染元素之间的含量关系进行分析，发现r(Na+) 离子以及r(Ca2+) 离子和r(Mg2+)离子及r(Cl-) 离子、r(SO42-) 、r(HCO3-)、矿化度、pH等不同检测指标存在相互依存关系。其实际含量之间的线性关联系数分别为0.118 、-0.266 、0.308 、-0.214 、-0.205、-0.615。

4 建平县浅层地下水硝酸盐水化学指示意义分析

NO3-与上述几种不同的化学离子相比，其在地下水化学指标含量检测中具有一定的指示意义。由于地下水生态系统本身属于一个非常复杂的循环系统。因此，文章在上述含量特征分析基础上，采用visual modflow软件，对研究区浅层地下水硝酸盐水化学意义进行分析。最终发现地下水污染源与研究区气象因素以及地质因素和水文要素和土地利用情况存在一定的关系。经过分析发现，r(Na+) 离子以及r(Ca2+) 离子和r(Mg2+)离子以及r(Cl-) 离子、r(SO42-) 、r(HCO3-)等几大基本指标具有一定的稳定性。但是，随着其在地下水中的埋藏深度不断发生变化，导致地下水体中污染物的氧化还原反的形态也会相互转化[8]。

由于阜新地区浅层地下水埋藏深度变化差异相对较小。因此，地下水在三氮之间的形态转化关系也非常密切。文章通过分析认为，在对浅层地下水硝酸盐的水化学指示意义进行研究时，可将硝酸盐看成一种类似NO3-离子和Cl-离子的保守离子，然后结合二者的相对含量比值r(NO3-)/r(Cl-),对地下水稀释效应或浓缩效应进行分析，以此可进一步判断分析该研究区浅层地下水是否受硝酸盐这一污染源的污染。当NO3-与Cl-相对含量比值 r(NO3-)/r(Cl-)在一恒定的范围进行变化时，NO3-绝对含量的变化，其水化学指示意义就在于判断和分析浅层地下污染是否是由地下水在天然动力条件下的稀释效应或浓缩效应所导致；而对于该研究区浅层地下水环境中的r(Na+) 离子及r(Ca2+) 离子和r(Mg2+)离子以及r(Cl-)离子、r(SO42-) 、r(HCO3-)等相关污染因子，也可结合其实际指标含量变化情况，科学判断该研究区浅层地下水硝酸盐污染是由天然水动力条件下的浓缩效应及稀释效应导致，还是由于当地人类实践行为导致浅层地下水遭受严重污染[9]。

5 结 语

综上所述，建平县浅层地下水中含有多种不同的重金属元素，但从总体检测情况来看，含量最高的一种元素为NO3-，其实际含量及标准值检验结果按照我国水质等级划分标准，可纳入第三类水质等级中。因此，污染元素超标率高达45.6%。另外，该研究区浅层地下水硝酸盐含量总体特征为偏酸性及低矿化度。其中，地下水体中NO3-元素的含量仅次于水体中Cl-元素和HCO3-元素的实际含量。硝酸型水在整个研究区地下水环境中所占污染强度为2/3，因此这一污染源的含量变化，对地下水水质及化学类型造成了巨大影响。除此之外，r(Na+) 离子及r(Ca2+) 离子和r(Mg2+)离子以及r(Cl-) 离子、r(SO42-) 、r(HCO3-)作为该研究区浅层地下水中的几种主要水污染因子，可利用其含量变化过程，对浅层地下水稀释或浓缩标准进行科学判定，以此作为水化学意义的指示条件，为研究区地下水开发奠定重要基础。

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1007-7596(2017)01-0022-03

2016-12-26

张建波(1981-)，男，辽宁建平人，工程师，负责水资源管理工作。

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