丹东市地下水氟含量空间分布规律分析

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

1 概 述

氟是自然界中广泛分布的化学元素，性质活泼，对人体健康意义重大[1]。氟为人体必需元素，适量的氟有利于牙齿硬组织的形成和骨钙的沉积，有利于人体对钙和磷的吸收、加速骨骼的形成、增强牙齿的抗龋能力等，而过高或过低量则会引起生理及病理变化，严重影响人体健康。医学研究表明，饮水中氟含量在0.5～1.mg/L之间最佳，低于0.5mg/L人体会因缺氟而发生龋齿、骨质疏松等疾病，大于1 mg/L则会造成氟中毒[2]。自然条件下地下水和土壤中的氟元素主要来自矿物、岩石的风化以及火山的喷发，但随着炼铝与磷肥工业的发展和有机氟化物的大量生产，有相当多的氟元素被排放到地下水中，使我国出现许多饮水型氟病高发区，且高氟地下水已经成为我国北方干旱半干旱地区的一种典型劣质水源[3]，因此研究地区的地下水氟含量空间分布规律具有重要的现实意义[4]。

2 分析方法

2.1 研究区域概况

丹东市位于辽宁省东南部，地理位置介于东经123°22′～125°42′ ，北纬39°43′～4 1°9′之间，总面积15222km2，人口237.9万。丹东市属暖温带亚湿润季风型气候，年平均雨量在800～1200mm之间。丹东地区江河密布，主要有鸭绿江水系、大洋河水系和沿海水系[5]。全地区长度在2km以上的大小河流有944条，人均占有水量是辽宁省人均占有水量的4倍。丹东市水资源安全状况呈恶化趋势，同时丹东作为辽宁省矿产资源大市，矿产相关产业也易造成地下水污染，因此有必要对其地下水的氟含量进行分析，以加强该地区的地下水资源保护与管理能力。

2.2 地下水数据采集

在丹东市选择45个地下水采样点(S1～S45)，水样均取自相应采样点处的水井，平均井深15m。采样时间为2016年6月，采样容器为聚乙烯塑料瓶，每个样品采集2L，样品采集后于当天送回实验冰箱保存，之后再采用离子色谱仪对各水样的氟离子含量进行测定。采用全球定位系统(GPS)记录采样点位置，各样点较为均匀地分布于丹东市各地，其中市区、车港、凤城、宽甸行政区划内的样点数分别为6处、9处、16处、14处。

2.3 空间分布规律分析

丹东市地下水氟含量空间分布规律主要包括以下内容：各分析单元的最小值、最大值、平均值、标准差和变异系数；各行政区划的地下水氟含量比较；东西方向的地下水氟含量比较；南北方向的地下水氟含量比较。为完成以上分析内容，分别采用3种不同单元划分方式(见表1)。

表1 丹东市地下水氟含量空间分布分析单元

丹东市地下水氟含量的统计特性与空间分布规律分析主要采用地质统计学法[6]，在GIS平台中完成，选用的GIS平台为ArcGIS 10.4；选用GIS平台进行分析的一个重要原因是方便在以后研究中与更为复杂的数值模拟技术相结合[7-8]，以提高该地区地下水的分析能力。在统计规律分析中，标准差σ能够反映一组数据的离散程度，在地质统计学中最常使用，其计算公式为

式中N——样本数(45)；

xi——样本值；

μ——全体样本平均值。

变异系数Cv可用来表征地下水氟含量的空间变异性，其计算公式为[8]

3 分析结果

3.1 丹东市地下水氟含量

基于采样与样品分析，得到丹东市各采样点的地下水氟含量值(见丹东市各地下水采样点氟含量值图)。由图可知，各采样点的地下水氟含量平均值为0.72 mg/L，根据我国现行《地下水质量标准》的规定，符合饮用水氟含量标准。采样点S43处的氟含量最低为0.13 mg/L，S9处最高为1.21 mg/L，因此丹东市地下水的氟含量为0.13～1.21mg/L。饮水中氟含量以0.5～1.mg/L最佳，因此S10、S16、S17、S30、S34、S43、S45的氟含量偏低，S3、S8、S9、S13则略超标，其他34处的氟含量均处于最佳水平。

丹东市各地下水采样点氟含量值图

3.2 丹东市各区划地下水氟含量

计算丹东市各区划的地下水氟含量统计特征值(见表2)，可知市区、东港、凤城、宽甸的地下水氟含量分别为0.19～0.87mg/L、0.13～0.98mg/L、0.21～0.98mg/L、0.53～1.21mg/L，其中前3个地区不存在氟含量超标问题，但个别采样点氟含量偏低，而宽甸地区的个别采样点存在氟含量略超标的问题。根据平均值可知，丹东市各区划的地下水氟含量由小到大排序分别为市区、东港、凤城、宽甸，各区划按地下水氟含量空间变异性由小到大排序分别为宽甸、凤城、市区、东港。

表2 丹东市地下水氟含量统计特性 单位：mg/L

3.3 丹东市地下水氟含量空间分布

东西与南北方向各分析单元的地下水氟含量统计特征值见表3。

表3 丹东市地下水氟含量空间分布情况

在南北方向上，Lat 2单元内的地下水氟含量值范围最大，其值为0.44～1.21 mg/L，同时存在氟含量偏低和超标问题；Lat 4单元内的地下水氟含量值范围最小，其值为0.57～0.98mg/L，完全处于最佳水平。根据平均值大小可知，各单元按地下水氟含量由小到大排序分别为Lat 8、Lat 5、Lat 6、Lat 3、Lat 4、Lat 7、Lat 1、Lat 2，总体呈现由北向南递减趋势；同理可知，其空间变异性总体呈现增大趋势[9]。

在东西方向上，Lon 2单元内的地下水氟含量值范围最大，其值为0.13～0.98mg/L，个别采样点的氟含量偏低程度较大；Lat 3单元内的地下水氟含量值范围最小，其值为0.53～1.07mg/L，个别采样点的氟含量略有超标。根据平均值大小可知，各单元按地下水氟含量由小到大排序分别为Lon 2、Lon 1、Lon 3、Lon 4，总体呈现由西向东递增趋势；同理可知，其空间变异性总体呈现减小趋势。

4 结 论

丹东市的平均地下水氟含量为0.72mg/L，符合饮用水氟含量标准；其范围为0.13～1.21mg/L，个别地区存在氟含量偏低或略超标的问题。丹东市各区划按地下水氟含量由小到大排序分别为市区、东港、凤城、宽甸；在南北方向上，丹东市地下水氟含量总体呈现由北向南递减趋势，其空间变异性则呈现增大趋势；在东西方向上，丹东市地下水氟含量总体呈现由西向东递增趋势，其空间变异性则总体呈现减小趋势。

[1] 李西林,孙晓庆,等.吉林省通榆县潜水中氟分布规律及健康风险评价[J].水电能源科学,2017(6):30-34.

[2] 赵阿宁,范鹏康,朱桦,等.陕西省大荔县地下水中氟的含量特征及其影响因素分析[J].西北地质,2009(3):102-108.

[3] 邓林,王文科,杨晓婷.关中盆地地下水氟含量空间变异特征分析[J].中国农村水利水电,2009(4):77-80.

[4] 曹志洋,冯启言,吴晴晴,等.江苏丰沛地区浅层地下水氟含量的空间变异与分布特征[J].水文地质工程地質,2010(3):127-132.

[5] 傅皓昕.丹东市降雨洗盐特征解析[J].水利技术监督,2017(2):82-84.

[6] 马原.大凌河突发水质污染的重构分析[J].水利规划与设计,2017(5):59-62.

[7] 闫晓惠,陈新.基于LES模型的矩形宽顶堰流数值模拟及堰顶宽度对水流场的影响分析[J].中国水运,2015(6):198-199.

[8] 蒋懿.鞍山市土壤水分空间变异性研究[J].水利技术监督,2016(4):71-73.

[9] 董婷婷.辽宁省市际以上界河信息调查与成果分析[J].中国水能及电气化,2016(5):30-32.