许昌市区地下水氟含量特征研究

徐永新

(许昌学院 城乡规划与园林学院,河南 许昌 461000)

氟是人体中一种重要的非金属卤族元素，饮用水是人体摄氟的主要方式之一，饮用水中氟含量的高低直接影响着人体健康.当饮用水中含有适量的氟时，可促进骨骼和牙齿的健康生长发育，也有利于神经系统的传导和酶系统的正常活动；而当饮用水中氟含量超标时，人体将出现氟中毒现象，主要表现为氟骨病和氟斑牙[1，2].根据相关统计，全国范围内共查出近1 000个县中71 000多个自然村有氟中毒发病现象，受威胁人口达到727万，氟斑牙患者2 100多万人，氟骨病患者100多万人[3].

河南省是地氟病患病大省，虽然地氟病近些年来得到一定的控制，但是总体情况依然不容乐观[4].许昌市属于饮水型地方性氟中毒病区，申宝霞的研究表明，许昌市在20世纪80年代就开始兴建降氟改水工程，通过降低饮水氟含量防治地氟病取得了一定成效，但是，对鄢陵县、建安区、长葛市以及魏都区4个县(市、区)所有已建降氟改水工程进行调查表明，水氟超标现象依然存在，严重影响了当地居民的身体健康[5].因此，为保障居民生活、工业化及农业化的正常运行，有必要对许昌市区不同地点的地下水氟含量特征进行系统研究，有助于了解许昌市地下水氟含量特征并提出相应的防治依据.

1 材料和方法

2016年3月5日至15日进行地下水样采集，根据许昌市区的区域范围、地下水的用途及氟中毒分布等因素设计采样点，将水样采集区划分为北、西、中、西南、东南五个区域，共设置20个采样点.采样点分别位于许昌市区的半截河乡、文峰街道、丁庄街道、西大街街道、高桥营街道、七里店街道、许昌经济开发区七个街道办事处(图1).

本研究所采集的地下水主要用途是居民饮用水、农业用水以及日常饮食三种形式.采样容器选用聚乙烯塑料瓶，采样前，用采样水反复清洗5次，再进行取样，每个采样点取1个平行样品.取样后，立即用蜡封好瓶口，贴上标签并尽快放置实验室冰箱待测.样品中氟含量采用氟离子选择性电极法测试.

2 结果与分析

2.1 许昌市区地下水氟含量水平特征

实验结果表明，许昌市区地下水中均检测出氟化物，检出率为100 %.总体而言，许昌市区氟含量为0.04～1.27 ug·mL-1，最高值与最低值相差约30倍，平均值为0.78 ug·mL-1，氟含量值见表1，地下水氟含量超标率为25 %.同时，对20份样品的平行样品进行检测，平行样品与原样品检测数据结果一致.

图1 许昌市地下水采样点

编号街道办事处(乡、镇)采样点氟含量/(ug·mL-1)1半截河乡焦庄0.802申庄0.043马岗村1.094文峰街道毓秀新区0.835丁庄街道洞上村0.686北关村0.577半截河乡赵湾村0.718西大街街道关帝新村0.929高桥营街道老吴营村0.4610板桥村1.0911俎庄0.6812七里店街道五郎庙村0.8113吴庄1.2714孙庄0.7915付夏齐0.9216孙庙村0.8617许昌经济开发区徐庄1.1018罗庄1.1319七里店街道董庄0.5820新兴街道裴山庙0.29平均值0.78变异系数38.36%

生活饮用水卫生标准(GB5749—2006)规定，饮用水中氟含量<1.0 ug·mL-1为正常，≥1为高于国家饮用水氟含量标准[6].由表1可以看出，研究区地下水氟含量的平均值为0.78 ug·mL-1，低于国家饮用水标准，同时，20个样品氟浓度变异系数为38.36%，说明地下水氟浓度较为均匀.在20个水样中，氟浓度低于1.0 ug·mL-1的样品有15个，占全部的75%；氟浓度高于1.0 ug·mL-1的水样有5个，占全部的25%，超标水样氟浓度平均值为1.14 ug·mL-1，浓度值介于1.09～1.27 ug·mL-1，变异系数为6.73%，说明超标水样氟浓度变化很小.水样中氟浓度最高的点位于七里店街道的吴庄村，为1.27 ug·mL-1；最低点位于半截河乡的申庄村，为0.04 ug·mL-1.

2.2 许昌市区地下水pH值水平特征

实验结果表明：研究区地下水样pH值为7.10～7.78，平均值为7.40，其中最高值为7.78，位于新兴街道裴山庙村；最低值为7.10，位于许昌经济开发区徐庄.20个水样pH值的变异系数2.06%，说明水样pH值变化差异性很小(见表2).20个水样中7.0～7.3的有5个，占全部水样的25%；大部分水样pH值集中在7.3～7.6，有水样14个，占全部水样比例的70%，平均值为7.21；在7.6～7.8这个较高范围内，只有一个水样，位于新兴街道裴山庙村.依据《生活饮用水卫生标准》(5749-2006)中规定pH值国家规定范围在6.5～8.5，表明研究区地下水样pH值均在正常范围之内，符合国家标准[6].

表2 许昌市区地下水pH值水平统计表

2.3 许昌市区地下水氟含量与pH值相关性分析

已有研究表明，pH值是直接影响地下水氟含量的重要因素[7].在中性与偏碱性地下水中，氟的存在形式有10多种，随着pH值的增大，F-所占的百分比也将增大.水中的Ca2+的活度在碱性、偏碱性水的影响下降低，因此，地下水中F-的聚集因抑制作用减弱，从而有利于地下水中F-的增多.由图2可以看出，许昌市区地下水的pH值在7.0～8.0之间，而且，pH值与水氟含量的相关性不显著.相关性分析表明，许昌市区地下水氟含量与pH值相关系数为-0.293 4，呈弱相关，即研究区域内pH值不直接影响水氟含量，而只是其中一个影响因素.

图2 pH值与F-的关系

3 讨论

3.1 许昌市区地下水氟含量水平及防治措施

许昌市区属于地方性氟中毒地区，病区所覆盖的人数较多，为了解决当地氟中毒的影响，在20世纪80年代，在政府主导下进行改水工程，经过三十年的努力，通过降低饮水中氟含量大大提高了农村居民饮用水质量，地方性氟中毒情况得到了很大的改善，控氟和降氟取得了很大的成绩.本次研究结果表明：许昌市区地下水氟含量水平基本正常，浓度变化范围在0.04～1.27 ug·mL-1之间，平均值为0.78 ug·mL-1，低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)氟化物毒理指标1.00 ug·mL-1，属于达标.但在研究过程也发现：发现被检测的20个采样点中，其中5个采样点的氟含量指标大于1.00 ug·mL-1，它们分别是马岗村、板桥村、五郎庙、吴庄村、徐庄村和罗庄村，超标率为25%.这说明地氟病控制在取得较大成功的同时，部分地区仍然不容乐观，特别是改水工程已经不能正常运行且地下水氟含量超标地区.地下水氟含量的高低关系着千家万户的健康，因此需要建立可持续的地下水氟含量监测和管理机制，是今后地氟病防治工作中应值得高度重视的课题.另外，各级政府应当高度重视此项工作，加大管理力度；同时，各级部门和疾病预防控制机构应加强地氟病危害的宣传教育，使人民群众了解地氟病防治知识，同时应教育病区群众自觉维护并管理好降氟改水工程,从而达到防治地氟病的目的[8].

3.2 许昌市区地下水氟含量超标成因浅析

在野外调研的基础上，通过对实验数据进行整理分析研究，许昌市区20个采样点中部分采样点地下水的氟含量超标或低于正常水平，其中水氟超标的有半截河乡辖区的马岗村，高桥营辖区的板桥村，七里甸辖区的吴庄村，许昌经济开发区的吴庄村和徐庄村.水氟含量过低的有半截河乡辖区的申庄村，高桥营街道辖区的老吴营村，新兴街道辖区的裴山庙村.许昌市区地下水符合饮用水标准的分布面积占全区面积的70%左右，而且主要分布在许昌市区内部区域.氟化物超标的地区主要分布在许昌市区的周边地区；低氟地区主要分布在研究区的北部、东南、南部地区.水氟超标原因是许昌市区为温带大陆性季风气候，在此气候影响下，多年平均降水量为703.30 mm，多年平均水面蒸发量为1 200 mm,多年平均陆面蒸发量为550 mm.由于蒸发量大于降水量，区内蒸发浓缩作用十分强烈，从而使氟在地下水中富集；该地区为平原区，由于地势平坦，地下水径流非常缓慢，加上研究区地下水水位埋藏较浅，氟离子在蒸发作用下便在浅层地下水中浓缩富集；人类活动对地下水的过度开采破坏了含水层结构，改变了氟的迁移途径进而使低氟含水层中氟含量增加[9].河南省高氟水源主要分布在河南省东部、东南部和东北部大范围的黄河冲击平原，以浅层地下水为主，许昌市区氟含量超标饮用水也以浅层地下水为主，分布范围位于河南省高氟水源范围内[10].

此外，通过本次研究对采集的地下水样的酸碱度的进行测试，发现许昌市区地下水酸碱度正常，研究区域内地下水的pH值范围在7.10～7.18之间，平均值为7.40，符合《生活饮用水卫生标准》(5749-2006).通过对酸碱度与氟含量水平的相关性分析，其相关系数为-0.293 4，说明pH值对氟含量水平的影响不明显.

[1] 中国氟中毒研究中心.氟中毒[M].北京:中华北京出版社,2015.

[2] 何 锦,张福存,韩双宝,等.中国北方高氟地下水分布特征和成因分析[J].中国地质,2010,37(3):621-626.

[3] 郑明凯,杨国洲,朱利霞,等.焦作市地下水高氟区的成因探讨[J].环境科学与管理,2007,32(2):5.

[4] 刘 洋,余 波,郝宗宇.河南省2010年饮水型地方性氟中毒的现状调查[J].现代预防医学,2013,15(2):776-779.

[5] 申宝霞.许昌市降氟改水工程使用情况和水氟含量调查[J].中国地方病防治杂,2008,23(5):365-366.

[6] 徐永新.大理洱源县氟中毒地区高氟温泉水中氟含量控制研究[J].环境科学与技术,2015,38(12):210-214.

[7] 张 威,傅新锋,张甫仁.地下水中氟含量与温度、pH值的关系-以河南省永城矿区为例[J].地质与资源,2004,13(2):109-111.

[8] 朱其顺,许光泉.中国地下水氟污染的现状及研究进展[J].环境科学与管理,2009,34(1):42-51.

[9] 段金叶,潘月鹏,付 华,等.饮用水与人体健康关系研究[J].南水北调与水利科技,2006,4(3):36-40.

[10] 余 波,张 莉,侯国强,等.河南省农村饮水氟含量调查结果分析[J].河南医学研究,2010,19(2):231-235.