鲁中山丘区地下水硝酸盐污染状况研究

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(山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253072)

地下水是我国居民生活用水的主要水源，其污染直接关系到人们群众的身心健康。日益严峻的地下水污染形势引起了学者们的高度关注[1-5]，其中硝酸盐是地下水污染的重要污染组分[6-7]。居民生活污水与垃圾排放、农业生产过程中化肥与有机肥的施用、家禽家畜养殖中代谢物排泄等均可能造成地下水中硝酸盐含量的升高[8-11]。但从农业灌溉方面考虑，硝酸盐可被农作物吸收利用，富含硝酸盐的地下水是较好的灌溉水源。本文通过大量的水质测试分析资料，对位于鲁中山丘区的临朐县、沂源县、沂水县及莒县境内浅层地下水中硝酸盐污染状况进行评价，并提出地下水的开发利用建议。

1 地质背景条件

1.1 自然地理条件

本次研究区位于鲁中山丘区的东部，包括临朐县、沂源县、沂水县及莒县四县区域。地貌类型主要有侵蚀地貌、侵蚀剥蚀地貌、剥蚀地貌、剥蚀堆积地貌及堆积地貌五大类。地势总体表现为中部高，南部和北部低的趋势，丘陵山区主要分布在中部地区，占工作区面积的一半以上，海拔最高处位于沂山，海拔1 031 m。流经区内的主要河流有沂河、沭河和弥河。

1.2 水文地质条件

根据地下水的赋存特征及分布规律，结合地质构造、地层岩性特征，工作区可分为松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙-裂隙水，碳酸盐岩类裂隙-岩溶和岩浆岩、变质岩类裂隙水(图1)。

1.2.1 松散岩类孔隙水

主要分布于弥河、沭河、沂河冲洪积扇，含水砂层岩性为中粗砂、砾石，颗粒粗大，砂层厚度一般5～30 m，富水性强～极强，单井涌水量1 000～5 000 m3/d；山麓地带坡洪积地区，地下水弱富水性，单井涌水量小于500 m3/d。

1.2.2 碎屑岩类孔隙-裂隙水

主要分布于鄌郚断裂与沂水断裂、白芬子浮莱断裂与大店断裂等断陷河谷盆地，含水层岩性主要为侏罗系、上白垩系砂岩、页岩、砾岩。岩石致密，裂隙不发育，弱富水，单井涌水量小于100 m3/d。

1.2.3 碳酸盐岩类裂隙—岩溶水

主要分布在研究区西北部的沂源县、临朐县境内，地下水赋存于上寒武系三山子组及奥陶系灰岩、白云岩灰岩、泥灰岩中，裂隙岩溶发育不均匀，一般弱富水，单井涌水量小于500 m3/d；在断裂带附近的有利地貌、构造条件下，单井涌水量增至500～1 000 m3/d，局部地段如沂源县城区及临朐县五井村一带，单井涌水量大于1 000 m3/d。

图1 研究区地下水类型分区图

1.2.4 变质岩、岩浆岩基岩裂隙水

在区内分布面积较广，根据含水岩组岩性可分为变质岩类裂隙水、侵入岩类裂隙水及喷出岩类孔洞-裂隙水。含水层岩性主要为片麻岩、花岗片麻岩、花岗岩、闪长岩及玄武岩等，地下水赋存于浅部风化裂隙中或构造裂隙中，富水性极弱，单井涌水量一般小于100 m3/d，局部可行成富水地段。

2 地下水中硝酸盐含量

2.1 硝酸盐污染样采集测试

区内浅层地下水中硝酸盐污染物主要由地表经包气带渗入含水层中，污染物的分布与含水层介质类型关系不大。因此，本次采用平均布点法采集浅层地下水样进行硝酸盐污染分析，共采集水样327件，分析项目为硝酸根离子(NO3-)，根据分子量，水样中氮元素含量换算公式:

W(N)=0.225 8W(NO3-)

式中W(N)为水样中计算的氮元素含量(mg/L)，W(NO3-)为水样中实测的硝酸根离子含量(mg/L)。

2.2 硝酸盐污染分布特征

2.2.1 硝酸盐含量分类

结合世界现行的饮用水水质标准[12-15](表1)，将《地下水水质标准》[16]中Ⅱ类水硝酸盐(以N计)含量值变为≤10 mg/L(表2)。

根据该分类标准，所采集的样品中符合Ⅰ类水标准为139件，界于Ⅰ、Ⅱ类水标准之间的水样31件，界于Ⅱ、Ⅲ类水标准之间的水样42件，界于Ⅲ、Ⅳ类水标准之间的水样31件，属于Ⅴ类水的样品数84件(图2)。由此可见，区内浅层地下水的硝酸盐含量不适宜作为饮用水(Ⅳ、Ⅴ类)的样品数占样品总数的35.17%(表3)，污染状况严重。

表1 世界现行饮用水水质标准NO3-含量 mg/L

表2 地下水硝酸盐含量分类 mg/L

图2 硝酸盐含量分类统计图

2.2.2 硝酸盐污染现状

根据表2的分类标准，以本次测试分析结果为依据，绘制研究区浅层地下水硝酸盐含量分区图(图3)。结果表明，区内沂源县、沂水县境内浅层地下水中硝酸盐含量低，多为Ⅰ、Ⅱ类水，临朐县与莒县浅层地下水中硝酸盐污染严重。受污染的Ⅴ类水主要分布在临朐县东北部、沂水县的北部及莒县南部广大地区，分布面积约1 439 km2，占研究区总面积的18%；Ⅳ类水分布面积约1 216 km2，占研究区总面积的15%。

图3 浅层地下水中硝酸盐含量分区图

表3 硝酸盐含量超过Ⅲ类标准水样信息一览表 mg/L

3 讨论

由图3可以看出，研究区地下水中硝酸盐污染多呈面状分布特征，且多分布在农业种植条件好的剥蚀堆积地貌及堆积地貌区，由此推测农业生产中化肥、有机肥的施用是引起地下水中硝酸盐含量升高的主要原因。地下水中硝酸盐含量过高可能诱发多种疾病[17]，世界各国的饮用水标准对硝酸盐的限制含量约10 mg/L，我国也将10 mg/L作为地表水水源的饮用水硝酸盐限制含量，但对地下水水源的饮用水硝酸盐限制含量放宽至20 mg/L。从保证人们群众身心健康考虑，建议将本次确定的Ⅰ、Ⅱ类水分布区作为饮用水硝酸盐适宜区；Ⅲ类水分布区作为饮用水硝酸盐较适宜区；Ⅳ、Ⅴ类水分布区浅层地下水禁止作为饮用水水源，宜作为农业灌溉用水水源。

4 结语

(1)研究区浅层地下水中硝酸盐污染严重，硝酸盐含量(以氮计)大于20mg/L的Ⅳ、Ⅴ类水水样占总水样的35.17%，Ⅳ、Ⅴ类水分布面积约2 655 km2，占研究区总面积的33%左右。

(2)研究区地下水中硝酸盐污染多呈面状分布特征，农业生产中化肥、有机肥的施用是引起地下水中硝酸盐含量升高的主要原因。