云南省蒙自东山岩溶地区村寨水塘调查与环境质量评价

2018-10-31廖红为李社宏粟阳扬李雨静

现代地质 2018年5期

廖红为，李社宏，严松，粟阳扬，李雨静，付嵩

(桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541006)

0 引言

环境问题一直是国际地学界探讨最为活跃的问题之一[1-2]。近年来，水环境污染问题已成为我国最重要的环境问题，对自然环境和人类产生了极为不利的影响[3-6]。而农村地区水环境污染更加严重，并成为危害当地居民健康的重要因素。近年来社会经济发展和人为活动越来越多地影响到自然环境。长期以来，生活垃圾和污染物排入水塘中，导致水塘内水质变差。本文对蒙自山东地区22个村寨中典型的水塘进行CODMn、TN、氨氮、TP、pH、F-、Cu、SO42-、Mn、Zn、Cd、Pb水质指标浓度等12个污染物项目的取样全分析研究，对照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)污染物项目[7]，调查分析蒙自东山地区水塘的污染现状，对其环境进行质量评价。

1 蒙自东山地区概况

蒙自东山地区位于云南省红河哈尼族彝族自治州开远市、蒙自市、屏边县、文山苗族壮族自治州砚山县和文山5个市县交汇处，处于滇中高原、滇桂中山与丘陵及滇西高山三大单元的临界地带。东山地区属亚热带季风气候，年平均气温为19.9 ℃，年平均降水量1 533.3 mm，降雨多集中在5—9月份，主要为大雨和暴雨[8]。研究区面积约940 km2，其中基岩裸露的岩溶区(含碎屑岩夹碳酸盐岩)主要为泥盆系和三叠系碳酸盐岩，分布面积约614.6 km2，占研究区的65.22%；被松散堆积物覆盖的岩溶区，即覆盖型岩溶区，主要为三叠系碳酸盐岩，位于研究区的北东和北西两侧，分布面积约为72.0 km2，占研究区的7.64%；非岩溶区主要出露寒武系砂岩夹粉砂岩，位于研究区的南西侧，分布面积约255.6 km2，占研究区的27.14%。区内主要出露寒武系、泥盆系和三叠系碳酸盐岩，岩性古老，富水性良好，地下水也主要分布在上述地层中。但是岩溶区内碳酸盐岩层理和裂隙构造极其发育，透水性好，造成区域地表缺水严重，给当地村寨居民生活用水带来极大困难。由于蒙自东山地区交通不便，缺水区较多，大部分村寨修筑水塘用以生活用水补给，水塘水源主要为降雨补给，通过蒸发和渗流排泄[9]。

2 样品采集与测试

本次选取了蒙自东山地区具有区域代表性的22个村寨水塘进行水质监测分析。采集过程中严格按照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)等国家标准中规定的样品采集的标准方法采集样品，样品采集后立即保存至便携式冰箱内冷藏，24小时内运至具有分析测试资质(CMA计量认证证书)的国土资源部岩溶地质资源环境监督检测中心实验室冷藏保存。实验室严格按照GB 3838—2002等国家标准中规定的标准分析方法及其操作要求分析样品。整个样品采集和分析过程严格按照样品采集和样品分析标准方法中规定的质量保证和质量控制要求进行，以保证分析结果的可靠性与可比性。本文对22监测点采样，每个监测点采样1件，每件样品分为3份，每种污染物的浓度取3份样品分析结果的平均值。所用仪器为IRIS IntrepidⅡ XP 全谱直读等离子体光谱仪、861型离子色谱仪、iCAP Q等离子体质谱仪，共采样22件，具体采样位置见图1。

注：“—”表示小于检测标准含量，未能检测出来。

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)污染物项目[7]，本文对蒙自山东地区22个村寨中典型水塘的CODMn、TN、氨氮、TP、pH、F、Cu、SO42-、Mn、Zn、Cd、Pb水质指标浓度等12个污染物项目进行全分析研究，测试结果见表1。

3 结果与讨论

根据《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准，对22个村寨水塘的样品进行pH、氨氮、TN、TP、SO42-、F、CODMn、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb 等12项的检测分析，依据地表水环境质量标准项目标准限值(表2)[7]，进行统计分析并得出结果(表3)。

3.1 pH

表2地表水环境质量标准限值表(ρB/(mg/L))

Table2Standardlimitvaluesofsurfacewaterenvironmentalquality(mg/L)

序号分类标准值项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类1pH6～92氨氮≤0.150.511.523TN≤0.20.511.524TP≤0.020.10.20.30.45SO42-≤0.050.10.20.516F≤1111.51.57CODMn≤24610158Mn≤0.20.40.60.819Cu≤0.01111110Zn≤0.05112211Cd≤0.0010.0050.0050.0050.0112Pb≤0.010.010.050.050.1

表3 水质分析检测类别表

pH既是水体的酸碱性体现，也是天然水体化学和生物系统的一个重要因素，还对氰化物等污染物的毒性有影响[10]。研究区pH值范围在6.97～8.10之间，平均值为7.48，为中性，符合国家GB 3838—2002 规定的 6.0～9.0，区内中性占54.5%(6.5～7.5)，其余45.5%为碱性(7.5～8.5)，水质整体呈现出中性-碱性特征，水体酸碱度不影响水生生物的生存，能够满足生活饮用水和一般工业用水的要求[7]。

3.2 氨氮

氨氮既是反映水体是否受到含氮有机污染物污染和保护水生生态系统的项目，也是中国水污染物总量控制项目[10]。研究区内氨氮的浓度范围在0～16.50 mg/L之间，平均浓度为3.31 mg/L。按照GB 3838—2002等国家标准中规定，区内Ⅰ类和Ⅱ类的有13个村寨水塘占59.1%，这些水塘受到含氨氮有机化合物的污染不明显或者没有，能够满足生活饮用水。Ⅳ类村寨水塘1个，占4.5%，Ⅴ类的有8个村寨水塘，占36.4%，其中卡它村的水塘氨氮浓度达到Ⅴ类水限值的8.25倍，说明水塘受到含氨氮有机化合物的污染明显，水体中氨氮的主要来源是人工活动[11]，而在Ⅳ类和Ⅴ类的9个水塘周围未有发现工业废水、生活污水和畜牧业污染排放等其他人工活动，因而推测污染物来源主要是农田排水。

3.3 TN和TP

农村大量养殖、城乡加速发展以及氮磷化肥的大量使用产生了大量的氮、磷富营养化，已成为水污染的核心问题[12-14]。TP是植物生长的营养元素，常常成为湖泊初级生产力的限制因子，如果水中的TP超过临界浓度后，就会刺激水生植物的生长，以至发生水华，造成水体富营养化。由于藻类生产量的增长主要由TN和TP来决定的，因而氮同样是衡量富营养化的一个很重要的指标[15]。

前人研究[16]指出农业源氮(N)对全球地表水污染的贡献范围很广；中国第一次全国污染普查结果显示，农业源污染物TN(总氮) 排放量约占排放总量的57.2%[17]。研究区内TN的浓度范围在0.91～17.42 mg/L之间，平均浓度为6.73 mg/L。检测得出，TN浓度最高者达到Ⅴ类水限值的8.71倍，处于植物超富营养状态。TP的浓度范围在0.01～3.05 mg/L之间，平均浓度为0.27 mg/L，其中它期口村水塘的TP浓度达到Ⅴ类水限值的7.63倍，处于极重富营养状态。在22个村寨中，TN和TP浓度均超过Ⅴ类水限值的村寨有石盆水村、它期口村和卡它村3个村寨，占研究区的13.6%。其他村寨的TN和TP浓度均很低，说明研究区水塘整体受TN和TP的污染影响不严重。

3.4 SO42-

硫酸盐对人体的危害在于大量摄入硫酸盐后出现的最主要生理反应是腹泻、脱水和胃肠道紊乱。在环境中，危害动植物健康，而且可以起到催化作用，加重硫酸雾毒性，降低土壤肥力，对输水系统造成腐蚀[18]。研究区内SO42-的浓度范围介于2.99～90 mg/L之间，平均浓度为16.24 mg/L，在白姑村水塘中SO42-浓度为190 mg/L，达到Ⅴ类水限值的190倍，各个水塘SO42-浓度均超过Ⅴ类水限值，研究区受 SO42-污染严重。

3.5 氟

氟对人体的影响跟摄入量有关，当氟摄入量少时，儿童就会出现龋齿病，摄入适量的氟可对儿童、老年人都有好处；氟过量时可影响人的生理健康[19]，所以对于氟的摄入量应该是适量，这样对人体才会有益无害。研究区内氟化物的浓度范围介于0.06～0.66 mg/L之间，平均浓度为0.25 mg/L。22个村寨水塘的氟化物浓度均低于Ⅰ类水的浓度限值，说明氟化物对水塘的影响不明显。

3.6 CODMn

CODMn(化学需氧量)是以高锰酸钾作氧化剂，用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量，化学需氧量越高表明水中有机污染物越多[20-21]。CODMn是《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中反映地表水中有机物污染情况的重要指标，CODMn最大污染源为畜禽粪便和生活污水[7]。22个村寨的CODMn的浓度范围介于0.50～7.63 mg/L之间，平均浓度为2.48 mg/L。对照《地表水环境质量标准》，CODMn指标为Ⅰ类、Ⅱ类的共17个，占研究区的77.3%，Ⅲ类没有，的水塘5个，占22.7%。Ⅳ类和Ⅴ类水塘，研究区有机污染物少。

3.7 重金属

水质污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物[18]。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(迁移)。危害人的身体健康，重金属毒物对人体的多个组织器官产生危害[22]。根据GB 3838—2002等国家标准中规定，对水塘水样进行Mn、Cu、Zn、Cd、Pb等5个项目指标进行了检测分析。

Mn的质量浓度范围在0.62～5 613 mg/L之间，平均质量浓度为651.54 mg/L，其中石盆水村水塘Mn的质量浓度为1 115 mg/L，卡它村水塘Mn的质量浓度为2 850 mg/L，大石板村水塘Mn质量浓度为3 224 mg/L，鲁土白村水塘Mn质量浓度为5 613 mg/L。鲁土白村水塘Mn质量浓度达到Ⅴ类水限值的5 613倍，研究区内Mn质量浓度指标为Ⅰ类水塘1个，占研究区4.5%，Ⅳ类和Ⅴ类水塘21个，占95.5%。这些区域均为缺水较严重，Mn污染严重。Cu的质量浓度范围在0.29 ～12.6 mg/L之间，平均浓度为3.77 mg/L，其中下米者村水塘Cu浓度达到Ⅴ类水限值的12.6倍。根据《地表水环境质量标准》，研究区内Cu浓度指标为Ⅰ类、Ⅱ类的6个水塘占27.3%,Ⅴ类水塘16个占72.7%。Zn的浓度范围介于0.005 ～892.2 mg/L之间，平均浓度为43.48 mg/L，在白姑村水塘中发现Zn浓度达到892.2 mg/L，Zn浓度达到Ⅴ类水限值的446.1倍。适合生活用水的Zn重金属指标Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类水塘共8个，占研究区36.4%，Ⅳ类和Ⅴ类水塘12个，占63.6%。Cd不是人体的必需元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化[23]；在水塘中Cd浓度范围介于0.001 ～0.865 mg/L之间，平均浓度为0.059 mg/L，根据《地表水环境质量标准》，在白姑村水塘中Cd浓度达到Ⅴ类水限值的86.5倍。Cd浓度指标为Ⅰ类和Ⅱ类水塘共4个，占研究区18.2%。Ⅳ类和Ⅴ类水塘18个，占81.8%。Pb会影响人体的是神经系统，儿童血铅超标会影响智力发育等[24]。在水塘中Pb浓度范围介于0.032 ～1.76 mg/L之间，平均浓度为0.41 mg/L，根据《地表水环境质量标准》，在茅山洞村中的水塘中Pb浓度达到Ⅴ类水限值的17.6倍。Pb浓度指标为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类适合生活用水的水塘6个，占研究区的27.3%。Ⅳ类和Ⅴ类受污染严重水塘16个，占72.7%。

综合上述分析数据结果得出，在12个污染物项目检测指标分析中，研究区内水塘受CODMn、F-和pH三个项检测项目指标的污染不严重，其浓度均未有超过Ⅴ类水限值，不影响生活用水，占检测项目指标项的25%。研究区内水塘受氨氮和TP两个项检测项目指标的污染一般严重，超过Ⅴ类水限值的水塘小于研究区水塘的40%，占检测项目指标项的17%。研究区内水塘TN、SO42-、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb共7个项检测项目指标污染严重，超过Ⅴ类水限值的水塘所占研究区水塘比例的60%以上，占检测项目指标项的58%。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水标准，在测试样的12项的检测分析指标中，有一个指标达到或者超过Ⅴ类水限值就定义该样品为Ⅴ类水的规定，统计表3中数据得出研究区22个村寨水塘均为Ⅴ类水水塘。