关于河套平原排灌系统中水中砷含量的调查

关于河套平原排灌系统中水中砷含量的
调查
摘要
砷的释放和迁移对人为干扰很敏感。

本文以河套平原砷中毒最为严重的杭锦后旗为研究区，通过实地调查和分析，为灌溉影响下高砷地下水的特征研究提供基础。

关键词：河套平原排灌系统水质高砷地下水
1.目的与意义
在某些地区，由于抽取地下水用于灌溉、改变农业方式等都将改变地下水流场和/或砷的物质来源，从而影响地下水中砷的含量。

灌溉作为人类的一种重要的农业活动，不仅改变着高砷地下水分布区地下水的水动力场和水化学场，同时可能将地质环境中的砷带入食物链，进而威胁人类的粮食安全。

为此，灌溉影响下地下水中砷的迁移富集规律研究成为当今地学界高度关注的热点研究领域。

本文以杭锦后旗为研究区，通过实地调查和分析，为研究灌溉影响下高砷地下水的特征提供了基础，具有重要的意义。

2.河套平原高砷地下水成因研究
自20世纪90年代以来，众多学者围绕河套平原(前套和后套)高砷地下水的成因及分布规律开展了卓有成效的调查和研究。

1994-1996期间原长春地质学院林年丰教授和汤洁教授等人研究认为：河套地区地下水砷含量超标源于区内第四系河流及湖沼相沉积物，粘土和淤泥质土发
育，在病区饮用水中发现甲基肿酸，在富含有机物的还原环境有利于砷的富集，
促使As5+还原成As3+，无机砷转化成有机砷。

1997-2000期间，中国地质环境监测院高存荣通过研究，认为：地质条件和
人类活动(如灌溉水的渗入)是造成河套平原地下水砷污染的两个主要因素。

1999-2001期间，内蒙古大学张辉等人通过调查研究后，认为河套地区土壤、地下水中砷等重金属元素是上游高背景区在自然营力作用下向下游低含量区迁移
的结果，强调了上游矿业活动是元素迁移的重要促进因素。

研究区特有的古地理
背景和沉积环境演化是高砷地下水形成的前提条件，而由此产生的独特的地球化
学环境为本区高砷地下水形成创造了条件。

2008年，郭华明等人通过在原位采集内蒙古河套平原高砷含水层中沉积物和
土著微生物的基础上，进行了室内微生物淋滤实验研究调查研究后，认为以还原
环境为主的富含有机质的湖沼相沉积环境、特定的地质、地形条件为地下水砷异
常的原因。

以及土著微生物作用下Fe／Mn氧化物矿物的还原性溶解是导致沉积
物砷释放的主要原因之一。

3.现场调查
杭锦后旗境内主要的引水渠包括乌拉河、杨家河和黄济渠，位于杭锦后旗南
部的总干渠为这几个干渠输送黄河水。

全旗绝大多数农田灌溉用水都来自这几个
干渠。

全旗主要的排干沟包括一排干、二排干、三排干和总排干。

一、二、三排
干最终与北面的总排干交汇。

总排干位于杭锦后旗北部，这里是全旗地势最低的
地方，灌溉余水、地表降水、山前洪水、地下渗水以及生产、生活废水最终都汇
入总排干中。

为调查灌溉水水质小组对当地地下水水质的影响，沿各个排干采集
地表水水样，地下水水样和表层土壤样品，现场预处理后，回实验室进行详细分析。

4.河套平原灌排系统水质变化
1．地表水
(1)全盐量：从各排干的源头到下游，水中的全盐量均比灌溉水中的高。

二
排干全盐量最高处约为灌溉水的6.1倍；总排干的3.2倍。

这是因为灌溉水淋洗
了一部分土壤盐分并将其带入排干水中。

(2)总砷：二排干沿程各处的总砷含量都高于灌溉水的含量；总排干各处的
总砷含量，除源头比灌溉水的低之外，其它各点均比灌溉水的高。

(3)总氮：相对于灌溉水来说，各排干各点总氮含量有增、有减，无明显变
化规律。

(4)NH4-N：二排干中，除两个点之外，其余各点均比灌溉水中的低；总排干
各点相对于灌溉水来说NH4-N含量有增、有减，无明显变化规律。

(5)NO3-N：二排干各处水中的NO3-N含量均低于灌溉水中的；总排干除下游NO3-N含量略高于灌溉水之外，其它各点均比灌溉水的含量低（。

(6)总磷：二排干和总排干的总磷含量无明显变化规律，与灌溉水相比有增、有减。

(7)TOC：二个排干中的TOC含量均高于灌溉水的，且增幅差别较大。

排干水
中TOC含量的增加，一方面是来自灌溉淋洗作用下带入排干水中的土壤有机质；
另一方面是由于一排干和二排干穿越杭锦后旗城区，除灌溉余水之外，城区的生产、生活污水也都排入这两个排干中，而这些污水基本未经处理，含有大量TOC。

最终导致各排干中TOC含量高于灌溉水的。

2．地下水
(1)研究区地下水水样的pH值在6.74-7.94之间。

75%的水样TDS在1000-3000mg/L之间，属于弱咸水；15%的水样TDS<1000mg>，属于淡水；10%的水样TDS在3000-10000mg/L之间，为咸水。

5个水样的F-浓度超过了我国生活饮用
水卫生标准（GB5749-2006）限值1.0mg/L。

80%的水样中Mn含量超过了我国
生活饮用水卫生标准限值0.1mg/L。

NH4-N浓度较高，最高值达到13.58mg/L。

TOC含量普遍较高，其中90%的水样TOC含量超过了北京市自来水TOC限值
4mg/L，最高值达到12.19mg/L，说明地下水中受有机物污染的程度较高。

(2)地下水总砷含量幅度变化较大，12个水样中的总砷含量超过了我国生活饮用水卫生标准限值10µg/L。

除了1个高砷水样点位于研究区南部的磴口补隆乡友谊五社二排干附近，1个位于研究区西南部双庙镇继丰十社一排干源头附近外，其余10个高砷水样点均分布在研究区北部总排干附近的凹陷地带。

5.结论与建议
杭锦后旗是内蒙古河套平原引黄灌溉引发的环境地质问题典型的区域，选择该旗为研究区，通过采集灌溉渠、排干的地表水样与其附近的地下水水样，对水质进行分析评价并提出防治建议。

研究区灌溉水水质符合国家标准，砷含量很低（仅为3.7µg/L），这说明在研究区内引黄灌溉水本身并不是地下水中砷浓度增加的来源。

表层土壤中的砷含量均超过了内蒙古表层土壤砷含量背景值6.12mg/kg。

随着灌溉水的下渗，土壤中的砷会随之迁移至排干或地下水中。

因此，土壤中的砷可以成为向排干水或地下水中释放砷的物源。

地表水中，二排干和总排干与灌溉水相比，总盐量高3~6倍，说明灌溉水经过土壤过程中，淋滤了土壤中的盐分；总砷高，推测是灌溉水携带地表的P肥进入土壤中形成竞争吸附效应，置换了土壤中的砷；TOC高，说明携带了生产生活污水进入总排干；总氮、NH4-N、NO3-N、总磷无规律。

总排干中的水底底泥中也含有大量砷，在周围环境变化时，可以成为地下水砷污染的来源。

当排干沟的水位较高时，排干水会发生侧渗现象，排干沟两侧的地下水水质会受到影响。

所以，排干水中较高的砷等污染物质会进入地下水水系，污染地下水。

高砷地下水基本位于总排干附近。

根据本文的研究，建议如下措施进行治理：
（1）采用明沟排水，竖井排灌，喷灌、滴灌、微灌、畦灌、沟灌等灌溉方式，逐渐改变以大水漫灌为主的灌溉方式。

（2）提倡合理施肥，有效施肥。

防止过多的磷酸盐随灌溉用水进入土壤深层。

（3）建设污水处理厂，用于对灌区灌溉排水、生活污水以及工业废水的处理。

避免农民取用被污染的排干水灌溉农田，导致二次污染。

6.参考文献
[1]王焰新，郭华明，阎世龙等．浅层孔隙地下水系统环境演化及污染敏感性研究[M]．京：科学出版社，2004．
[2]LinLF，
TangJ,BJ.M.CharacteristicsofenvironmentalgeoehemistryinthearsenisisareaoftheIn nerMongoliaofChina.EnvironmentalGeochemistryandHealth，2002，24:249一259.。