宁夏银北平原地下水中砷的分布特征及其富集因素

本研究对银北平原 40 m 以内的潜水、 40~ 160 m 的第一承压水和大于 160 m 的第二承压 水中的 总砷含量进行了抽样调查, 所有样品砷含量范围值 为 1~ 89 g/ L, 砷含量超过 国家生活饮用水卫生 标准 ( GB5749 2006) ( 10 g/ L ) 的仅占总样品数的
地下水中砷的空间分布特征显著 : 水平方向上, 从南部的贺兰县、 中部的平罗县和大武口区到东北
* 收稿日期 : 2009 11 10
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引 言
了砷中毒病人 , 此后相继发现了更多的地方性砷 中毒分布区, 宁夏银北平原就是新发现的砷中毒病 区之一[ 4] 。
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修回日期 : 2009 12 11
基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 40872157、 40830748) ; 中国 地质调查 局调查项 目 ( 1212010634714) ; 中俄 合作基金 项目 ( N S FC R FBR 40711120189) ; 教育部新世纪优秀人才支持计划项目 ( N CET 07 0733) 作者简介 : 田春艳 ( 1984 ) , 女 , 硕士研究生 , 主要研究方向为地下水污染与防治。 E mail : ti anchunyan042041@ 163. com
第 17 卷 2 01 0 年
第 2期 3月
安全与环境工程
Saf ety and Enviro nm ent al Engineering
Vol. 17 M ar.
No. 2 2 010
宁夏银北平原地下水中砷的分布特征及其富集因素
田春艳 , 张福存
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( 1. 中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室 , 武汉 430074; 2. 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 , 河北 保定 071051)
Table 1 Content of A s with different depths in groundwater
埋深 / ( m) 0~ 40 40~ 160 > 160
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研究区概况
研究区位 于银 川平 原北部 ( 文中 称为 银北 平
原) , 东侧以黄河为界 , 西至贺兰山山麓, 南部为贺兰 县行 政 边 界, 北 部 为 惠 农 区, 地 理 坐 标 为 东 经 107 10 ~ 108 00 , 北纬 38 20 ~ 39 20 。研究区属 大陆北温带干旱、 半干旱气候 , 年均降水量为 183. 5 mm, 年均蒸发量为 1 955. 16 mm, 约是降水量的 11 倍。银北平原地势西高东低 , 总体为由西南向东北 倾斜 , 区内由西向东依次为山前洪积斜平原、 冲洪积 平原、 冲湖积平原和黄河河漫滩 ( 见图 1) 。银北平 原为引黄灌区, 灌溉渠系密如蛛网 , 本区大面积土壤 盐渍化是农业发展的主要障碍 , 地下水砷污染是威 胁该地区居民身体健康的重大环境地质问题。 从研究区砷浓 度等值线 图 ( 见图 2) 中可 以看 出 : 银北平原地下水砷异常地段主要分布于贺兰县 的常信堡、 通义和立岗堡, 平罗县的惠北乡、 黄渠桥、 宝丰镇以及惠农区的庙台、 西永固、 尾闸 , 具有明显 的地带性; 地下水砷含量的一个显著分布特点是从 山前洪积倾斜平原前缘向冲湖积平原中心 , 地下水 砷含量递增, 高砷地下水沿黄河河道自南向东北局 部呈点状分布 , 总体上呈条带状展布 , 且东北部砷含 量普遍高于南部。
39. 26% , 由此可见研究 区地下水砷含量大部分较 低 , 仅有部分水样含砷量较高。不同埋深水样的砷 含量值如表 1 所示。
表1 不同埋深地下水中砷的含量
不同样本 类型 潜水 第一承压水 第二承压水 占总数百 分比 / ( % ) 87. 7 8. 0 4. 3 A s 含量 范围值 / ( g 1~ 89 2~ 35 1~ 29 L - 1) A s 含量 平均值 / ( g L- 1 ) 15. 28 7. 31 6. 64
图1
银北平原地貌图
Fig.1 Geomorphological map of Northern Yinchuan Plain
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研究区地下水中砷的分布特征
图2 研究区地下水中砷浓度等值线图 ( 单位 : g / L ) Fig. 2 Isog ram o f the a rsenic co ntent in g roundw ater ( unit: g/ L )
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散岩类孔隙水的主要补给来源之一, 本次检测结果显 示, 位于平原地下水补给区的大武口区十分沟潜水中 砷的含量较高, 为 54 g/ L, 该区远离平原灌渠 , 因此 地下水中砷 可能部分来源于 贺兰山区。据有关资 料 , 贺兰山北段煤系地层发育, 是宁夏重要的煤炭 生产基地, 煤层中含有丰富的砷元素。沙巴台煤矿煤 芯样品质量测试结果显示, 所有煤层砷元素均有检 出, 其中六层煤砷含量为 3 mg/ kg, 八层煤砷含量为 1 mg/ kg, 九层煤砷含量为 2 mg/ kg, 十层煤砷含量为 8 mg/ kg, 十一层煤砷含量为 7 mg/ kg, 十三层煤砷含量 为 10 mg/ kg, 煤层中的砷超过地壳中砷的含量 ( 1. 8 mg/ kg) 。可见, 平原西部的煤系地层也是下游平原 内高砷含量的来源之一。 3. 2 砷的富集因素 在查明地下水中砷的来源的基础上, 进一步探 讨了砷的富集成因。该区地下水中砷的富集与古地 理环境特征、 地下水径流条件、 水化学因素及气候条 件等有关。 3. 2. 1 古地理环境特征 在第四纪更新世时期 , 银北平原是一个由断陷 盆地造成的浩瀚大湖[ 10] , 河湖岸畔覆盖着茂密的植 被 , 这些植被以及湖盆中的水生动物为湖相沉积层 提供了丰富的腐殖质。腐殖质有机胶体对金属离子 具有强烈的表面吸附、 离子交换以及螯合作用, 当从 基岩山区溶滤出的铁、 锰、 砷等离子在向下游迁移的 过程中 , 胶体的吸附作用和螯合作用就会使这些金 属离子从水中分离出来 , 并聚集于湖积物中。另外, 砷也能在鱼虾体内和水生生物中富集 , 死去的生物 残体沉积于湖底, 经过漫长的地质历史时期 , 通过物 理、 化学及生物等作用, 砷逐渐从沉积 物中释放出 来 , 进入水中。研究表明, 地下水砷含量较高区正是 当时湖心区沉积带。 3. 2. 2 地下水径流条件 地下水的径流条件也是影响砷迁移富集的一个 重要因素。银北平原地 势总体为自西 南向东北倾 斜 , 西部贺兰山山前洪积倾斜平原地形坡度大, 含水 层颗粒粗, 地下水径流条件好, 水中的砷易流失而贫 乏 ; 平原南部和中部的冲湖积平原区地形坡度小 , 含 水层颗粒细, 地下水径流条件较差, 利于水中砷的富 集 , 坤含量平均值为 12. 8 g / L ; 平原东北部属于银 北平原的尾端 , 地表水、 地下水及灌溉余水都在此汇 集 , 是各种元素的聚集场所。该区沉积物颗粒细小, 径流不畅, 地下水埋深为 1~ 3 m , 加之处于干旱气 候区, 地下水蒸发极为强烈, 促使水中砷含量增大。 砷含量与地下水径流条件的关系见表 3 。
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安全与环境工程
第 17 卷Байду номын сангаас
部的惠农区 , 地下水中砷含量平均值逐渐增大 , 依次 为 10. 77 g/ L、 14. 01 g/ L、 16. 66 g/ L、 19. 12 g/ L , 惠农区平 均值最高 ; 垂向 上, 随 着埋深的 增 加, 砷含量有减小的趋势 ( 见表 1) , 小于 40 m 的潜 水中砷含量平均值为 15. 28 g/ L , 第一、 二承压水中 砷含量的平均值均较低 , 分别为 7. 31 g / L 和 6. 64 g/ L , 但差别并不明显。当地居民一直饮用的手压 井水井深主要集 中在 砷含量 较高的 10~ 40 m 埋 深, 这也进一步证实了饮水中富含砷是造成本区砷 中毒的原因 , 因此该区为饮水型砷中毒。 笔者还对水中 As( ) 的分布规律进行了探讨。 以往的研究表明: 在氧化环境中 As( ) 与 A s( ) 之比大约为 1 4~ 1 的比值 ( As( )/ 还原环境中, As( 9, As( ) 的含量占总砷含量
摘 要 : 通过对宁夏银北平原地下水中砷的分布特征、 来源及 富集因素进行研究 , 结果表明 : 银北平 原地下水砷 异
常地段的 分布具有明显的地带性 , 从山前洪积倾斜平原前缘向 冲湖积平原中心 , 地 下水中砷含 量递增 , 高砷地下 水 沿黄河河道自南向东北局部呈点状分布 , 总体上呈条 带状展布 , 且东北部 砷含量普遍 高于西南部 , 主要 富集在 0~ 40 m 深度的含水层中 ; 引黄灌溉的黄河水与 贺兰山区的煤系地层是平原 内地下水中 砷的主要 来源 ; 特殊的古地 理 环境特征、 地下水径流条件、 氧化还原环境及干旱半干旱的气候条件是地下水中砷富集的重要因素。 关键词 : 地下水 ; 砷 ; 分布特征 ; 富集因素 ; 银北平原
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中图分类号 : X523
文献标识码 : A
文章编号 : 1671 1556( 2010) 02 0022 04
Distribution and Enrichment of As in Groundwater in Northern Yinbei Plain
T IAN Chun y an 1 , ZH AN G Fu cun2 ( 1 . K ey L abor atory of B iogeol ogy and Envir onmental Geol ogy of Mi ni str y of E ducat ion, China Uni ver sit y of Geosciences, Wuhan 430074, Chi na; 2. Centr e f or H y dr ogeol ogy and Env ir onmental Geol ogy , CGS, B aodi ng 071051, China) Abstract: T his paper discusses t he dist ribut ion, sources and enrichment factors of arsenic in the groundw at er in Northern Yinchuan Plain. T he st udy indicates t hat: first , the dist ribution of high As in groundwat er exhibits a dis t inct spatial zonation. From t he piedmont alluvial plain to the cent er of the alluvial lacustrine plain, the content of As in the groundwat er becomes higher. High arsenic groundwater is dist ribut ed by spot ted state regionally, but by banding macroscopicly, st retching south nort heast in Yinchuan Plain. High arsenic groundwater is most ly enriched in the depth of 0~ 40 m. Second, the import ed wat er from the Yellow River and from the coal measure strat a in the H elan Mount ain is t he main source of arsenic in groundw ater in t he plain. And third, the special paleo geo graphical environment al feature, groundw at er run off condit ion, anox ic environment and arid or semi arid climate play great important role in arsenic enrichment. Key words: g roundwat er; arsenic; dist ribution; enrichment fact or ; Yinbei Pain 胁 , 在孟加拉盆地有超过 4 000 万人饮用砷浓度 超标的地下水 [ 2] ; 在中国 , 20 世纪 50 年代、 70 年代 和 80 年代分别在台湾、 内蒙古赤峰和新疆奎屯发现 高砷地下水是当前国际社会面临的最严重的环 境地质问题之一 , 对居民身体健康造成了极大的危 害。全世 界至 少 有数 亿 人 面临 高 砷 地下 水 的 威