魯中山丘區(qū)地下水硝酸鹽污染狀況研究

，，，

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072)

地下水是我國(guó)居民生活用水的主要水源，其污染直接關(guān)系到人們?nèi)罕姷纳硇慕】?。日益?yán)峻的地下水污染形勢(shì)引起了學(xué)者們的高度關(guān)注[1-5]，其中硝酸鹽是地下水污染的重要污染組分[6-7]。居民生活污水與垃圾排放、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥與有機(jī)肥的施用、家禽家畜養(yǎng)殖中代謝物排泄等均可能造成地下水中硝酸鹽含量的升高[8-11]。但從農(nóng)業(yè)灌溉方面考慮，硝酸鹽可被農(nóng)作物吸收利用，富含硝酸鹽的地下水是較好的灌溉水源。本文通過大量的水質(zhì)測(cè)試分析資料，對(duì)位于魯中山丘區(qū)的臨朐縣、沂源縣、沂水縣及莒縣境內(nèi)淺層地下水中硝酸鹽污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出地下水的開發(fā)利用建議。

1 地質(zhì)背景條件

1.1 自然地理?xiàng)l件

本次研究區(qū)位于魯中山丘區(qū)的東部，包括臨朐縣、沂源縣、沂水縣及莒縣四縣區(qū)域。地貌類型主要有侵蝕地貌、侵蝕剝蝕地貌、剝蝕地貌、剝蝕堆積地貌及堆積地貌五大類。地勢(shì)總體表現(xiàn)為中部高，南部和北部低的趨勢(shì)，丘陵山區(qū)主要分布在中部地區(qū)，占工作區(qū)面積的一半以上，海拔最高處位于沂山，海拔1 031 m。流經(jīng)區(qū)內(nèi)的主要河流有沂河、沭河和彌河。

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存特征及分布規(guī)律，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性特征，工作區(qū)可分為松散巖類孔隙水，碎屑巖類孔隙-裂隙水，碳酸鹽巖類裂隙-巖溶和巖漿巖、變質(zhì)巖類裂隙水(圖1)。

1.2.1 松散巖類孔隙水

主要分布于彌河、沭河、沂河沖洪積扇，含水砂層巖性為中粗砂、礫石，顆粒粗大，砂層厚度一般5～30 m，富水性強(qiáng)～極強(qiáng)，單井涌水量1 000～5 000 m3/d；山麓地帶坡洪積地區(qū)，地下水弱富水性，單井涌水量小于500 m3/d。

1.2.2 碎屑巖類孔隙-裂隙水

主要分布于鄌郚斷裂與沂水?dāng)嗔选追易痈∪R斷裂與大店斷裂等斷陷河谷盆地，含水層巖性主要為侏羅系、上白堊系砂巖、頁巖、礫巖。巖石致密，裂隙不發(fā)育，弱富水，單井涌水量小于100 m3/d。

1.2.3 碳酸鹽巖類裂隙—巖溶水

主要分布在研究區(qū)西北部的沂源縣、臨朐縣境內(nèi)，地下水賦存于上寒武系三山子組及奧陶系灰?guī)r、白云巖灰?guī)r、泥灰?guī)r中，裂隙巖溶發(fā)育不均勻，一般弱富水，單井涌水量小于500 m3/d；在斷裂帶附近的有利地貌、構(gòu)造條件下，單井涌水量增至500～1 000 m3/d，局部地段如沂源縣城區(qū)及臨朐縣五井村一帶，單井涌水量大于1 000 m3/d。

圖1 研究區(qū)地下水類型分區(qū)圖

1.2.4 變質(zhì)巖、巖漿巖基巖裂隙水

在區(qū)內(nèi)分布面積較廣，根據(jù)含水巖組巖性可分為變質(zhì)巖類裂隙水、侵入巖類裂隙水及噴出巖類孔洞-裂隙水。含水層巖性主要為片麻巖、花崗片麻巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖及玄武巖等，地下水賦存于淺部風(fēng)化裂隙中或構(gòu)造裂隙中，富水性極弱，單井涌水量一般小于100 m3/d，局部可行成富水地段。

2 地下水中硝酸鹽含量

2.1 硝酸鹽污染樣采集測(cè)試

區(qū)內(nèi)淺層地下水中硝酸鹽污染物主要由地表經(jīng)包氣帶滲入含水層中，污染物的分布與含水層介質(zhì)類型關(guān)系不大。因此，本次采用平均布點(diǎn)法采集淺層地下水樣進(jìn)行硝酸鹽污染分析，共采集水樣327件，分析項(xiàng)目為硝酸根離子(NO3-)，根據(jù)分子量，水樣中氮元素含量換算公式:

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

式中W(N)為水樣中計(jì)算的氮元素含量(mg/L)，W(NO3-)為水樣中實(shí)測(cè)的硝酸根離子含量(mg/L)。

2.2 硝酸鹽污染分布特征

2.2.1 硝酸鹽含量分類

結(jié)合世界現(xiàn)行的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[12-15](表1)，將《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[16]中Ⅱ類水硝酸鹽(以N計(jì))含量值變?yōu)椤?0 mg/L(表2)。

根據(jù)該分類標(biāo)準(zhǔn)，所采集的樣品中符合Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)為139件，界于Ⅰ、Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)之間的水樣31件，界于Ⅱ、Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)之間的水樣42件，界于Ⅲ、Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)之間的水樣31件，屬于Ⅴ類水的樣品數(shù)84件(圖2)。由此可見，區(qū)內(nèi)淺層地下水的硝酸鹽含量不適宜作為飲用水(Ⅳ、Ⅴ類)的樣品數(shù)占樣品總數(shù)的35.17%(表3)，污染狀況嚴(yán)重。

表1 世界現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)NO3-含量 mg/L

表2 地下水硝酸鹽含量分類 mg/L

圖2 硝酸鹽含量分類統(tǒng)計(jì)圖

2.2.2 硝酸鹽污染現(xiàn)狀

根據(jù)表2的分類標(biāo)準(zhǔn)，以本次測(cè)試分析結(jié)果為依據(jù)，繪制研究區(qū)淺層地下水硝酸鹽含量分區(qū)圖(圖3)。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)沂源縣、沂水縣境內(nèi)淺層地下水中硝酸鹽含量低，多為Ⅰ、Ⅱ類水，臨朐縣與莒縣淺層地下水中硝酸鹽污染嚴(yán)重。受污染的Ⅴ類水主要分布在臨朐縣東北部、沂水縣的北部及莒縣南部廣大地區(qū)，分布面積約1 439 km2，占研究區(qū)總面積的18%；Ⅳ類水分布面積約1 216 km2，占研究區(qū)總面積的15%。

圖3 淺層地下水中硝酸鹽含量分區(qū)圖

表3 硝酸鹽含量超過Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)水樣信息一覽表 mg/L

3 討論

由圖3可以看出，研究區(qū)地下水中硝酸鹽污染多呈面狀分布特征，且多分布在農(nóng)業(yè)種植條件好的剝蝕堆積地貌及堆積地貌區(qū)，由此推測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、有機(jī)肥的施用是引起地下水中硝酸鹽含量升高的主要原因。地下水中硝酸鹽含量過高可能誘發(fā)多種疾病[17]，世界各國(guó)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硝酸鹽的限制含量約10 mg/L，我國(guó)也將10 mg/L作為地表水水源的飲用水硝酸鹽限制含量，但對(duì)地下水水源的飲用水硝酸鹽限制含量放寬至20 mg/L。從保證人們?nèi)罕娚硇慕】悼紤]，建議將本次確定的Ⅰ、Ⅱ類水分布區(qū)作為飲用水硝酸鹽適宜區(qū)；Ⅲ類水分布區(qū)作為飲用水硝酸鹽較適宜區(qū)；Ⅳ、Ⅴ類水分布區(qū)淺層地下水禁止作為飲用水水源，宜作為農(nóng)業(yè)灌溉用水水源。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)淺層地下水中硝酸鹽污染嚴(yán)重，硝酸鹽含量(以氮計(jì))大于20mg/L的Ⅳ、Ⅴ類水水樣占總水樣的35.17%，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積約2 655 km2，占研究區(qū)總面積的33%左右。

(2)研究區(qū)地下水中硝酸鹽污染多呈面狀分布特征，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、有機(jī)肥的施用是引起地下水中硝酸鹽含量升高的主要原因。