饮用地下水（精选5篇）
饮用地下水 篇1
钒的测定方法有石墨炉原子吸收法, 在《水和废水监测分析方法》第四版中钒的检出浓度范围为0.05-1.00mg/L, 这与GB3838-2002中表3集中式饮用水源水地标准中钒的浓度值0.05mg/L一样, 这种方法的适用性和标准之间缺乏实用性和实际操作意义, 不够科学, 根据分析技术要求, 分析方法的检出限应明显低于标准要求的浓度 (1/5-1/10) 。我们根据美国EPA对钒的火焰和石墨炉原子吸收分光光度法, 对钒的测定方法的检测限进行研究, 把最低检测浓度降低到0.005-0.01mg/L, 使得分析方法和标准要求相匹配;研究的分析对象主要是饮用水、地下水和清洁的地表水。
1实验部分
1.1仪器与试剂
1.1.1仪器
PEAA-600原子吸收分光光度计及相应的辅助设备, 配有石墨炉和背景校正器, 光源选用空心阴极灯。
载气:氩气, 纯度不低于99.996%
1.1.2实验用水:分析时使用符合国家标准或行业标准的优级纯试剂和超纯水或同等纯度的水。
1.1.3硝酸 (HNO3) :ρ (HNO3) =1.42g/ml, 优级纯。
1.1.4 0.5%硝酸溶液:用硝酸 (1.1.3) 配制。
体系采用氩气作为清洗气, 气压在0.4 0 M P a左右。
1.1.5钒标准贮备液:50.0mg/L, 用硝酸 (1.1.4) 稀释。
1.1.6钒标准使用液:100μg/L, 用硝酸 (1.1.4) 稀释。
1.2分析步骤
1.2.1空白试验溶液的制备
在测定试样的同时, 测定空白。取硝酸 (1.1.4) 代替试样, 与试样同时测定。
1.2.2校准溶液系列的制备
1.2.2.1用钒标准使用液和硝酸 (1.1.6) 仪器自动配制以下五个工作浓度标准:10.0μg/L, 20.0μg/L, 40.0μg/L, 70.0μg/L, 100μg/L。
1.2.2.2根据表二的石墨炉升温程序, 空烧至石墨炉空白稳定。依次测定空白, 工作标准曲线。
1.3试样制备
测定溶解性钒时, 采样后立即用0.45μm滤膜过滤, 再加硝酸酸化至PH<2待测。在每次测定前, 须重复测定空白和工作标准溶液, 及时校正仪器和石墨管的灵敏度。
2结果与讨论
2.1酸介质的确定
根据文献资料, 我们使用的酸介质是硝酸, 主要是对硝酸浓度的确定, 我们选择了2%、1%、0.5%、0.2%不同的浓度, 经过实验, 结合仪器使用情况 (石墨管的消耗等等因素) , 我们认为最佳的浓度是0.5%, 浓度过低, 测试过程和结果不稳定, 浓度高对石墨管损伤严重, 其他的酸介质如盐酸、硫酸及磷酸, 效果均不如硝酸好。
2.2石墨炉最佳工作条件的选择
我们工作条件的探索主要是石墨炉工作条件, 温度和斜率的确定, 这里最主要的又是原子化和清洗的温度选择, EPA方法推荐的温度是2800℃, 仪器工作站推荐的方法是2400℃, 由于仪器采用的是横向加热的蝶形石墨管, 并且仪器最高温度限制在2600℃, 所以我们在2400-2600℃之间进行了研究, 原子化的效果没很大变化, 综合实验结果和仪器性能进行分析, 最后选择的是原子化温度为2400℃, 清洗温度为2450℃。
2.3测定结果
实验数据, 见表三～表八。
2.4方法检测限的确定
最终确定:检测限为4μg/l, 测定最佳浓度范围为10-100ug/L。
2.5实验中遇到的一些问题
2.5.1条件使用石墨管温度比较高, 加上仪器条件中酸度比较大导致石墨管使用寿命比较短, 建议使用质量好的石墨管。
2.5.2实验过程中发现不同的石墨管、不同的外部环境, 都对方法的斜率产生比较大影响, 实验数据中可以看出斜率的变化。
3结论
本实验结果表明, 石墨炉原子吸收分光光度法测定地表水地下水的检测限达到了0.005mg/l的水平, 比GB/T 14673-93方法的0.05-1.0mg/l检测范围, 灵敏度提高了10倍, 方法满足地表水环境质量标准GB 3838-2002表3集中式生活饮用水地表水水源地特定项目标准限值对钒的标准限值0.05mg/l的分析方法要求, 使得分析方法和标准配套, 钒项目标准成为可操作执行标准。
方法中, 由于增加了仪器的检测灵敏度, 使得仪器的稳定性比较差, 主要是校准曲线的斜率随着石墨管更换, 波动较大, 所以, 为使数据更具有科学性和准确性, 在实验过程中, 要注意用同一根石墨管对标准样品实际样品以及质量控制样品同时测定, 每次分析过程进行校准曲线测定, 不得使用过去的曲线。
3结论与讨论
(1) 近年来德州地区大气降水呈现下降的总趋势。
(2) 大气降水是德州地区浅层地下水的主要补给来源, 所以受降水影响, 地下水水位年际变化与降水年际变化趋势相一致, 但年内变化趋势不一致。
(3) 枯水年由于超采地下水, 导致在降水较少的年份汛期过后的下半年地下水的水位持续下降, 并影响到下一年。
摘要：研究了石墨炉原子吸收法测定饮用水、地下水和地表水中钒, 对方法的检测限进行研究, 要把最低检测浓度降低到0.005-0.01mg/L, 使得分析方法和标准要求匹配起来。
关键词：石墨炉原子吸收,饮用水、地下水和地表水,钒
参考文献
[1]国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会编.水和废水监测分析方法第四版.中国环境科学出版社.2002
[2]EPA标准.METHOD7000A.Atomic Absorption Methods
饮用地下水 篇2
颁布时间：2004-11-27发文单位：河北省石家庄市人大
（2004年8月27日石家庄市第十一届人民代表大会常务委员会第十一次会议通过 2004年11月27日河北省第十届人民代表大会常务委员会第十二次会议批准）
经2004年8月27日石家庄市第十一届人民代表大会常务委员会第十一次会议审议通过，2004年11月27日河北省第十届人民代表大会常务委员会第十二次会议批准，现予公告，自2005年1月1日起施行。
石家庄市人民代表大会常务委员会
2004年12月16日
第一条 为了保护市区生活饮用水地下水源，防治污染，保障人体健康，促进经济与环境的协调发展，根据《中华人民共和国水污染防治法》等有关法律、法规，结合本市实际，制定本条例。
第二条 市区生活饮用水地下水源保护区，是指本市辖区内滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区和市区内饮用水开采井周边地下水源保护区。
第三条 本条例适用于市区生活饮用水地下水源保护区的污染防治工作。
第四级 市环境保护行政主管部门负责对市区生活饮用水地下水源保护区污染防治工作的统一监督管理。
市规划、城市管理、卫生、水利、国土资源、农业等部门按照各自职责，做好市区生活饮用水地下水源保护区的污染防治工作。
第五条 鹿泉市、灵寿县、行唐县、正定县、藁城市、新乐市人民政府应当依照本条例的规定，采取措施，防治污染。
第六条 市人民政府应当组织有关部门，规划、建设和完善地下水源保护区的污水排水管网、垃圾清运等基础设施。
第七条 任何单位和个人都有保护生活饮用水地下水源，防止污染的义务，并有权对污染和破坏生活饮用水地下水源的行为进行检举和控告。
第八条 生活饮用水地下水源保护区的水质适用国家《地下水质量标准》Ⅱ类标准。
第九条 滹沱河水系地下水源保护区划分为三级：
（一）一级保护区范围包括：黄壁庄水库主坝至马山、下黄壁村、上吕村、后东…、前东…、郑村、邓村、孟庄、东小壁、北落凌、中落凌、南落凌、纸房头、陈村、西营村、东营村、南高基、肖家营、柳辛庄、西古城、东古城、北高营、凌透、店上、西塔口、东塔口、北中奉、大丰屯、小丰村、陆家庄、九门、南屯、黄庄、固营、朱河、郭家庄、太平在南头（沿河堤）、塔元庄、大孙树、小孙树、平安村、胡村、西里寨（沿河庄陡坝）、邵同、南
白店、北白店、同下村、西木佛、南合村、倾井庄、忽冻村至黄壁庄水库主坝地域链接形成的区域。
（二）二级保护区范围包括：滹沱河南一级保护区外黄壁庄水库副坝至永乐、南白砂、北故城、南故城、东邵营、霍寨、徐庄、于底、大郭村火车站、西王村、留营村、钟家庄（沿石太铁路）、京广线、石津渠南支流（沿渠向东）、吴家营、北五女、小丰村至一级保护区地域链接形成的区域；滹沱河北一级保护区外西木佛、韩家楼、曲阳桥、南岗村、教场庄、西洋村、黄庄至一级保护区地域链接形成的区域。
（三）三级保护区范围包括：滹沱河以南二级保护区以外西王村至中山西路至上庄村（沿山前向北）、王屋、高家窑、牛山村至黄壁庄水库副坝地域链接形成的区域。
沙河水系地下水源保护区为：新乐市境内自西北至东南，环绕沙河两岸，车固、岸城、赤支、凤鸣、承安铺、西五楼、东五楼、东张村、南张村、路家庄、大流、小宅铺、堽头村、吴家庄、中同、木村、北高里（行唐县）、车固地域键接形成的区域。
磁河水系地下水源保护区为：正定县、新乐市境内自西北至东南，环绕磁河两岸，陈家疃、东宿村、辛合庄（新乐市）、完民庄、贯上（新乐市）、小石家庄（新乐市）、西平乐、东杜村、西白庄、南王庄、七吉、丁旺、韩家庄、傅家村、里双店、孔村、陈家疃地域链接形成的区域。
本条前三款所列地下水源保护区由市环境保护行政主管部门依法制作区域划分图。
第十条 市区内以饮用水开采井为中心半径30米范围内为地下水源保护区。
第十一条 滹沱河水系地下水源一级保护区及沙河、磁河水系地下水源保护区范围内，禁止新建、改建、扩建生产性建设项目和污染水源的非生产性建设项目及设施；滹沱河水系地下水源二级保护区范围内，禁止新建、改建、扩建可能污染地下水源的生产性建设项目和设施；滹沱河水系地下水源三级保护区范围内，禁止新建、改建、扩建化工、电镀、皮革、造纸、冶炼（含焦化、烧结）、印染、炼油、制药、养殖及产生放射污染等建设项目和设施。第十二条 滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区范围内禁止下列行为：
（一）使用剧毒或高残留农药；
（二）储存有毒化学品、农药、石油、放射性物质等；
（三）倾倒、堆积生活垃圾、建筑垃圾、工业废渣等废弃物；
（四）利用污水灌溉农田；
（五）利用含有毒污染物的污泥作肥料；
（六）利用渗坑、渗井排放有毒有害污水；
（七）擅自修建渗水厕所和污水明渠；
（八）其他可能造成污染的行为。
第十三条 市区内饮用水开采井地下水源保护区内禁止从事下列行为：
（一）堆放易燃、易爆、剧毒或其他有毒和放射性物质；
（二）堆放、倾倒工业废渣、城市垃圾和其他废弃物；
（三）排放污水和挖设渗坑、渗井、污水渠道、渗水厕所等；
（四）喂养畜禽；
（五）挖坑取土、破坏深部土层结构、损坏绿化植被；
（六）其他污染和影响地下水源环境的行为。
第十四条 在水源保护区内，经批准新建、改建、扩建的建设项目必须具备完善的排入污水排水管网的条件。
第十五条 滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区范围内现有的化工、印染、造纸、皮革、冶炼、电镀、炼油、制药等重污染企业，市人民政府应当制定规划，由市和所在地县级人民政府依照规划确定的时间和管理权限负责搬迁或关闭。
第十六条 滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区范围内现有的未经环境保护行政主管部门审批，已建成的本条例第十五条规定以外的其他企事业单位，由市环境保护行政主管部门对其污染状况作出评价，分为三种情况处理：
（一）排放污水的企事业单位，均应安装污水处理设施和污染源自动监测仪，排放的污水必须达到国家规定的排放标准，并通过防渗漏管道排入污水排水管网，经市环境保护行政主管部门检验合格，方可继续生产和使用；
（二）排放污水以外污染物的企事业单位，应根据实际排放污染物的情况，建设相应的防治污染设施，经环境保护行政主管部门检验，达到国家规定排放标准的，方可继续生产和使用；
（三）排放污染物的企事业单位，经治理，仍不能达到污染物排放标准或不具备污水排水条件的，由市或所在地县级人民政府限期搬迁或关闭。
第十七条 市环境保护行政主管部门按照污染物排放总量控制的要求，负责审核滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区范围内单位的排污情况，达到国家规定标准的，颁发国家规定的《排污许可证》。
排放污染物的单位，在本条例生效后六个月内应向市环境保护行政主管部门提出污染物排放申请，由市环境保护行政主管部门审核、批准，颁发《排污许可证》后，方可排放，并交纳排污费。
第十八条 滹沱河、沙河、磁河水系地下水源保护区内，建有污水处理设施的单位，必须遵守以下规定：
（一）保证污水处理设施正常运转，做好原始记录，定期向所在地环境保护行政主管部门报告，不得弄虚作假；
（二）污水产生量不得超过污水处理设施的处理能力；
（三）不得擅自拆除或闲置污水处理设施，确需拆除或者闲置的，应当采取防止污染措施，并提前十五日报所在地环境保护行政主管部门批准。
第十九条 市环保、水利、城管、卫生、国土资源、农业等部门应依据各自监测职责定期对地下水质情况进行监测，并由市人民政府或有关部门将数据向社会公布。
市人民政府及其有关部门应当制定地下水源污染的应急预案。当地下水质受到污染，有可能影响人体健康时，有关部门应及时报告。必要时，市人民政府应当启动应急预案，消除污染，保障饮用水安全。
第二十条 违反本条例第十一条规定的，由市或所在地县级环境保护行政主管部门责令拆除，恢复原状，处以二万元以上二十万元以下罚款。
第二十一条 违反本条例第十二条第二项规定的，由市或所在地县级人民政府环境保护行政主管部门限期改正，可处十万元以下罚款；违反第三项、第六项、第七项规定的，由市或所在地县级人民政府环境保护行政主管部门限期改正，可处一万元以下罚款。
第二十二条 违反本条例第十三条规定的，由市或区环境保护行政主管部门责令改正，恢复原状，可处一万元以下罚款。
第二十三条 违反本条例第十六条第一项、第二项规定的，由市或所在地县级环境保护行政主管部门责令停止生产或使用，可处以十万元以下罚款。
第二十四条 违反本条例第十七条第二款规定，擅自排放污染物的，由市或所在地县级环境保护行政主管部门处以十万元以下罚款，并追缴排污费。
第二十五条 违反本条例第十八条规定之一的，由市或所在地县级环境保护行政主管部门责令恢复正常使用或者限期重新安装使用，可处十万元以下罚款。
第二十六条 执法人员滥用职权、玩忽职守、徇私舞弊，有下列行为之一的，对直接负责的行政主管人员和其他直接责任人员依法给予行政处分；情节严重构成犯罪的，依法追究刑事责任：
（一）违反本条例规定，应当许可而不予许可的；
（二）放弃或放宽本条例或其他法定条件，予以许可的；
（三）对发现和举报应予制止、纠正或处罚的违法行为不予制止、纠正或处罚的；
（四）其他滥用职权、玩忽职守、徇私舞弊，致使地下水源造成污染的。
饮用地下水 篇3
关键词：地下水质量评价,单因子评价法,综合评价法,影响因素
1 研究区概况
凤阳县XX矿区位于江淮丘陵区北缘, 地形为丘陵岗地, 属北亚热带季风气候, 年平均气温15.01℃, 年平均降水量923.53 mm, 年平均蒸发量1559.82 mm。本区出露地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐淮地层分区, 主要有新太古界庄子里组、峰山李组。矿区大地构造位置处于中朝准地台华北陆块徐淮地块蚌埠隆起, 区内断层有近东西向及北北东向两组。本次工作通过对矿区矿坑道水、5个抽水孔及周边民井等共计采水样15个进而对地下水水质进行分析。
2 水文地质条件
2.1 含水岩组
(1) 松散岩类孔隙弱含水岩组:岩性主要为粉质粘土、粘土, 分布于矿区的北部、东部及西南部, 厚0~21.79 m。就整个矿区看, 由北东向西南厚度有所增大。单井涌水量<10 m3/d, 水位埋深0.84~8.40 m。地下水水质较差, 水化学类型以HCO3-Ca、Na为主。 (2) 裂隙弱含水岩组:岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长片麻岩、闪长岩及大理岩、榴辉岩等, 分布于矿区的中部。该含水岩组埋深0~21.79 m, 厚度大于300 m。单井涌水量<50 m3/d, 其顶部0.81~21.65 m有一风化带, 岩性多为闪长岩, 岩石风化强烈, 多呈砂粒状、碎块状。
2.2 地下水补给、迳流、排泄
松散岩类孔隙含水岩组主要接受大气降水垂直入渗补给, 蒸发为其主要排泄途径、并向下补给基岩裂隙含水岩组。
基岩裂隙含水岩组主要接受上覆松散岩类孔隙含水岩组的补给, 地下水由西南向东北缓慢迳流, 排泄以侧向迳流和人工开采为主。
3 地下水质情况分析评价
在本区内共采集了水样15个进行化学污染成份分析, 测试内容主要是水的p H、总硬度、溶解性总固体、SO42-、Cl-、NH4+、NO3-、NO2-、F-、Cu、Pb、Cd、Hg、As、Zn、Ni、Cr等组分。测试结果中, 以阴离子划分, HCO3型水占总水样60%, HCO3·Cl型水占总26%, Cl·HCO3型水占总7%, HCO3·SO4型水占总7%, 依据地下水质量标准 (GB/T14848-93) , 对矿区地下水质量和生活饮用水水质分析评价, 其中5个抽水孔及矿坑道水样代表矿区基岩地下水, 矿山生活用水及8个民井水样代表浅层地下水。
3.1 生活饮用水水质分析评价
采用单因子评价方法:
(1) 对于评价标准为定值的水质因子, 其标准指数计算公式:
式中:Pi—第i个水质因子的标准指数, 无量纲;
Ci—第i个水质因子的监测浓度值, mg/L;
Csi—第i个水质因子的标准浓度值, m g/L。
(2) 对于评价标准为区间值的水质因子 (如ph值) , 其标准指数计算公式:
式中:Pph—p H的标准指数, 无量纲;
PH—p H的检测值;
PHsu—标准中p H的上限值;
PHsd—标准中p H的下限值。
根据测试结果, 矿区钻孔、矿坑道水、天津铺、杜涧子、张家洼及小王府民井地下水均符合生活饮用水国家卫生标准, 而矿山生活用水井、大王府、许港家、栾家及后付家民井地下水各有不同指数超标, 其中矿山生活用水铁含量0.40 mg/L, 超标0.33倍, 锰含量0.18 mg/L, 超标0.8倍;大王府总硬度587.03 mg/L, 超标0.3倍, 溶解性总固体1156.94 mg/L, 超标0.16倍;许港家溶解性总固体1177.23 mg/L, 超标0.18倍;栾家亚硝酸盐含量0.14 mg/L, 超标1.12倍;后付家总硬度539.99 mg/L, 超标0.2倍, 氯化物含量286.79 mg/L, 超标0.15倍。
3.2 地下水质量的分析评价
4 水质状况影响因素分析
通过评价对比结果, 可知Z K 3 0 4、ZK1108、ZK908、ZK1320钻孔、矿坑道水, 天津铺、杜涧子及小王府民井符合生活饮用水国家卫生标准且水质良好;ZK920钻孔及张家洼民井虽符合生活饮用水标准但水质较差;矿山生活用水井、大王府、许港家、栾家及后付家民井地下水各有不同指数超标且水质较差, 其中矿山生活用水铁、锰超标, 主要由于Qp3地层富含铁锰结核, 经过水、岩 (土) 长期的溶滤、交代作用, 地层中的铁锰则以离子形式进入地下水中, 导致含量超标;大王府总硬度及溶解性总固体超标, 许港家溶解性总固体超标, 而大王府水样总硬度几乎全为暂时硬度, 故不进行分析, 两家民井溶解性总固体超标, 主要因其地形为丘陵岗地, 地势高差不大, 水交替强度弱, 且以蒸发排泄为主, 从而引起浅层地下水矿化度升高;栾家亚硝酸盐超标, 经调查其主要原因是水井成井工艺较简单, 无过滤砾层和止水工序, 加之当地居民环保意识差, 生活垃圾随意堆放造成环境污染, 地下水交替时亚硝酸盐进入地下水中, 导致亚硝酸盐超标;后付家主要是总硬度及氯化物超标, 主要原因为地下径流缓慢, 又以蒸发排泄为主, 致使地下水中氯及钙镁浓缩导致超标。
5 结语
通过对凤阳县XX矿区地下水水质情况的分析, 得出该区基岩地下水质属于良好, 适用于生活饮用及工、农业用水, 但矿区浅层地下水水质较差。建议采矿的同时加强环境保护意识, 采取必要的环保处理措施, 避免水土污染对矿区周围居民身体健康造成危害。
参考文献
[1]《安徽省凤阳县江山矿区铅锌金矿勘探地质报告》.安徽省地质矿产勘查局三一二地质队, 2014.
饮用地下水 篇4
由于硝态氮是村镇地下水源地的主要污染因子[5,6,7,8,9],基于作物多年正常耕种期内,多年平均降水的条件下,以硝态氮为例研究其不同土壤中的淋溶规律。利用ArcGIS的“归一化加权叠加”功能和ModelBuilder工具构建污染因子识别模型[10,11],对经过土壤深层渗漏后的硝态氮浓度进行识别,分级显示其对地下水的污染程度,并为以后的相关工作提供决策支持。
1 识别模型的对象与依据
1.1 识别对象
村镇地下水源的补给区很多都毗邻农田,农田土壤中由于大量的施用化肥导致氮素不断积累,经过降雨和农田的灌溉会在土壤土层中淋溶进而产生深层渗漏,从而到达地下水源补给层,对地下水产生污染。因此,地下水污染因子的识别对象是经过土壤深层渗漏到达地下水源补给层时水体中硝态氮的浓度。
1.2 识别依据
村镇地下水源地污染因子识别依据即相关的评价依据,目前我国主要参照《地下水质量标准》(GB/T14848-93)[12],本文主要根据以人体健康基准值为依据划分的Ⅲ类水和以农业、工业用水要求为依据划分的Ⅳ类水为主要评价依据,见表1。
mg/L
2 识别模型的构建
2.1 构建方法
利用ArcGIS将地下水源地污染因子识别地区的遥感影像加载到软件中,数字化地下饮用水源地及周边污染源所在地的地理空间要素,并将收集到的种植面积、施肥量、土壤类型等属性数据资料导入其中,与对应的空间数据进行关联,建立村镇地下饮用水源地数据库。
根据地下饮用水源地数据库中的基础信息确定影响地下水硝态氮污染因子深层渗漏的因素,并对各相应字段进行重分类,利用加权叠加功能将重分类后的栅格进行归一化分级,考虑每个因素对污染因子深层渗漏的影响程度分别赋予相应权重值,将两个栅格按权重叠加得到污染因子浓度等级栅格,并与识别依据中的相关指标进行比较,从而识别哪些污染因子是地下饮用水源地的污染源。
2.2 构建步骤
2.2.1 确定影响深层渗漏的因素
为快速有效的识别地下水源的硝态氮污染因子,根据1949年至今对影响土壤水中氮素的垂直迁移因素的研究:其中范丙全等[13]在对壤质潮土硝态氮的淋溶的研究中指出氮肥用量是硝态氮淋溶损失的决定因素;王家玉等[14]在稻田土壤中N渗漏的研究中指出,硝态氮是水稻土的氮素的主要淋失形式,施肥量对其有明显影响;易秀等[15]在研究娄土中氮素渗漏时指出,施入土壤的氮肥的渗漏形式基本都以硝态氮为主,且渗漏量与施肥量有极显著相关性;宋玉芳等[16]在研究旱地养分淋溶规律中指出,淋溶水中硝态氮含量远高于氨氮含量,且淋溶量与施肥量呈正相关,因此施肥量是影响硝态氮深层渗漏的一个主要因素。
吕殿青等人[17,18,19]指出在陕北无定河谷地的沙质土壤中硝态氮可下移至200cm,甚至在400cm仍有不少硝态氮;在关中重壤质娄土土壤中硝态氮可下移至100cm以下;在陕南汉中盆地的黏重水稻土土壤中硝态氮只下移至60cm左右。对以上在不同类型的土壤中硝态氮的深层渗漏情况进行比较分析得出:土壤类型对硝态氮的渗漏也具有明显影响。同时考虑到硝态氮在土壤中深层渗漏直至地下水源补给区的过程是一个长期的自然行为,由此确定施肥量和土壤类型为影响因素,其中施肥量为主要影响因素。
2.2.2 因素栅格的“归一化加权叠加”
ArcGIS中的“归一化加权叠加”是ArcToolBox中“Spatial Analyst Tools”下的一个“Overlay”工具,可以对不同量纲的数据进行加权计算,避免直接进行加权平均时量纲不统一的问题。其关键在于先为具有不同量纲的栅格进行字段的行归一化分级,再为栅格进行加权求和运算,多个栅格的权重值之和必须是100%。
“归一化加权叠加”建立的步骤:
(1)打开ArcMap,加载配准好的村镇饮用水源地卫星图片,再打开ArcCatalog,将建立好的地下饮用水源专题图层拖入数据框。
(2)打开ArcToolBox,右键点击根目标“ArcToolbox”,在右键菜单中执行“新的工具箱”命令,将新建工具箱重命名,如“地下饮用水源污染识别”。
(3)在新建的工具箱“地下饮用水源污染识别”上单击右键,点击命令:“新建”/“模型”,打开“ModelBuilder”应用程序窗口,并在窗口中点击“模型”/“模型属性”,通过在“环境设置”中,设定“常规设置”的“输出范围”为“Same As Layer‘StudyArea’”。
(4)从ArcMap中,将“试验地块”图层拖放到“ModelBuilder”窗口中;从“Arctoolbox”中将工具“Feature to raster”拖放到“ModelBuilder”窗口中,“施肥量”和“土壤类型”字段分别对应一个此工具(此工具在“Conversion Tools”/“To Raster”下)。
(5)在“ModelBuilder”窗口中,双击工具图框“Feature to raster”,在出现的对话框中选择“输入要素”为“试验地块”,选择字段分别为:“施肥量”和“土壤类型”。在“ModelBuilder”窗口中右键点击“Feature to raster”,点击运行。右键点击“输出栅格”重命名为“施肥量初始栅格”和“土壤类型栅格”。
(6)从“Arctoolbox”中将“重分类”工具拖放到“ModelBuilder”窗口中,双击此工具,在出现的对话框中选择“输入栅格”为“施肥量初始栅格”和“土壤类型栅格”,在“重分类字段”中选择“Value”和“Lx”,按照表2进行重分类。将输出的栅格分别重命名为“施肥量重分类栅格”和“土壤类型重分类栅格”。
(7)从“ArcToolBox”中将“WeightedOverlay”工具拖放到“ModelBuilder”窗口中,双击此工具,点击右侧的添加按钮添加“施肥量重分类栅格”和“土壤类型重分类栅格”。按照表3所示定义“scale value”值并分别赋予“施肥量重分类栅格”权重为80%和20%,加权叠加的等级对应的硝态氮的浓度范围如表4所示。
(8)模型的参数化。在如图1所示的“ModelBuilder”模型构建器流程图中,右键点击“要素到栅格”工具,选择“生成变量”/“来自参数”/“字段”。依次右键点击“字段”、“字段(2)”、“用量重分类”、“类型重分类”图形框,选择“模型参数”。最终的“GUI”应用界面如图2所示。
3 识别模型的应用
模型应用步骤:
(1)在“Arctoolbox”中双击“地下水污染等级识别”,打开模型的“GUI”应用界面。
(2)按照重分类表中的分类设置“用量重分类”和“类型重分类”。
(3)运行此模型,得到地下水硝态氮污染因子识别效果图,如图3所示。
图3中显示,经过深层渗漏后四个实验区内到达地下水补给区时硝态氮浓度的等级分别为2、2、3、4级,结合表3加权叠加的结果分析表可知,对应的硝态氮浓度分别在4.00~30.0、30.0~42.0和42.0~90.0mg/L,对应的地下水等级为≤Ⅳ级和≥Ⅴ级,其中≥Ⅴ级为地下水严重污染地区,根据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)此类水不可做为饮用水。
4 结语
通过实例应用该模型,经过识别模型归一化加权叠加后的污染因子等级和实测的污染因子等级的结果是一致的。研究表明:
(1)本识别方法通过ArcGIS建立村镇饮用水源地GeoDatabase数据库,获得作物种植结构、土地类型和施肥量等空间和属性数据,与传统的监测点取水样化验分析相比较,具有效率高、成本低、识别区域广等特点。
(2)将具有不同量纲的影响深层渗漏的因素通过归一化加权叠加,使识别模型能够综合反映出识别区域的物理、化学、生物特征。
(3)我国村镇地下饮用水源地的污染因子种类繁多,可以通过调整影响因素之间的归一化等级和权重值反映不同地区内地下水污染因子和污染等级。
饮用地下水 篇5
在我国北方许多地区, 由于地表水资源较贫乏, 地下水一直是人民生活供给的重要的饮用水源之一。目前地下水硝酸盐氮的污染已是一个相当普遍的重要的饮用水质量问题。 近年来, 北镇市由于农村农业经济的发展, 农业种植区的地下饮用水硝态氮污染日益严重, 已经严重影响到人们的生活质量和身体健康。
污染区位于北镇市医巫闾山东麓东至国道102 线, 北起北镇市城关镇, 南至闾阳镇。近20 几年来, 由于农业结构的调整, 该地区大力的发展农业种植及牧禽养殖, 农业生产规模化, 农田的农作物种植均以葡萄为主, 农村经济的发展使农民的生活水平有了很大的提高, 但同时也给人们赖以生存的地下水环境带来了副作用。农民在葡萄种植生产过程中施用了大量的化肥、农家肥 (主要是过多的鸡粪、猪粪) 及农药, 通过大气降水及农田灌溉的淋滤作用, 对地下水进行污染。 硝态氮 (NO3--N) 是最主要的污染成份, 使地下水污染严重, 超过了5749-2006《生活饮用水卫生标准》NO3--N限量值1 倍以上, 甚至多达4-5 倍。 做为饮用水, 硝态氮NO3--N过高已不再适宜饮用, 从感观, 味觉上明显与20 世纪80 年代以前不同, 长期饮用会对人们的生命及身体建康造成很大的危害。硝酸盐和亚硝酸盐在和各种含氮有机化合物的作用下会形成具有高度致癌物质的亚硝胺和亚硝基酚胺, 它们会诱导产生人体多器官的肿瘤疾病[1]。近年来当地人癌症发病率逐渐提高, 除了与宿主因素有关, 与地下水环境氮污染可能有较大的相关性。
通过对北镇市西南农业种植区地下饮用水氮污染的调查取样, 对污染机理进行分析并提出防治对策。 以改善地下饮用水的水质, 从而使人民的居住环境向好的方向发展。
1 水文地质特征
研究区位于医巫闾山以东的山前坡洪积倾斜平原、 冲洪积平原, 区内地下水类型有松散岩类孔隙水和基岩裂隙水, 以松散岩类孔隙水为主[2]。
1.1 松散含水层
分布在调查区两种地貌形态的上部, 结构为单层结构, 含水层岩性主要为砂砾石、中粗砂含砾, 埋深2-10 米, 厚10-50 米, 由扇地向扇间地带厚度变薄, 由山前向平原含水层粒度变细, 富水性相对降低, 隔水层岩性为粘性土, 埋深10-23 米, 厚度5-10 米, 变化大, 不均匀, 由山前向平原逐渐变薄至尖灭。 该含水层单井涌水量100-3000 t/m3, 地下水类型为重碳酸钙型及重碳酸钙钠型水, 是主要的供水水源, 也是区内硝态氮污染的主要含水层。
1.2 基岩裂隙、孔隙含水层
为山前坡洪积倾斜平原、冲积平原下伏基岩, 岩性为混合岩、花岗片岩、片麻岩及上第三系泥岩、砂砾岩等, 含水岩组为混合岩、花岗片岩风化裂隙含水岩组及上第三系泥岩、砂砾岩孔隙、裂隙含水岩组, 埋深2-80 米, 局部高丘基岩出露埋深由西北、北部向东南逐渐变深, 到达沟帮子一带, 埋深约80 米, 基岩裂隙水含水量小, 地下水类型为重碳酸钙型及重碳酸钙钠型水, 不具有开采价值。
1.3 地下水的补径排
区内地下水主要接受大气降水及山区基岩裂隙水的补给, 由于地形较平坦, 地下径流缓慢, 地下水的排泄为人工开采、地面及植物叶面蒸发及地下径流排泄。
从供水水文地质角度分析, 无论山区还是平原都以第四系松散层地下水为主。 这里松散层岩性松散、结构单一、透水性好, 上部亚粘土层单薄、不均匀, 隔水性差, 地下水类型为浅水, 是地下水硝态氮污染的主要含水层。
2 地下饮用水NO3--N的分布状况
通过在罗罗卜乡, 鲍家乡, 廖屯镇, 常兴镇等周边乡镇进行调查, 主要收集当地农业经济及水质硝态氮的检测资料, 采用均匀布点法, 对空白区域进行填补取样检测, 并对整个区域及周边地区进行分析。分析得出调查区中的硝态氮的分布特征如下:
通过对该区域调查、取样、统计分析。 污染主要严重的为鲍家乡、廖屯镇、常兴镇。 其地下水的硝态氮 (NO3-N) 污染指标的范围为35-83mg/l, 超出饮用水国家标准的3-8 倍。 尤其鲍家乡和廖屯镇最为严重, 地下水硝态氮污染指标最高值以达到83mg/l, 已严重超标不能饮用。 其次污染比较轻的周边乡镇, 如北镇市城关镇、沟帮子镇、闾阳镇等区域, 地下水的硝态氮 (NO3--N) 污染指标的范围为20-40mg/l, 仅超出饮用水国家标准的1-3 倍。
地下水硝态氮污染的分布特征与地方农作物种类的分布相关联。地下水的硝态氮污染主要与当地葡萄种植及家禽养殖业的发展关系密切。 污染最严重的地方, 如鲍家乡、常兴镇等主要以葡萄产业为主, 其次为家禽养殖业, 共同构成地下水污染的最主要根源。 污染比较轻的周边区域, 以玉米和花生农作物为主, 葡萄种植只占耕种面积的2%-4%。
3 地下水NO3--N污染机理
3.1 调查区地下水中氮污染来源及方式
地下水中硝酸盐污染的来源主要有两种方式:一种是点污染源, 即地表污水排放, 通过河道渗漏污染地下水, 另一种主要是农耕面源污染, 即大量使用含氮化肥及农家肥。
农耕区过量的施用氮肥导致其中的12.5%~45%的氮从土壤中流失进而污染地下水[3]。调查区农田里由于大面积的种植葡萄, 过量的施用氮肥、农家肥, 施肥面积广, 导致地下水氮污染;还有家禽养殖, 部分地段已规模化, 这都属于面源污染。施用的化肥主要有, 尿素、氢铵、硫酸胺、硝酸铵, 以及大量的复核肥, 农家肥主要施用鸡、猪粪, 从每年的春季到秋末, 断续的施用化肥和农家肥, 严重的超过植物的最大需用量。
化学肥料
农业化学肥有许多是氮肥, 如碳酸氢胺、硝酸胺、硫酸胺、尿素、复核肥等, 这些肥料中的氮都是地下水NO3--N污染的来源, 一般来说, 植物根系对氮肥的摄取量为40-80%, 其余的一部分通过挥发及反硝化作用返回到大气圈里, 另一部分残留在土壤里经入渗淋滤进入地下含水层[4]。
农家肥 (动物排泄物)
农家肥里含有大量的植物养分, 其中氨氮和有机氮为农家肥的主要成分, 是植物吸收的主要营养物质, 过量的氨氮和有机氮进行硝化作用形成硝态氮 (NO3--N) 通过入渗淋滤进而污染地下水。 施用农家肥引起地下水NO3--N的污染, 例如, 克雷特莱[4]通过&15N的研究证明, 在鲁尼尔斯县, 地下水中的NO3--N有20%来自动物的废物。
3.2 调查区地下水中氮的污染机理分析
调查区地下水中的NO3--N可分为直接来源和间接来源, 直接来源主要是化肥中的NO3--N, 直接来源的NO3--N直接进入地下水;间接来源主要来自有机氮及NH4+-N的转化为NO3--N而污染地下水。
3.2.1 氮污染的基本原理
从氮的环境化学性质来看, 由于氮是一种价态多变 (从正5 价到负3 价) 的环境元素, 既可作为电子供给体, 也可以做为电子接受体, 从而可以形成一系列的形态多样的有机和无机化合物, 地下水的溶解氮除了NO3--N, 还有NO2--N、NH4+-N, 以及溶于水中的气态氮 (如N2、N2O) 和有机氮。 地下水氮污染主要是NO3--N的污染, 它是最普遍的、污染面积最大的污染物。地下水系统中的各种形态的氮在一定条件下可相互转化[5,6]。
3.2.2 氮污染循环机理
做为直接来源是化肥中的NO3--N, 在施用后, 部分通过降水及灌溉入渗时可以直接进入潜水含水层。
调查区由于农业生产中大量的使用氮肥、农家肥, 其氮素主要以NH4+-N为主, 进入土壤后, 除被植物吸收外, 绝大部分NH4+被土壤所吸附, 有一部分可以随水流直接进入地下水, 被土壤吸附的NH4+-N当处于氧化环境, 在硝化杆菌的作用下可以转化为NO3--N, 当降水及灌溉入渗时可以直接进入潜水含水层, 进入地下水中的NH4+在好氧的环境下也可以转化为NO3--N, 从而造成地下水NO3--N的污染。
3.2.3 水的循环条件
水循环是氮进入地下水的动力条件, 调查区地下水的补给主要是大气降水补给, 通过地表入渗补给地下水, 其次为地下水的侧向补给, 河流仅为绕阳河一条小支流, 属季节性河流, 地表水补给很少, 地下水的循环主要是人工抽取地下水, 对农田进行灌溉, 一部分被植物吸收, 另一部分又通过入渗返回到地下含水层。
大气降水入渗补给。 调查区每年的6-8 月份是区内降水季节, 同时也是区内农田施用化肥、农家肥最频繁的季节, 大气降水补给地下水, 将积累在农田中多余的氮通过入渗淋滤带入包气带及地下水地下水中, 同时也将包气带中的NO3--N带入地下水。
农业抽取地下水灌溉补给。 由于当地气候为干旱气候, 农田灌溉主要以抽取地下水为主, 由于平时缺少大气降水的补给, 长期集中抽取地下水进行灌溉, 已形成较大面积的降落漏斗, 通过灌溉水的回渗又补充给地下水, 形成一个较大面积的短路径的循环, 这样反复间歇性的对施用的化肥及农家肥进行入渗淋滤, 使氮素进入包气带及地下水, 对地下水进行污染。
3.2.4 影响氮转化的因素
影响氮转化受多种因素控制, 包括环境因素及地质因素, 主要有温度、PH值、土壤含水量、包所带岩性及地质结构、含水层类型等因素, 这此因素有利硝化作用进行, 最终转化为硝态氮NO3--N污染地下水, 对当地下水氮污染起到了决定性作用。
温度对地下水污染的影响。 研究区地处中纬度地带, 属暖温带大陆性半湿润半干旱季风气候区, 夏季炎热, 夏季多年平均气温25℃以上, 最高气温36℃, 硝化作用的最佳温度是30-35°C[3], 温度太高或太低都对硝化作用不利, 所以当地的夏季气温有利于硝化作用进行。
PH值对地下水污染的影响。 硝化作用最佳的PH值范围是6.4-7.9[3], 通过地下水取样分析, 地下水的PH值均在7.0-7.7 之间, 这也有利于硝化作用的进行。
土壤含水量对地下水污染的影响。当土壤含水量为最大持水度的1/2 到2/3 时, 硝化作用最强[3], 对区内土样试验分析, 计算得到含水量基本位于这个区间。
地质结构及含水层类型。 根据区内水文地质条件, 区内地下水类型为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水, 松散岩类含水层为单层结构, 水量丰富, 做为区内饮用及农田灌溉的主要潜水含水层, 研究区的主要污染对象是潜水含水层, 含水层透水性好, 透气性就好, 从而使包气带保持氧化环境, 供硝化作用氧的需求。 由于研究区含水层岩性主要为砂砾石、中粗砂含砾, 颗粒粗, 透水性好, 有利于硝化作用。
包气带的厚度也是一个控制因素, 区内地下水埋深2-10 米, 潜水埋藏较深, 包气带厚度大, 硝化作用完全, 而NH4+进入含水层后, 由于供氧充足, 或Eh较高, 硝化作用较强, 水位下降及降水、灌溉入渗, 包气带中的NO3--N就会频繁的进入潜水含水层, 地下水NO3--N浓度升高。
4 饮用地下水硝态氮 (NO3--N) 污染的防治措施
根据调查区硝态氮 (NO3--N) 污染现状, 根据当地水文地质条件, 浅层地下水做为主要的饮用水供水水源, 已不能满足乡村居民饮用的需求。 一旦受到污染几年甚至几十年就很难恢复。 由于该地区为地下水缺水地区, 做为宝贵的资源, 保障居民身体健康不受到损害, 对地下水氮污染采取防治相结合的对策, 减缓污染以致恢复地下水清洁的环境。
4.1 农业及生活上对地下水污染的预防措施
科学施肥, 控制化肥的使用量, 科学合理的施肥, 提高氮的利用率, 采用分次减量施肥, 推广长效碳铵肥料, 同时将有机肥和无机肥合理搭配使用, 也会使氮素释放速率变慢。
改变农家肥的堆放方式。农家肥的堆放方式对地下水的污染也很严重, 通过降水淋滤、入渗而进入地下水。
采用喷灌, 合理的灌溉, 采用喷灌、滴灌代替传统的大水漫灌, 降低硝酸盐的流失。
对生活垃圾进行合理的管理, 实行定点倒放, 集中处理, 降低污水管道渗漏量, 强化污水处理设施的处理能力, 处理好化粪池的渗漏问题。
4.2 饮用地下水的修复治理措施
由于地下水污染为区域性氮污染, 治理难度大, 对集中供水的饮用水源, 由于深井基岩水不能满足供水要求, 对使用浅部松散层地下水供水的水源, 采用硝酸盐污染去除技术修复, 使其达到饮用水标准。
按照经济又可行的原则选取对地下水供水水源的修复技术, 根据以往的成功经验, 选择原位生物修复方法和可渗透反应墙方法修复地下水。
原位生物修复技术修复地下水。主要是有溶解有机碳如:甲醇、已醇、乙酸钠及氧化的固相有机碳如锯屑、草桔来充当碳源, 加上微生物的反硝化作用来达到去除水中硝酸盐氮的目地, 同时可以在地上利用反应器去脱去硝酸盐, 然后将处理过的水回灌到地下, 该技术比其它方法处理的范围大, 也适合调查区含水层透水性好的松散地层条件。
可渗透反应墙方法[7]修复地下水。 首先选好水源地或者在原有水源地, 采用利用漏斗-通道系统, 采用水流路径上的低渗透性墙体来限制污染羽的流动方向, 使其流向放置反应材料的原位反应器。 如图1所示尺寸较小的原位反应器完成地下饮用水的修复工作, 以提高反应墙的处理效率。 对清洁水地表区域采取防护措施, 防止对清洁水二次污染。
已经通过试验考察了应用可渗透反应墙技术修复受污染河水水质的可行性。结果表明:以铁屑, 焦炭和沸石为介质的可渗透反应墙系统对COD、TN、 NO3--N、NH4+-N和TP都有较好的去除效果, 对硝态氮的去除率达到76.62%以上。 铁屑的内电解及净化材料的吸附是可渗透反应墙系统去除污染物的主要机制[7]。
5 结论
5.1研究区位于医巫闾山以东的山前坡洪积倾斜平原、冲洪积平原, 区内地下水类型有松散岩类孔隙水和基岩裂隙水, 以松散岩类孔隙水为主。松散含水层结构为单层结构, 含水层岩性主要为砂砾石、中粗砂含砾, 是主要的供水水源, 也是区内地下水硝态氮污染的主要含水层。
5.2通过对北镇市西南农业种植区调查、取样、统计分析。硝态氮 (NO3--N) 为最主要的污染成份, 使地下水污染严重, 超过了5749-2006《生活饮用水卫生标准》NO3--N限量值1倍以上, 甚至多达4-5倍。做为饮用水, 硝态氮NO3--N过高已不再适宜饮用。水污染尤其严重的为鲍家乡、廖屯镇、常兴店镇。其地下水的硝态氮NO3--N污染指标的范围为35-83mg/l, 与地方农作物种类的分布相关联。地下水的硝态氮污染主要与当地葡萄种植及家禽养殖业的发展关系密切。葡萄产业与家禽养殖业, 共同构成地下水污染的最主要根源。
5.3 调查区污染源为面状污染源, 农业生产中大量的使用氮肥、 农家肥, 其氮素主要以NH4+-N为主, 进入土壤后, 除被植物吸收外, 绝大部分NH4+-N被土壤所吸附, 有一部分可以随水流直接进入地下水, 被土壤吸附的NH4+-N处于氧化环境, 在硝化杆菌的作用下可以转化为NO3--N, 当降水入渗时可以直接进入潜水含水层, 进入地下水中的NH4+-N在好氧的环境下也可以转化为NO3--N, 从而造成地下水NO3--N的污染。
影响氮转化亦即硝化作用受多种因素控制, 包括温度、PH值、土壤含水量、包所带岩性及地质结构、含水层类型等多种因素, 调查区这些因素有利于地下水氮污染, 对地下水氮污染起到了决定性作用。
5.4 根据调查区硝态氮 (NO3--N) 污染现状及污染机理, 结合当地地下水硝态氮的污染特征、水文地质条件, 浅层地下水做为主要的饮用水供水水源, 已不能满足乡、村居民饮用的需求。采用地下水污染防治相结合的对策。
农业上科学施肥;改变农家肥的堆放方式;采用喷灌, 合理的灌溉, 采用喷灌、滴灌代替传统的大水漫灌, 降低硝酸盐的流失。
对使用浅部松散层地下水集中供水的水源采取硝酸盐污染去除技术修复, 使其达到饮用水标准。
采用原位生物修复技术和可渗透反应墙方法来修复地下水。可渗透反应墙方法对硝态氮的去除率达到76.62%以上。
参考文献
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[2]辽宁省地质矿产局编制.辽宁省水文地质图集[M].海洋出版社, 1987, 6, No7-8、No11.
[3]杨利玲.农作物过多施用氮肥不好[J].河北农业, 2003, 7, No15.
[4]林年丰, 李昌静, 田春声, 等编.高等学校教材[J].环境水文地质学, 1988, No72、No76.
[5]沈照理, 主编.水文地球化学基础[M].北京:地质出版社, 1993, No136-141.
[6]冯绍元, 黄冠华.试论水环境中的氮污染行为[J].灌溉排水, 1997, 16 (2) No34-36.