乌兰布和沙漠地下水中氟离子的分布及成因分析

李鸿娟，卢玉东，韩明超，周 朴，易 秀

(1.长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安710054;2.SEE生态协会，内蒙古 阿拉善750306)

氟是人体所必需的微量元素，我国饮用水中氟离子含量标准为0.5～1.0 mg/L，地下水中的氟离子来源于地球环境化学以及含氟工业。在亚洲、美洲、欧洲、非洲均有地方性氟病流行，在我国地表水和地下水中氟污染现象也较为严重，主要分布在北方和南方少数地区［1］。目前对西北干旱地区地下水中氟离子的研究主要集中在准格尔盆地，塔里木河流域、黑河流域［2］以及宁夏地区，在乌兰布和沙漠研究甚少。本文从氟离子分布规律及地下水中的氟离子来源，高氟水成因出发，对乌兰布和沙漠地区的氟离子进行研究。

1 研究区概况

1.1 地理位置

乌兰布和沙漠位于内蒙古西部，东与黄河和河套平原相连，南接贺兰山北端，向西扩展到吉兰泰盐湖，北抵狼山南部，本次氟离子研究的主要地理位置是北纬39°15'～40°35'，东经 105°20'～ 106°50'，面积约 1.15 万 km2，。乌兰布和沙漠的地形呈四周高中间低，整个沙漠自东南向西北逐渐降低。

1.2 气候条件

研究区气候夏热冬寒，降雨稀少，为典型的温带大陆性干旱气候。多年平均气温在8℃左右，最高气温一般35℃～39℃，日温差10℃～20℃，沙漠腹地昼夜温差更为显著，七月份昼夜温差高达40℃～60℃。全区一月份最低气温可达零下31.6℃。1955～2010年研究区多年平均降水量为110 mm，年蒸发量为 2 956.8 mm［3］，主要集中在 7～9 月份。

1.3 人口状况

研究区涉及阿拉善左旗的吉兰泰镇、乌斯太镇、宗别立镇、敖伦布拉格镇、巴音木仁苏木，总人口约30 000。主要从事农业、牧业、工业，其中非农业人口约20 000人。

2 取样与方法

在整个研究区内取民井水样43个，且均为潜水井水样，取样点分布情况见图1，采样时间为2010年8月。对这43个水样做氟离子分析。并挑取其中30个水样做简分析，测定水样中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、、、含量以及水样pH、矿化度、总碱度、总硬度。氟离子具体分析结果如表1所示:

表1 乌兰布和沙漠地下水氟离子含量 mg/L

3 结果与分析

3.1 氟离子的分布规律

1)由实验结果可知，43个水样中氟离子含量小于1.0 mg/L的有17个，占39.5%，其余水样氟离子含量均超过饮用水标准，氟离子含量最高为4.0 mg/L，最低为0.24 mg/L，平均值为1.54 mg/L。地下水中氟离子含量超标的地区主要是沙漠的中部和北部地区。中北部地区更为严重，氟离子含量大于2 mg/L。靠近黄河一带地下水中氟离子含量基本正常，基本符合饮用水标准，氟离子含量分布图如图2所示。

图1 乌兰布和沙漠取样点分布图

图2 氟离子含量分布图

2)F- 与(K++Na+)/Ca2+比值的关系［4］

根据30个水样简分析结果，对其中的 K+、Na+、Ca2+、Mg2+和F-进行分析，得出结果如图3所示。

图3 (K++Na+)/(Ca2++Mg2+)与F-含量关系图

由图2可见，地下水中阳离子Ca2+、Mg2+对氟离子含量的大小有着重要影响。当(K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值小时，水中F-含量也相应较少，因为当水中存在较多的Ca2+、Mg2+时，会与 F-形成 CaF2、MgF2，这两种物质难溶于水，可以将水中的氟离子沉淀，反之当水中 K+、Na+成为优势离子而Ca2+、Mg2+较少时，F-含量就会增多。

3.2 地下水中高氟离子成因分析

1)与含水层母岩的性质和溶滤作用有关。本区在漫长的地质时期，曾有几次酸性岩浆岩侵入。据有关资料表明，酸性岩浆岩氟的含量一般较高，因此，从中产生大量氟化物。贺兰山基岩山区中分布的变质岩和碎屑岩中，富含黑云母、角闪石、萤石、磷灰石等含氟含氟矿物［5］，在溶滤作用下含氟矿物被风化淋溶而进入地下水中，这就为地下水中的氟提供了来源。此外，乌兰布和沙漠堆积了大量的风成沙，风成沙中也含有较多的角闪石、黑云母等含氟矿物，它们的含量一般在10%左右［5］，经地下水溶滤作用，氟被带入水中，致使湖盆中的潜水氟离子含量增高。

2)与气候、地貌、地下水的径流条件有关。乌兰布和沙漠长期处于干旱、半干旱的气候条件下，干燥少雨、蒸发强烈。受地貌条件及地下水径流、排泄的影响，在地下水径流溶滤过程中，随途径加长而径流速度逐渐滞缓，地势低洼水位埋藏较浅一带，蒸发浓缩作用加强，致使氟离子含量增高。近山前洪积层中孔隙潜水运动途径短，所以氟含量较低。远离山前洪积层到湖盆低洼处的潜水经过长距离的流动，在径流途中溶滤汇集及其低洼处蒸发浓缩作用使之氟离子含量增高。而到山间洼地，湖盆中心及沟谷下游的汇水地带，由于径流途径长，径流速度减慢，水位埋藏较浅加之蒸发作用强烈，使之地下水浓缩造成氟离子富集。这也是整个沙漠中部氟离子含量较高的主要原因。而靠近黄河一带的地下水因为补给充足且地下水径流条件较好，因此氟离子含量相对较低。

4 结语

1)根据实验分析结果，乌兰布和沙漠地下水中氟离子含量大部分都超过饮用水标准，只有约39.5%的水样中氟离子含量正常，影响着当地牧民的生活。

2)当地下水中(K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值小，即Ca2+、Mg2+成为主要阳离子时，抑制了水中F-含量，反之当水中 (K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值大，即 K+、Na+成为优势阳离子时，F-含量就会增多。

3)乌兰布和沙漠地下水中氟离子主要来源于沙漠中含氟量较高的矿物，沙漠中堆积的风成沙中也含有较多的角闪石、黑云母等含氟矿物。此外，历史上几次酸性岩浆岩的入侵也带来了较大量的氟离子。

4)乌兰布和沙漠中高氟水的分布与其干旱的气候、四周高中间低的地形及地下水流径流条件有关。

［1］郑宝山，王爱民.地方性氟中毒及工业氟污染研究［M］.北京:中国环境科学出版社.1992.

［2］王根绪，程国栋.西北干旱区水中氟的分布规律及环境特征［J］.地理科学:自然科学版.2000，20(2):153～159.

［3］春喜，陈发虎.乌兰布和沙漠的形成与环境变化［J］.中国沙漠.2007，27(6):927～930.

［4］窦妍，钱会.盐池地区地下水中氟离子的分布及其成因［J］.西安文理学院学报:自然科学版.2007，10(1):81～85.

［5］陈宇松，王玉婷.贺兰山西侧山前平原地下水系统内氟离子分布规律及成因分析［J］.科技情报开发与经济.2009，19(3):167～168.