偃师市地下水化学特征及氮化物浓度分布研究

李政葵， 董绍勤， 冯海波

(1.内蒙古大学 环境与资源学院，内蒙古 呼和浩特 010021；2.招金有色矿业有限公司，山东 招远 265400)



偃师市地下水化学特征及氮化物浓度分布研究

李政葵1， 董绍勤2， 冯海波1

(1.内蒙古大学 环境与资源学院，内蒙古 呼和浩特 010021；2.招金有色矿业有限公司，山东 招远 265400)

通过水文地质调查、水质监测对偃师市地下水化学类型特征及“三氮”(硝态氮、氨氮和亚硝态氮)的空间分布规律进行研究.应用piper三线图分析表明，研究区地下水主要为低矿化度的HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca和HCO3—Mg 型地下水.利用浓度等值线图分析表明，平原区地下水氨氮和硝态氮浓度较低，两侧的丘陵山区浓度较高.伊河和洛河交汇处，偃师市区以南亚硝态氮浓度较高.图5，表1，参14.

地下水；地下水化学类型；三氮；偃师市

目前，我国北方大多数城市面临着严重的地下水氮污染问题[9-10].随着城市生活和工业生产中含氮废水的不合理排放以及农业氮肥的过量使用，偃师市“三氮”的浓度在不同程度上呈现出上升的趋势，地下水的污染日趋严重，使得地下水的利用率不断降低[11,12].因此，在开发和利用水资源的同时，如何保护地下水资源，防止“三氮”污染，对保障偃师市地下水可持续利用具有十分重要的意义.

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

偃师市位于河南省中西部，其东邻巩义市，西接洛阳市和孟津县，南倚嵩山接登封市、伊川县，北与孟州市隔黄河相望.偃师市境内河流属黄河水系，黄河沿邙岭北麓流过，境内长度超过1 km；偃师市水资源总量4.71×108m3，其中地表水1.37×108m3，地下水3.48×108m3.伊河、洛河流经偃师市，从西侧洛阳市流入境内，在顾县镇杨村西北两河汇合,向东经巩义市流入黄河，总长79 km，其中伊河37 km，洛河42 km.偃师市工农业活动所产生的含氮废水和生活污水等极易在地下水位埋深较浅的伊洛河冲洪积平原汇集，使得地下水中氮浓度升高.

1.2 气象条件

偃师市属北温带大陆性季风气候，气候因素变异大，降水量时空分布不均.年降水量在500～600 mm，全年降雨主要集中在7～9月份，占全年平均降雨量的50%～75%.气候特点为春季干旱、多风，夏季炎热、多雨，秋季天气晴朗，冬季寒冷干燥.因而，该地区浅层地下水的氮浓度也会受到降水、蒸发等季节因素的影响.

1.3 区域地质地貌及水文地质概况

偃师市区域地貌类型复杂多样，主要包括中低山、黄土台塬、山前倾斜平原和河谷平原.其中，河谷平原为该市地下水资源丰富区，主要接受来自洛河和伊河的渗漏、大气降水及含水层侧向补给.平原区含水层由第四系松散沉积物组成，渗透性良好.山前倾斜平原主要分布在伊河以南，组成物质为中、上更新统洪积含砾黄土状粉质粘土(北部)、含砾粉质粘土(南部)及卵砾石层；黄土台塬主要分布在研究区的北部，岩性渗透性较差，水资源较贫乏；中低山分布于研究区南部，由于强烈的侵蚀切割，山内沟谷发育，多呈“V”形，渗透性差.

2 样品采集与测定分析

该次研究在偃师市共采集地下水样32组，采样点用GPS定位.对铵根、硝酸根、亚硝酸根等显著人为污染因子及钾、钠、钙、镁、氯离子、硫酸根及碳酸根等宏量离子进行了监测，采样点的位置分布如图1.

图1 采样点分布示意图Fig.1 Distribution of sampling sites

从图1上看，主要采样点分布在以伊河、洛河为中心的平原区，这里也是人口密度较大、工农业生产发达的区域，部分采样点位于伊河、洛河冲积平原两侧的丘陵地带.

3 水化学类型分析

天然地下水的化学成分是在漫长的地质历史中形成的，其形成过程受它所流经的岩石的种类和性质、补给水的特征和水-岩相互作用(water-rock interactions)共同影响[13].随着人类对环境作用的增强，在一些地区人类活动已经成为影响地下水化学特征的主要因素.偃师市地下水的过量开采以及工农业生产废水的不合理排放，对区域地下水环境已经产生了明显的影响.

图2 偃师市地下水piper三线图Fig.2 Piper Diagrm of groundwater in Yanshi City

4 浅层地下水氮分布特征及原因分析

4.1 研究区“三氮”浓度统计

表1 偃师市2009年三氮检出结果Tab.1 Nitrides detection results of Yanshi City in 2009

注：—代表未检出

4.2 地下水“三氮”浓度分布特征

1)氨氮分析.从整个区域上看，研究区中部伊洛河冲积平原区，氨氮浓度一般低于0.02 mg/L,符合地下水Ⅰ类水水质标准(GB/T 14848—93)；南北两侧的低山丘陵地带，一般在0.02～0.03 mg/L，符合地下水Ⅲ类水质标准.氨氮浓度最高的区域位于偃师市的最东边，处在伊洛河下游与巩义市的交界处(见图3).

图3 地下水中氨氮浓度分布等值线图(mg/L)Fig.3 Distributing isogram of NH3-N(mg/L)

从区域地下水流动系统的特点看，平原区地下水位埋深浅，含水层主要由渗透性良好的砂卵砾石组成，降水能够较快的进入含水层，因此平原区地下水溶解氧丰富.在有氧环境中，地下水中的硝化细菌能够利用溶解氧，氧化氨氮，从而使平原区地下水中的氨氮含量较低.

2)硝酸盐氮分析.硝酸盐氮较高浓度主要分布在与巩义市接壤的东部地区(见图4)，达到21.42 mg/L；此外，偃师市的西南和西北局部地区的浓度也较高.整个偃师市污染浓度呈现出中心低，四周高的趋势，浓度较低的地区主要集中在洛河、伊河沿岸周围.

图4 地下水中硝酸盐氮浓度分布等值线图(mg/L)Fig.4 Distributing chart of nitrate nitrogen(mg/L)

平原区岩层渗透性良好，既能够接受伊河、洛河地表水的补给，又能接受降水及地下水的径流补给，水资源比较丰富，更新速度较快，可能是其硝态氮含量相对较低的主要原因.

3)亚硝酸盐氮分析.亚硝酸盐氮较高浓度分布区主要集中在伊河和洛河交汇处及偃师市南部地区的山前倾斜平原，呈现出小区域点状分布，最高浓度位于岳滩，达到0.024 mg/L(见图5).南部丘陵山区亚硝态氮浓度总体高于北部黄土丘陵及中部平原区.岳滩亚硝态氮浓度高，可能与工业废水不合理排放导致的局部区域有机物含量高，而硝态氮参与生化反应被还原有关；南部山区局部亚硝态氮含量高可能与农业化肥的不合理使用有关.

图5 地下水中亚硝酸盐氮浓度分布等值线图(mg/L)Fig.5 Distributing isogram of nitrate nitrogen(mg/L)

5 结论与建议

通过该次调查，总体上看偃师市地下水主要为低矿化度的HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca和HCO3—Mg 型；在局部地区 “三氮”浓度有超标现象.其中氨氮浓度为0.02～0.20 mg/L，硝态氮浓度为0.01～21.42 mg/L，亚硝态氮浓度为未检出-0.024 mg/L.氨氮和硝酸盐氮浓度最高值出现在伊洛河畔(偃师市与巩义市接壤的东部地区)，浓度分别高达0.20和21.42 mg/L.受地下水流动系统影响，偃师市伊-洛河畔平原区氨氮和硝态氮浓度相对山区低，亚硝态氮较高浓度区呈现点状分布.

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Biography： LI Zheng-kui ,male,born in 1991,M.E.,research direction for prevention and control of ground water pollution.

Study on the Chemical Characteristics and the Concentrationof Nitride Distribution of Groundwater in Yanshi City

LI Zheng-kui1, DONG Shao-qin2, FENG Hai-bo1

( 1.College of Environment and Resources,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China；2.Zhaojin Nonferrous Metal Mining Co.,Ltd，Zhaoyuan 265400,China)

Based on the hydrogeologic survey and water quality monitoring,this paper explores the chemical characteristics and the space distribution of NOx—N,NH3—N,and nitrite-N of groundwater in Yanshi City.The Piper Diagram which is applied in the study shows that the groundwater there mainly contains HCO3—Ca·Mg,HCO3—Ca and HCO3—Mg with low salinity.The concentration isogram indicates the concentration of NH3-N and NOx-N of groundwater is low in the plain area while that is high in the nearby mountains and hills.The concentration of nitrite-N is rather high in the area where Yi River and Luo River meets and in the south of Yanshi City.5figs.,1tab.,14refs.

groundwater; chemical type of groundwater; three types of nitrogen(NOx—N,NH3—N,and nitrite-N); Yanshi City

2014-08-11

国家自然科学基金项目(编号：41002129)

李政葵(1991-)，男，内蒙古巴彦淖尔人，硕士研究生，研究方向：地下水污染与防治.

2095-7300(2015)01-019-05

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