河南省浅层原生劣质地下水分布特征研究

贾秀阁， 吴冰华， 王唯锦， 刘沙沙

（1.河南省地质调查院，郑州 450001； 2.河南省城市地质工程技术研究中心，郑州 450001；3.河南省地质科学研究所，郑州 450001； 4.河南省地下水污染防治与修复重点实验室，郑州 450001）

自20世纪60年代以来，第四系浅层地下水成为河南平原中部和沿黄河各大、中城市的主要供水水源［1-2］，地下水在河南省经济社会发展中起着举足轻重的作用.据文献［3］研究，河南省113个县（市）均有原生劣质地下水分布，因长期饮用劣质地下水而导致地方病发病人口达1440万人.原生劣质地下水是当前世界各地普遍存在的问题，关于其来源、形成过程及机理等一直受到国内外学者们的广泛关注［4-15］.河南省43.2%的地下水供水水源地达不到饮用水标准，在豫北、豫东原生劣质水分布区，井深四五百米的水质仍难满足饮用水标准，在部分洁净地下水缺乏的农村不得不饮用超标的地下水，人畜饮水安全受到威胁.摄入过量的无机砷会引起慢性砷中毒，导致皮肤色素脱失或过度沉着，严重的可导致皮肤和内脏癌变；存在于地下水中的铁锰胶体、沉淀等极易导致开采井井管发生堵塞、腐蚀与报废，使开采井的利用率和供水水量降低［16］.河南黄河冲积平原高氟、高铁、高锰地下水问题、山间盆地及山前岗地低碘地下水问题、淮河冲积平原高锰地下水问题等都非常严重.目前对于河南省浅层原生劣质水分布特征的研究十分薄弱，鉴于此，本文在前人工作基础上，通过收集资料和实测方式初步探究浅层地下水中氟化物、碘化物、砷、铁、锰6种典型微量元素分布特征，分析其成因，对河南省居民饮水安全和地下水资源合理开发利用具有重要的指导意义.

1 数据来源

数据主要来源于收集和实测，包括以下两部分：①《河南省地下水环境调查与评价》《河南地下水污染调查评价（华北平原）》《河南平原地区地下水污染调查评价（淮河流域）》《河南省黄淮平原经济区多目标区域地球化学调查》及《豫西诸盆地地下水污染调查评价》的水样测试资料［17-21］；②本次实测50组浅层地下水水样测试资料［22］，共计2019组样品数据，样品采集及测试数据真实可靠.

2 浅层原生劣质地下水分布特征及成因

在不受人类工程活动影响的情况下，地下水中氟化物、碘化物、砷、铁、锰等组分及含盐量、硬度含量过高（或过低），不能满足生活饮用水水质标准要求，称之为原生劣质水.河南省原生劣质地下水主要有高氟水（F>1.0 mg/L）、高碘水（I>0.08 mg/L）、低碘水（I<0.01 mg/L）、高砷水（As>0.01 mg/L）、高铁水（Fe>0.3 mg/L）、高锰水（Mn>0.1 mg/L）及咸水、硬水.本次主要研究氟化物、碘化物、砷、铁、锰5项指标.

2.1 高氟地下水

氟化物是人体必需的元素，各种组织均需要氟化物.人体每日摄入量1～1.5 mg，最多不能超过4 mg.过量摄入则可产生氟中毒.地方性氟中毒主要侵犯骨骼系统，以氟斑牙和氟骨症为主.

全省浅层地下水检出氟化物含量范围为0.02～6.52 mg/L，检出率99.3%，少数为检出限以下，最大值为6.52 mg/L，位于河南省夏邑县李集乡刘庄村，统计结果见表1.

表1 浅层地下水氟化物含量情况统计表Tab.1 Statistical table of fluoride content in shallow groundwater

浅层地下水中氟化物超标主要受古气候和古地理沉积环境影响，为原生劣质水，如图1所示，河南省浅层高氟地下水（F>1.0 mg/L）的分布区域广泛，东部平原区呈大面积分布，南阳盆地南部有小面积分布，基岩山地区呈小片状及点状分布.华北平原区主要分布于焦作南（阳庙镇）—修武—获嘉、新乡东的古固寨镇—东屯镇、滑县城关镇、浚县县城—汤阴县任固镇、南乐西（元村镇）—清丰—濮阳市—濮阳县庆祖镇—范县陆集、范县—台前、封丘县陈桥镇—长垣市赵堤镇.淮河平原区主要分布于汾河以北地区，大面积分布于兰考—民权、通许—杞县—睢县—柘城、商丘—虞城—夏邑—永城、太康—鹿邑，小范围分布于许昌东北部、扶沟西南部、商水西北部、商水西北部、周口东北部.

图1 浅层高氟水分布图Fig.1 Distribution map of shallow high-fluorine water

高氟地下水分布面积为18 721 km2，占全省总面积的11.3%.其中：华北平原区分布5280 km2，占全省总面积的3.2%；淮河平原区分布13 326 km2，占全省总面积的8.0%；南阳盆地分布114 km2，占全省总面积的0.1%.故河南省高氟地下水主要分布于黄河冲积平原区，而且分布集中、连片；山区、山间盆地呈分散状或点状分布.

2.2 高碘地下水和低碘地下水

全省浅层地下水检出碘化物含量范围为0.000 1～2.0 mg/L，检出率61.5%，检出限以下样品量较大，最大值为2.0 mg/L，位于河南省安阳市九州制药分厂，统计结果见表2.

表2 浅层地下水碘化物含量情况统计表Tab.2 Statistical table of iodide content in shallow groundwater

高碘地下水为碘含量大于0.08 mg/L，低碘地下水为碘含量小于0.01 mg/L.长期饮用高碘水、低碘水均可引起甲状腺肿大.

2.2.1 高碘地下水 如图2 所示，河南省浅层高碘水（I>0.08 mg/L）仅分布于东部平原区，山间盆地和基岩山地未见分布.华北平原区主要分布于近黄河的武陟—原阳—封丘—长垣、新乡东、延津东北及卫河流域的浚县北部.淮河平原区主要分布于商丘东部至永城一带，零星分布于郸城东部、项城南部、平舆北部与西部.

图2 浅层高碘水分布图Fig.2 Distribution map of shallow high-iodine water

碘化物含量大于0.8 mg/L 的分布总面积为6598 km2，占全省总面积的3.9%，占全省平原区面积的6.0%.其中：华北平原区分布3423 km2，占全省总面积的2.0%；淮河平原区分布3175 km2，占全省总面积的1.9%.

2.2.2 低碘地下水 如图3 所示，河南省浅层低碘水（I<0.01 mg/L）分布广泛，主要分布于河南省的全部山区；南阳盆地、灵三盆地、济源盆地的全部及洛阳盆地的大部分；华北平原的淇县以东地区与焦作—温县一带；淮河平原的新郑—许昌—周口—沈丘一线以南、正阳—淮滨一线以北地区，集中分布面积100 392 km2，占全省总面积的60.1%.安阳—鹤壁、滑县南、新乡南、郑州市周边、尉氏—扶沟、淮阳—柘城、西平—上蔡等平原地区呈散状分布.

图3 浅层低碘水分布图Fig.3 Distribution map of shallow low-iodine water

2.3 高砷地下水

砷是一种毒性很高的致癌物质，原生高砷地下水严重威胁人身体健康，摄入过量的无机砷会引起慢性砷中毒，导致皮肤色素脱失或过度沉着，严重的可导致皮肤和内脏癌变［23］.

全省浅层地下水检出砷含量范围为1.0×10-6～0.19 mg/L，检出率83.7%，少数为检出限以下，最大值为0.19 mg/L，位于河南省新乡市延津县胙城乡东辛庄村东南农户家，统计结果见表3.

表3 浅层地下水砷含量情况统计表Tab.3 Statistical table of arsenic content in shallow groundwater

如图4所示，河南省浅层高砷水（As>0.01 mg/L）集中分布于黄河冲积平原区，散状分布于沙颍河冲积平原区和洪汝河冲积平原区.黄河冲积平原区集中分布于武陟县嘉应观—原阳—卫辉市李源屯镇—滑县—清丰西韩村—内黄北宋村、原阳—封丘—长垣、荥阳市西北王村镇—花园口镇—开封市祥符区陈留镇—兰考县东—商丘市北刘口—虞城东—夏邑县韩道口镇；沙颍河冲积平原区散状分布于西华西皮营—东王营、商水东练集镇—南顿镇、沈丘东南洪山镇—石槽镇—赵德营镇—留福镇；洪汝河冲积平原区散状分布于西平西的师灵镇—专探、上蔡东南的洙湖镇—留盆镇.分布总面积6061 km2，占全省总面积的3.6%.

图4 浅层高砷水分布图Fig.4 Distribution map of shallow high-arsenic water

2.4 高铁地下水

高铁地下水从含水层抽到地表的过程中，由于氧化还原环境、压力、不同层位的水混合等条件的骤然变化，会在井管滤管及附近地层发生铁的氧化物、矿化物等沉淀，导致出水量衰减，影响水井正常使用，而且铁细菌是导致井管堵塞和腐蚀的重要因素，细菌对水质的影响也具有潜在的危险性［24］.饮用高铁地下水可引起脏器官内铁沉淀，使肝脏受损.

全省浅层地下水检出铁含量范围为1.0×10-4～25.19 mg/L，检出率91.3%，少数为检出限以下，最大值为25.19 mg/L，位于河南省南阳市唐河县古城乡朱湖庄村，统计结果见表4.

表4 浅层地下水铁含量情况统计表Tab.4 Statistical table of iron content in shallow groundwater

铁锰超标的主要原因有两个：一是第四纪沉积物中含有大量的铁锰结核，经淋滤作用不断溶解进入地下水；二是生活污染、工业废水排放进入地下水，导致包气带中铁、锰和地下水中某些组分发生离子交换.

如图5 所示，河南省浅层高铁水（Fe>0.3 mg/L）集中成片分布于黄河冲积平原区，主要在安阳—滑县—辉县—获嘉—焦作—郑州—杞县—商丘—永城一线以东地区；呈条带状分布于沙颍河冲积平原区、洪汝河冲积平原区、长葛—尉氏—通许—睢县—柘城一线以南的淮河干流冲积平原区及南阳盆地、济源盆地.分布总面积31 778 km2，占全省总面积的19.0%.其中：华北平原及济源盆地12 486 km2，占全省面积的7.5%；淮河平原17 248 km2，占全省面积的10.3%；南阳盆地2044 km2，占全省面积的1.2%.

图5 浅层高铁水分布图Fig.5 Distribution map of shallow high-iron water

此外，东部平原区及洛阳盆地、南阳盆地浅层地下水均有大量散点分布.

2.5 高锰地下水

锰是人体必要的微量元素，但人体摄入过量会引起中枢神经中毒，震颤麻痹.

全省浅层地下水检出锰含量范围为3.0×10-4～5.94 mg/L，检出率89.7%，少数为检出限以下，最大值为5.94 mg/L，位于河南省平舆县王岗乡殷李庄，统计结果见表5.

表5 浅层地下水锰含量情况统计表Tab.5 Statistical table of manganese content in shallow groundwater

如图6所示，河南省浅层高锰水（Mn>0.1 mg/L）大面积分布于东部平原区（华北平原、淮河平原），小面积条带状分布于济源盆地、洛阳盆地、南阳盆地，分布总面积54 379 km2，占全省总面积的32.56%.其中：华北平原及济源盆地13 157 km2，占全省面积的7.9%；淮河平原40 190 km2，占全省面积的24.1%；南阳盆地836 km2，占全省面积的0.5%；洛阳盆地196 km2，占全省面积的0.1%.

图6 浅层高锰水分布图Fig.6 Distribution map of shallow high-manganese water

3 结论

河南省普遍分布高氟水、低碘水、高铁水、高锰水等原生劣质地下水.高氟水、高铁水、高锰水主要分布于黄河冲积平原区，低碘水主要分布于山区、山间盆地及近山前岗地区，高碘水、高砷水分布面积较小.原生劣质水已严重威胁人类身体健康，寻找水质达标的地下水水源、减少地方病发病率、保证居民饮水安全具有重要意义.