2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制

摘要

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区.该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平.本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制.研究结果表明:该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷(砷浓度大于10μg/L)和高氟(氟浓度大于1mg/L)的样品数量分别占总数的26.1％和26.06％.高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca2+浓度较高.近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8％,砷浓度减少的水样占36.7％.砷浓度的增长(减少)是地下水还原性增强(减弱)使得锰氧化物溶解释放(吸附)导致.近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素.高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中.近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2％,氟离子浓度增加的占32.1％,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加.氟浓度的变化同样受到Ca2+变化影响,在Ca2+浓度降低(升高)时氟浓度进一步升高(降低).地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca2+浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系.