烏蘭布和沙漠地下水中氟離子的分布及成因分析

李鴻娟，盧玉東，韓明超，周 樸，易 秀

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054;2.SEE生態(tài)協(xié)會(huì)，內(nèi)蒙古 阿拉善750306)

氟是人體所必需的微量元素，我國(guó)飲用水中氟離子含量標(biāo)準(zhǔn)為0.5～1.0 mg/L，地下水中的氟離子來(lái)源于地球環(huán)境化學(xué)以及含氟工業(yè)。在亞洲、美洲、歐洲、非洲均有地方性氟病流行，在我國(guó)地表水和地下水中氟污染現(xiàn)象也較為嚴(yán)重，主要分布在北方和南方少數(shù)地區(qū)［1］。目前對(duì)西北干旱地區(qū)地下水中氟離子的研究主要集中在準(zhǔn)格爾盆地，塔里木河流域、黑河流域［2］以及寧夏地區(qū)，在烏蘭布和沙漠研究甚少。本文從氟離子分布規(guī)律及地下水中的氟離子來(lái)源，高氟水成因出發(fā)，對(duì)烏蘭布和沙漠地區(qū)的氟離子進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

烏蘭布和沙漠位于內(nèi)蒙古西部，東與黃河和河套平原相連，南接賀蘭山北端，向西擴(kuò)展到吉蘭泰鹽湖，北抵狼山南部，本次氟離子研究的主要地理位置是北緯39°15'～40°35'，東經(jīng) 105°20'～ 106°50'，面積約 1.15 萬(wàn) km2，。烏蘭布和沙漠的地形呈四周高中間低，整個(gè)沙漠自東南向西北逐漸降低。

1.2 氣候條件

研究區(qū)氣候夏熱冬寒，降雨稀少，為典型的溫帶大陸性干旱氣候。多年平均氣溫在8℃左右，最高氣溫一般35℃～39℃，日溫差10℃～20℃，沙漠腹地晝夜溫差更為顯著，七月份晝夜溫差高達(dá)40℃～60℃。全區(qū)一月份最低氣溫可達(dá)零下31.6℃。1955～2010年研究區(qū)多年平均降水量為110 mm，年蒸發(fā)量為 2 956.8 mm［3］，主要集中在 7～9 月份。

1.3 人口狀況

研究區(qū)涉及阿拉善左旗的吉蘭泰鎮(zhèn)、烏斯太鎮(zhèn)、宗別立鎮(zhèn)、敖倫布拉格鎮(zhèn)、巴音木仁蘇木，總?cè)丝诩s30 000。主要從事農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、工業(yè)，其中非農(nóng)業(yè)人口約20 000人。

2 取樣與方法

在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)取民井水樣43個(gè)，且均為潛水井水樣，取樣點(diǎn)分布情況見(jiàn)圖1，采樣時(shí)間為2010年8月。對(duì)這43個(gè)水樣做氟離子分析。并挑取其中30個(gè)水樣做簡(jiǎn)分析，測(cè)定水樣中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、、、含量以及水樣pH、礦化度、總堿度、總硬度。氟離子具體分析結(jié)果如表1所示:

表1 烏蘭布和沙漠地下水氟離子含量 mg/L

3 結(jié)果與分析

3.1 氟離子的分布規(guī)律

1)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，43個(gè)水樣中氟離子含量小于1.0 mg/L的有17個(gè)，占39.5%，其余水樣氟離子含量均超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，氟離子含量最高為4.0 mg/L，最低為0.24 mg/L，平均值為1.54 mg/L。地下水中氟離子含量超標(biāo)的地區(qū)主要是沙漠的中部和北部地區(qū)。中北部地區(qū)更為嚴(yán)重，氟離子含量大于2 mg/L。靠近黃河一帶地下水中氟離子含量基本正常，基本符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，氟離子含量分布圖如圖2所示。

圖1 烏蘭布和沙漠取樣點(diǎn)分布圖

圖2 氟離子含量分布圖

2)F- 與(K++Na+)/Ca2+比值的關(guān)系［4］

根據(jù)30個(gè)水樣簡(jiǎn)分析結(jié)果，對(duì)其中的 K+、Na+、Ca2+、Mg2+和F-進(jìn)行分析，得出結(jié)果如圖3所示。

圖3 (K++Na+)/(Ca2++Mg2+)與F-含量關(guān)系圖

由圖2可見(jiàn)，地下水中陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+對(duì)氟離子含量的大小有著重要影響。當(dāng)(K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值小時(shí)，水中F-含量也相應(yīng)較少，因?yàn)楫?dāng)水中存在較多的Ca2+、Mg2+時(shí)，會(huì)與 F-形成 CaF2、MgF2，這兩種物質(zhì)難溶于水，可以將水中的氟離子沉淀，反之當(dāng)水中 K+、Na+成為優(yōu)勢(shì)離子而Ca2+、Mg2+較少時(shí)，F(xiàn)-含量就會(huì)增多。

3.2 地下水中高氟離子成因分析

1)與含水層母巖的性質(zhì)和溶濾作用有關(guān)。本區(qū)在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，曾有幾次酸性巖漿巖侵入。據(jù)有關(guān)資料表明，酸性巖漿巖氟的含量一般較高，因此，從中產(chǎn)生大量氟化物。賀蘭山基巖山區(qū)中分布的變質(zhì)巖和碎屑巖中，富含黑云母、角閃石、螢石、磷灰石等含氟含氟礦物［5］，在溶濾作用下含氟礦物被風(fēng)化淋溶而進(jìn)入地下水中，這就為地下水中的氟提供了來(lái)源。此外，烏蘭布和沙漠堆積了大量的風(fēng)成沙，風(fēng)成沙中也含有較多的角閃石、黑云母等含氟礦物，它們的含量一般在10%左右［5］，經(jīng)地下水溶濾作用，氟被帶入水中，致使湖盆中的潛水氟離子含量增高。

2)與氣候、地貌、地下水的徑流條件有關(guān)。烏蘭布和沙漠長(zhǎng)期處于干旱、半干旱的氣候條件下，干燥少雨、蒸發(fā)強(qiáng)烈。受地貌條件及地下水徑流、排泄的影響，在地下水徑流溶濾過(guò)程中，隨途徑加長(zhǎng)而徑流速度逐漸滯緩，地勢(shì)低洼水位埋藏較淺一帶，蒸發(fā)濃縮作用加強(qiáng)，致使氟離子含量增高。近山前洪積層中孔隙潛水運(yùn)動(dòng)途徑短，所以氟含量較低。遠(yuǎn)離山前洪積層到湖盆低洼處的潛水經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的流動(dòng)，在徑流途中溶濾匯集及其低洼處蒸發(fā)濃縮作用使之氟離子含量增高。而到山間洼地，湖盆中心及溝谷下游的匯水地帶，由于徑流途徑長(zhǎng)，徑流速度減慢，水位埋藏較淺加之蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，使之地下水濃縮造成氟離子富集。這也是整個(gè)沙漠中部氟離子含量較高的主要原因。而靠近黃河一帶的地下水因?yàn)檠a(bǔ)給充足且地下水徑流條件較好，因此氟離子含量相對(duì)較低。

4 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，烏蘭布和沙漠地下水中氟離子含量大部分都超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，只有約39.5%的水樣中氟離子含量正常，影響著當(dāng)?shù)啬撩竦纳睢?/p>

2)當(dāng)?shù)叵滤?K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值小，即Ca2+、Mg2+成為主要陽(yáng)離子時(shí)，抑制了水中F-含量，反之當(dāng)水中 (K++Na+)/(Ca2++Mg2+)比值大，即 K+、Na+成為優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子時(shí)，F(xiàn)-含量就會(huì)增多。

3)烏蘭布和沙漠地下水中氟離子主要來(lái)源于沙漠中含氟量較高的礦物，沙漠中堆積的風(fēng)成沙中也含有較多的角閃石、黑云母等含氟礦物。此外，歷史上幾次酸性巖漿巖的入侵也帶來(lái)了較大量的氟離子。

4)烏蘭布和沙漠中高氟水的分布與其干旱的氣候、四周高中間低的地形及地下水流徑流條件有關(guān)。

［1］鄭寶山，王愛(ài)民.地方性氟中毒及工業(yè)氟污染研究［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.1992.

［2］王根緒，程國(guó)棟.西北干旱區(qū)水中氟的分布規(guī)律及環(huán)境特征［J］.地理科學(xué):自然科學(xué)版.2000，20(2):153～159.

［3］春喜，陳發(fā)虎.烏蘭布和沙漠的形成與環(huán)境變化［J］.中國(guó)沙漠.2007，27(6):927～930.

［4］竇妍，錢(qián)會(huì).鹽池地區(qū)地下水中氟離子的分布及其成因［J］.西安文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2007，10(1):81～85.

［5］陳宇松，王玉婷.賀蘭山西側(cè)山前平原地下水系統(tǒng)內(nèi)氟離子分布規(guī)律及成因分析［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì).2009，19(3):167～168.