西藏地?zé)崴械湫陀泻υ貙?duì)河流水質(zhì)的影響

張 慶,譚紅兵,渠 濤,張文杰,張燕飛,孔 娜

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210098;2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東濟(jì)南 250000)

西藏地?zé)崴械湫陀泻υ貙?duì)河流水質(zhì)的影響

張 慶1,譚紅兵1,渠 濤2,張文杰1,張燕飛1,孔 娜1

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210098;2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東濟(jì)南 250000)

西藏是我國(guó)地?zé)崴植甲疃嗟牡貐^(qū)。為查明地?zé)崴杏泻υ貙?duì)河流的影響區(qū)域及程度,對(duì)西藏典型地?zé)崽锛昂恿鏖_(kāi)展了野外調(diào)查取樣。通過(guò)對(duì)地?zé)崴秃恿髦懈鞣N水化學(xué)參數(shù)的綜合分析以及河流中有害元素的相關(guān)柱狀圖分析,得知地?zé)崴写罅康姆⑸橛泻υ貙?duì)河流水質(zhì)影響較大。羊八井一帶高溫地?zé)崴蟹鷿舛容^高,而喜馬拉雅地?zé)釒л^其他地區(qū)的地?zé)崴榱枯^高。另外,西藏居民以河水為飲用水水源,因很多河流經(jīng)過(guò)地?zé)釁^(qū)后有害元素濃度顯著增高,對(duì)下游居民及動(dòng)植物的危害不容忽視,指出應(yīng)深入研究地方病(如禿頂、氟斑牙、癌癥等)與水環(huán)境污染之間的關(guān)系。

地?zé)崴缓恿鳎环簧椋晃鞑氐貐^(qū)

一般認(rèn)為水體中的有害元素主要有兩種來(lái)源,即天然源和人為源。地?zé)崴械挠泻υ貙?duì)水環(huán)境的影響屬于自然污染。氟(F)和砷(As)是地?zé)崴袃煞N典型的高濃度有害元素(世界衛(wèi)生組織WHO規(guī)定飲用水中F質(zhì)量濃度上限為1.5 mg/L,As質(zhì)量濃度上限為0.01 mg/L)。在我國(guó)典型高溫地?zé)釁^(qū)羊八井,地?zé)崴蠪質(zhì)量濃度高達(dá)19.6 mg/L[1],黃石公園Oja Caliente的熱泉水中F質(zhì)量濃度高達(dá)31.6 mg/L[2],墨西哥Los Azufres熱田的地?zé)崃黧w中F質(zhì)量濃度為17 mg/L[3]。這些世界上典型地?zé)崴械腇濃度已經(jīng)超過(guò)了WHO規(guī)定值的十幾倍,使得這些地?zé)崴畬?duì)當(dāng)?shù)氐乃Y源產(chǎn)生巨大影響,間接嚴(yán)重影響了人類健康。與F不同,As是地?zé)崴谐Ｒ?jiàn)的一種高含量毒性元素。2012年6月檢測(cè)到羊八井地?zé)崴械腁s質(zhì)量濃度高達(dá)3.56 mg/L,超過(guò)了飲水標(biāo)準(zhǔn)上限的350倍之多。日本秋田地區(qū)地?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度高達(dá)13 mg/L[4],智利EI Tatio地?zé)崽锍雎兜牡責(zé)崴蠥s甚至高達(dá)27 mg/L[5]。如果這些地?zé)崴苯佑绊懭祟愰L(zhǎng)期飲用水水源,則會(huì)使人類器官衰竭,患皮膚癌、角化癥,甚至死亡。在南亞的8個(gè)國(guó)家,尤其是孟加拉國(guó)和印度[6],飲用ρ(As)＞0.01mg/L的水大約有1億人[7]。僅孟加拉國(guó),16個(gè)死亡的成年人中有1個(gè)是由于高砷水的飲用而死亡,這將對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)各方面產(chǎn)生巨大的影響[8]。地?zé)崴械挠泻υ睾渴侨绱烁?人類若直接飲用受這些地?zé)崴绊懙牡乇硭虻叵滤?身體健康可能會(huì)受到不同程度的影響。

21世紀(jì)是能源戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)代,地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)利用極為迅速。例如,地?zé)豳Y源豐富的冰島,其首都雷克雅維克區(qū)利用地?zé)崮苋∨?基本實(shí)現(xiàn)“無(wú)煙城市”的目標(biāo)[9];熱儲(chǔ)量為首的美國(guó),地?zé)岚l(fā)電能力達(dá)到3.15 GW;日本正在運(yùn)營(yíng)的地?zé)岚l(fā)電站有18所[10]。我國(guó)高溫地?zé)岬貐^(qū)主要有喜馬拉雅地?zé)釒c臺(tái)灣地?zé)釒11],主要用于發(fā)電、醫(yī)療、洗浴等。西藏地區(qū)的地?zé)豳Y源十分豐富,長(zhǎng)期以來(lái)都被視為綠色能源加以開(kāi)發(fā)利用。事實(shí)上,相對(duì)于化石等能源,地?zé)崮艽_實(shí)比較潔凈,因而人們更易忽略其環(huán)境效應(yīng)。大部分發(fā)電、洗浴之后的廢水任意排放,特別是一些溫泉或廢井經(jīng)年累月向地表水環(huán)境排泄,其對(duì)水環(huán)境的污染一直未能引起重視。西藏地表水一直是當(dāng)?shù)亍⑷茨酥琳麄€(gè)亞洲的重要水源,被稱為“亞洲水塔”。西藏河流分布眾多,地?zé)崴懦龅乇砗笾苯訁R入臨近的河流,嚴(yán)重影響著河流水質(zhì)。在地?zé)崂眠^(guò)程中,人類常常忽略了該過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng),如大氣污染、水污染、熱污染等。另外,當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)未開(kāi)發(fā)的地?zé)崴秃铀苯永?甚至飲用。根據(jù)實(shí)地調(diào)查,氟斑牙、色素沉著癥等為當(dāng)?shù)氐牡胤讲?這些地方病與地?zé)崴兄苯拥年P(guān)系。前人對(duì)地?zé)崴讯嘤醒芯?但大多數(shù)研究只選取羊八井這一典型高溫地?zé)岱植紖^(qū),極少有文獻(xiàn)探討西藏大范圍地?zé)崴畬?duì)河流水質(zhì)的影響。在當(dāng)前我國(guó)為節(jié)能減排不得不大規(guī)模利用如西藏等地豐富的地?zé)豳Y源的背景下,調(diào)查西藏大規(guī)模分布的地?zé)崴械湫陀泻υ貙?duì)地表河流的水質(zhì)影響是當(dāng)務(wù)之急,具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

西藏自治區(qū)位于我國(guó)西南部,是世界上最大最高的青藏高原的主體。西藏地區(qū)總面積約為122萬(wàn)km2,占中國(guó)陸地總面積的1/8。平均海拔在4000 m以上,有“世界屋脊”之稱。西藏地區(qū)年均氣溫為8℃,東南部溫暖濕潤(rùn),西北部嚴(yán)寒干燥,年降雨量從東南低地的5000 mm降至西北的50 mm。各地降水的季節(jié)分配不均,干季和雨季的分界非常明顯。每年10月至翌年4月,降水量?jī)H占全年10%至20%;從5月至9月,雨量非常集中,一般占全年降雨量的90%左右。

青藏高原的地質(zhì)構(gòu)造格局形成于中生代晚期。印度板塊向北飄移與歐亞板塊碰撞,并向其下部俯沖,致使中生代的一片汪洋隆升為世界最高的陸地。同時(shí),向下俯沖的印度板塊邊緣部分被加熱熔融,并沿板塊構(gòu)造薄弱帶上浮,為青藏高原地?zé)峄顒?dòng)的形成和發(fā)展提供了大地構(gòu)造和熱儲(chǔ)資源條件,構(gòu)成喜馬拉雅地?zé)釒纬傻幕緲?gòu)造背景[12]。

西藏地區(qū)的地?zé)豳Y源居全國(guó)第一,共有709個(gè)地?zé)釒Щ顒?dòng)區(qū)。西藏地?zé)峥偀崃髁繛?5萬(wàn)kK/s,主要集中在喜馬拉雅地?zé)釒13],地?zé)犸@示以溫泉(群)、沸泉(群)、間歇泉、水熱爆炸、熱水河等為主。西藏境內(nèi),主要的地?zé)犸@示區(qū)有羊八井地?zé)崽铩⒐嚷兜責(zé)崽铩⒉椴嫉責(zé)崽锏取Ｆ渲?羊八井是現(xiàn)階段我國(guó)唯一利用高溫地?zé)徇M(jìn)行發(fā)電的地?zé)崽?鉆孔揭示最高熱儲(chǔ)溫度達(dá)329.8℃[12]。地?zé)豳Y源的利用(如發(fā)電、養(yǎng)殖栽培、醫(yī)療、洗浴、發(fā)展旅游業(yè)等)為當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)不菲的經(jīng)濟(jì)效益。然而在進(jìn)行地?zé)崂玫耐瑫r(shí),人們沒(méi)有足夠關(guān)注地?zé)釣橹車h(huán)境帶來(lái)的污染。根據(jù)2012年采樣分析,結(jié)果顯示西藏許多地?zé)崴暗責(zé)釓U水的排放引起了河水的污染,輸入河水最主要的污染物有F、As等罕見(jiàn)的高毒性元素。這些主要的高濃度污染物與地?zé)崴某梢颦h(huán)境有密切關(guān)系。

2 樣品采集與分析

本次野外采樣選擇2012年5—6月份完成,恰逢西藏旱季向雨季的過(guò)渡期,地表水化學(xué)成分類似于全年中值水平。據(jù)西藏自治區(qū)氣候中心報(bào)道, 2012年大部分地區(qū)降雨量比常年多。本次采集樣品均為水樣,共34個(gè),其中地?zé)崴畼?0個(gè),剩余樣品為河流水樣,樣品采集位置見(jiàn)圖1。地?zé)崴嫌我话悴?個(gè)水樣,下游則根據(jù)實(shí)況對(duì)同一河流的不同河段進(jìn)行采樣。所有樣品均采用350 mL的聚乙烯瓶收集。取樣前,將聚乙烯瓶用蒸餾水清洗,再用所采水樣潤(rùn)洗2～3次。裝樣前,用帶0.45 μm微孔濾膜的過(guò)濾裝置過(guò)濾水樣,1份樣品加入優(yōu)級(jí)純硝酸酸化至pH＜2,用于測(cè)定陽(yáng)離子;另1份保持原樣作為陰離子測(cè)試樣品。測(cè)試項(xiàng)目主要是水樣中F、As、陽(yáng)離子、陰離子、pH值、電導(dǎo)率(EC)和總礦化度(TDS)。其中F濃度采用分光光度法測(cè)定,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)控制誤差優(yōu)于1.5%;As濃度采用ICP-MS測(cè)定,誤差優(yōu)于2%;陽(yáng)離子濃度采用ICP等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定,誤差優(yōu)于5.0%;陰離子濃度采用ICS-2000離子色譜儀測(cè)定,誤差優(yōu)于2.0%。所有測(cè)試項(xiàng)目在取樣后2周內(nèi)完成,具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1,其中樣品號(hào)R01～R24代表河流水,S01～S10代表地?zé)崴?/p>

3 結(jié)果與討論

全球地?zé)豳Y源大都分布在板塊邊緣部位,而喜馬拉雅地?zé)釒д梦挥跉W亞板塊與印度板塊碰撞擠壓帶的邊界上[14]。本文主要選用沿雅魯藏布江地區(qū)的相關(guān)地?zé)崴M(jìn)行詳細(xì)分析,并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)河水水質(zhì)作分析與評(píng)價(jià)。在地?zé)崴捌淞鹘?jīng)地?zé)崽锏暮恿魉畼又?大都檢測(cè)到F、As超過(guò)世界衛(wèi)生組織WHO《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(第二版)規(guī)定的濃度。

圖1 研究區(qū)地表水系簡(jiǎn)圖及樣品采集位置

3.1 地?zé)崴兄饕廴驹胤植继卣?/p>

水質(zhì)分析表明,地?zé)崴呛瑹o(wú)機(jī)鹽的水溶液, EC極高,以茶卡地?zé)崴疄槔?EC高達(dá)6.79 mS/cm,為強(qiáng)電解質(zhì)溶液。同一地區(qū)分布的地?zé)崴c河水相比,EC高出幾十倍。TDS與EC變化較一致。除茶卡地區(qū)的地?zé)崴疄橄趟?研究區(qū)其他地?zé)崴鶠槲⑾趟Ｔ诘責(zé)崴?Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HC這7種離子仍占主導(dǎo)地位,根據(jù)表1可以得知,地?zé)崴乃瘜W(xué)類型以Cl-Na型為主,陽(yáng)離子多以Na+為主,陰離子多以Cl-、H為主。雖然地殼中K和Na的含量相差無(wú)幾(克拉克值：K+= 2.58%,Na+=2.78%),但是地?zé)崴械腒+濃度比Na+濃度低得多,這主要與離子的吸附能有關(guān)。K+吸附能大,更易被周圍的地殼巖土吸附[15]。地?zé)崴蠱g2+濃度較其他陽(yáng)離子低,而Ca2+濃度低而變化較大,這與當(dāng)?shù)爻练e巖的分布有密切關(guān)系。HC的濃度與地?zé)崴蠧O2的濃度有密切關(guān)系。深部為還原環(huán)境,不可能存在高濃度的SO42-。地?zé)崴蠬2S、SO2在上升至地表的過(guò)程中,其溶解度隨著地?zé)崴疁囟鹊慕档投龃?更容易與淺層富氧地下水作用而形成SO42-。另外,研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)酸性熱泉,說(shuō)明西藏境內(nèi)沒(méi)有第四紀(jì)活火山的存在。地?zé)崴膒H值普遍大于8,NO-3幾乎檢測(cè)不到。根據(jù)一般情況,地?zé)崴纬捎谶€原環(huán)境[16],同時(shí)證實(shí)了地?zé)崴牧硪粋€(gè)特點(diǎn)是埋藏深,受地表影響較小。從表1可知,西藏地?zé)崴?采樣點(diǎn)S01～S10)中含有較高濃度的有害元素F、As,其元素濃度變化見(jiàn)圖2。S01、S02、S03為研究區(qū)西部采樣點(diǎn),S04、S05、S06、S07為北部采樣點(diǎn),S08、S09為東部采樣點(diǎn),S10為南部采樣點(diǎn)。除查布間歇泉,這些地?zé)崴械腇、As濃度變化趨勢(shì)較為一致,推測(cè)其來(lái)源有一定的相關(guān)關(guān)系。查布間歇泉中F、As的濃度可能受到間歇時(shí)間與泉流量的重大影響,因而變化不一致。結(jié)合圖1、圖2與表1得知,研究區(qū)的東部與南部地?zé)崴?F、As濃度相對(duì)偏低,這與西藏地區(qū)降水不均和地表淡水對(duì)地?zé)崴a(bǔ)給有一定的關(guān)系。根據(jù)INDEPTH調(diào)查和δ34S數(shù)據(jù)[17],這些常規(guī)元素、有害元素的富集主要與地下巖漿活動(dòng)有關(guān)。另外,在地?zé)崴當(dāng)y帶深部物質(zhì)上升的過(guò)程中,圍巖的溶濾使得某些有害元素也會(huì)隨之遷至地表。

表1 河水(R)和地?zé)崴?S)的基本化學(xué)成分及典型微量元素組成

3.1.1 F元素

圖2 地?zé)崴胁蓸狱c(diǎn)的F、As質(zhì)量濃度

由于溫度對(duì)溶濾作用的影響,地?zé)崴械腇濃度很高[15]。由圖2知,研究區(qū)所有地?zé)崴蠪濃度均超過(guò)WHO規(guī)定值,最多可達(dá)當(dāng)?shù)睾恿髦蠪濃度的10倍。20世紀(jì)90年代羊八井地?zé)崴械腇質(zhì)量濃度高達(dá)17.9 mg/L[18],2008年調(diào)查,F質(zhì)量濃度高達(dá)19.6 mg/L[19],本次檢測(cè)到羊八井地?zé)崴蠪質(zhì)量濃度為10.31 mg/L。由于選取的采樣位置有限,10.31mg/L并不能代表2012年羊八井全區(qū)地?zé)崴蠪質(zhì)量濃度的最高值。堆龍德慶河沿岸的地?zé)崴蠪濃度均很高,這可能與該區(qū)存在的斷裂與深部高溫?zé)嵩碵20]有關(guān)。F質(zhì)量濃度最高的地?zé)崴霈F(xiàn)在谷露間歇沸泉區(qū),達(dá)10.36mg/L,其次為羊八井地?zé)崽铩９嚷堕g歇沸泉區(qū)位于一斷陷盆地中,附近發(fā)育有南北向斷裂。在研究區(qū),出口溫度較高的地?zé)崴话愣挤植加跀嗔褞Ц浇?而這些地?zé)崴蠪濃度也較高。由此看來(lái),地?zé)崴c構(gòu)造活動(dòng)之間有很大關(guān)系。雅魯藏布江兩岸地?zé)崴蠪質(zhì)量濃度大致相近,約為5 mg/L,已超過(guò)WHO規(guī)定值。這與當(dāng)?shù)胤植嫉碾姎馐◢弾r有密切關(guān)系。電氣石中富含F(xiàn),當(dāng)?shù)責(zé)崴仙龝r(shí),溶濾圍巖極有可能使地?zé)崴懈淮鍲。在西藏地區(qū)東南部,地?zé)崴植驾^多,人口較密。當(dāng)這些地?zé)崴苯訁R至附近河流,有害元素通過(guò)河水將對(duì)附近的土壤、地下水甚至人蓄等產(chǎn)生巨大影響。

3.1.2 As元素

地?zé)崴型鵄s濃度很高,如意大利伊斯基亞島地?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度高達(dá)1.6 mg/L[21],新西蘭托卡努地?zé)崴蠥s高達(dá)5.2 mg/L[22],日本地?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度記錄到的最高值達(dá)25.7 mg/L,智利塔蒂奧地?zé)崴蠥s質(zhì)量濃度最高值是50 mg/L。西藏地區(qū)地?zé)崴性?0世紀(jì)70年代中曾發(fā)現(xiàn)As質(zhì)量濃度最高達(dá)到125.6 mg/L[23],由此可見(jiàn)西藏地?zé)崴械腁s濃度之高世屬罕見(jiàn)。研究區(qū)地?zé)崴械腁s濃度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)WHO規(guī)定值。最高值出現(xiàn)在查布間歇泉水樣中,為5.06 mg/L,超過(guò)WHO規(guī)定值的500倍之多。查布間歇泉出現(xiàn)在雅魯藏布江以北,周圍多沸泉,噴出高度距地面約15 m,隨處可見(jiàn)泉華分布,為我國(guó)第二大間歇噴泉區(qū)。與其相鄰的第二噴泉采樣點(diǎn)S01中的As濃度也極高,該噴泉出水量比采樣點(diǎn)S02更大,泉水直接匯入查布河中。這些地?zé)崴械腁s濃度是當(dāng)?shù)睾恿髦蠥s濃度百倍之多。研究區(qū)的地?zé)崴蠥s濃度由北向南大致逐漸降低,最低值為0.02 mg/L,出現(xiàn)在茶卡地?zé)崴?位于研究區(qū)東南部。這些地?zé)崴膒H值介于7.3～9.6之間,這樣的弱堿性地?zé)崴蠥s很容

式中：mi為i地點(diǎn)地?zé)崴杏泻υ叵蛲猸h(huán)境排放的總量,kg;Qi為i時(shí)間地?zé)崴奶烊涣髁?L/s;ρ為某地?zé)崴杏泻υ氐馁|(zhì)量濃度,mg/L;T為時(shí)間,a;m為研究區(qū)某有害元素向外環(huán)境排放的總量。

經(jīng)計(jì)算得到,采樣點(diǎn)S02～S10的F排放總量為3.43×105kg/a;As排放總量為1.17×105kg/a。上述研究區(qū)是西藏主要的地?zé)崤判箙^(qū),僅選取9個(gè)地?zé)狳c(diǎn),F與As總排放量就如此之大,若將整個(gè)西藏地區(qū)考慮在內(nèi),則有害元素的排放量將比m值大幾倍甚至幾十倍。這么多有害元素直接排放到附近河流中,對(duì)河流的影響毋庸置疑。縱使河流具有稀釋作用或沉積物對(duì)有害元素有吸附作用,抑或有當(dāng)?shù)乇▽?duì)河流進(jìn)行大量補(bǔ)給,有害元素的排放總量仍是不可忽視的。

3.2 河流水化學(xué)空間變化規(guī)律

由表1得知,研究區(qū)地表河流中陽(yáng)離子以Na+為主,陰離子以HC為主,水化學(xué)類型主要是HCO3-Na或HCO3·SO4-Na型。西藏地?zé)釁^(qū)多分布有燕山晚期—喜山期的超基性巖體、中酸性-酸性巖體[26],這些巖體中不同程度的含有Na。因此,河水中的Na+可能不僅與蒸發(fā)巖的溶解有關(guān),而且與含鈉礦物的風(fēng)化與淋濾有關(guān)。河水中的HCO-3質(zhì)量濃度均未超過(guò)450 mg/L,且與TDS的變化大致相似,這也是低礦化水的特征之一。TDS濃度較高的河水主要是雅魯藏布江及其以南的河流。該區(qū)主要分布有中生代碎屑巖,當(dāng)河水流經(jīng)時(shí),碎屑巖的化學(xué)成分易被河水沖刷淋濾使其TDS增高。西藏南部降水較多,河水的TDS雖然相對(duì)較高,但是仍屬淡水。單從此方面考慮,這些河水絕大多數(shù)是可以飲用的。但是河水的pH值大多高于8.5,已經(jīng)超過(guò)人體最佳飲用值。人類若長(zhǎng)期飲用此河水,必然會(huì)引起一定的健康問(wèn)題。拉薩河及其支流的pH值相對(duì)較高,這可能與地?zé)犭姀S廢水的直接排放有關(guān),也有易富集[24]。由圖2知,As濃度的空間變化比F更大。地?zé)崴械腁s與F質(zhì)量濃度并不嚴(yán)格是正相關(guān)關(guān)系,這與當(dāng)?shù)貛r石的分布有密切關(guān)系。

西藏地區(qū)地?zé)崴植籍惓６?因此高濃度的有害元素向外部環(huán)境的排放量也很大。據(jù)前人調(diào)查資料[25],地?zé)崴克縎02：Q02=20 L/s,S03：Q03= 1.50L/s,S04：Q04=8L/s,S05～S07：Q05-07=980L/s, S08：Q08=68 L/s,S09：Q09=19 L/s,S10：Q10=2 L/s,。

利用下列公式計(jì)算這些地?zé)釁^(qū)1年內(nèi)向外環(huán)境排放F和As的總量。可能與具體的地質(zhì)環(huán)境有關(guān)。河流在未經(jīng)過(guò)地?zé)釁^(qū)時(shí),F、As濃度都較低。地?zé)崴畢R入河流后,河流中F、As濃度均不同程度的增高。在無(wú)支流匯入的情況下,地?zé)崴杏泻υ貙?duì)河流產(chǎn)生了較大的影響。

3.3 地?zé)崴械湫驮貙?duì)河流水質(zhì)的影響評(píng)價(jià)

西藏地?zé)犸@示區(qū)分布有酸性巖漿巖與螢石、電氣石等高氟巖石,這些巖石被河流沖刷以后必然會(huì)影響河水水質(zhì),但同時(shí)地?zé)崴畢R入河流也會(huì)增加河水中有害元素F等的濃度。圖3為研究區(qū)河流流經(jīng)地?zé)崴昂?F、As濃度的具體變化情況。

3.3.1 F元素

總體來(lái)看,堆龍德慶河是所有河流中F質(zhì)量濃度最高的,均高于1.0 mg/L。這與附近的高溫地?zé)犭姀S排放的地?zé)釓U水有直接的關(guān)系,地?zé)崴腇質(zhì)量濃度達(dá)到10.31 mg/L,是河流水中F質(zhì)量濃度的10倍。地?zé)犭姀S在排放地?zé)釓U水時(shí)進(jìn)行了處理,使得下游河水與上游河水中F質(zhì)量濃度相差不大,但是河水下游居民健康仍然受到威脅。地?zé)犭姀S排放口下有26個(gè)村莊以該河水作為生產(chǎn)用水和部分人蓄飲用水[18]。據(jù)調(diào)查,地?zé)犭姀S80%的工人和當(dāng)?shù)氐木用窬煌潭鹊脑馐芏d頂,2名工作10年以上的地?zé)釓S工人已經(jīng)完全禿頂[27]。桑曲河、雪融藏布河以及雄曲河在流經(jīng)地?zé)崴院?其F質(zhì)量濃度雖有增加,但是仍未超過(guò)WHO規(guī)定值。雄曲河F質(zhì)量濃度增加較大與周圍多地?zé)崴植记闆r、河流流量小有密切關(guān)系。這幾條河流均位于研究區(qū)東部,推測(cè)當(dāng)?shù)亟邓畬?duì)河流中F質(zhì)量濃度有較大影響。南木切曲受到地?zé)崴挠绊懞?F元素的質(zhì)量濃度增加了1倍。附近的高溫間歇噴泉對(duì)該河有較大影響,其F質(zhì)量濃度是河流上游的7倍,并且這些沸泉流量大,對(duì)附近的河流影響也大。雅魯藏布江只測(cè)了1個(gè)樣品中的F質(zhì)量濃度,可以推測(cè)由于東部降雨大但人口密度較大,江水中F質(zhì)量濃度與此值接近。總體來(lái)看,研究區(qū)HCO3-Na型河水更容易使F富集,這主要與沉積巖等的分布有關(guān),有以下化學(xué)反應(yīng)發(fā)生：

由反應(yīng)式(3)知,F與HCO-3正相關(guān),因此HC濃度高的河水容易富集F。由于反應(yīng)式(4)的存在,河水成弱堿性。

3.3.2 As元素

圖3 河流受地?zé)崴绊懬昂蟮哪承┰刭|(zhì)量濃度變化

由圖3知,相比于F,河水中的As質(zhì)量濃度較小。桑曲河、雄曲河中As質(zhì)量濃度受地?zé)崴绊戄^小,流經(jīng)地?zé)崴趨^(qū)后,其濃度沒(méi)有增加,這與臨近的低As地?zé)崴兄苯雨P(guān)系。雪融藏布河、南木切曲、堆龍德慶河、楚布曲中As質(zhì)量濃度受地?zé)崴绊戄^大,尤其是南木切曲,當(dāng)?shù)胤腥笑?As)是上游ρ(As)的250倍,其下游值高達(dá)0.19 mg/L,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)WHO規(guī)定值。堆龍德慶河水中采樣點(diǎn)R07中As質(zhì)量濃度達(dá)0.10 mg/L,直接飲用該河水的人畜受到極大影響。作為拉薩河支流的楚布曲中As濃度受地?zé)崴绊懸草^大。這些支流最終匯入拉薩河,使得拉薩河中As質(zhì)量濃度達(dá)到0.01mg/L,這樣的河水會(huì)對(duì)人畜的健康產(chǎn)生威脅。研究區(qū)內(nèi)最大的河流——雅魯藏布江水樣中的As濃度超過(guò)了飲水標(biāo)準(zhǔn)濃度,但是沒(méi)有致癌威脅(ρ(As)=0.6mg/L))。在雅魯藏布江下游采樣點(diǎn)R24,其As質(zhì)量濃度已經(jīng)降至0.01 mg/L。江水下游的人類活動(dòng)較多,其As質(zhì)量濃度是否會(huì)超標(biāo),有待進(jìn)一步調(diào)查研究。這些河水成弱堿、強(qiáng)堿性,其pH值普遍高于8,與F元素類似,這樣的河水也易使As元素富集[24]。

河流中陽(yáng)離子以Na+為主,而Ca2+濃度較小。這主要是由于F會(huì)使Ca2+進(jìn)入CaF2,As也會(huì)與Ca2+形成難溶于水的砷酸鈣。在流經(jīng)地?zé)釁^(qū)的同一河流中,水樣中的F和As質(zhì)量濃度隨著距地?zé)釁^(qū)距離的增加而降低,這與下游支流的補(bǔ)給稀釋、河床沉積物的吸附作用有很大的關(guān)系。前者不能降低河流中有害元素的總量,而后者是有害元素天然衰減的最根本原因。郭清海等[28]根據(jù)藏布曲河水中的As質(zhì)量濃度建立槽列模型,理論得到的河水中As質(zhì)量濃度比實(shí)際測(cè)得的數(shù)值大。同時(shí)通過(guò)河床沉積物對(duì)As的等溫吸附試驗(yàn),最終得知：河床沉積物吸附作用的增加使得河水中As的天然衰減將相應(yīng)呈指數(shù)形式增加。但是,河床沉積物的吸附是有限的,當(dāng)吸附量達(dá)到一定值后,其吸附能力將降低。此外,當(dāng)全球變暖,河流中的冰雪融水量突然增加,有可能使吸附物中的有害物質(zhì)活化,造成二次污染。因此,在利用地?zé)崮軙r(shí),從根本上解決有害元素向外環(huán)境的排放是必要的,需引起重視。

4 結(jié) 論

a.地?zé)犭m被稱為綠色能源,但地?zé)嵩旄Ｓ谌祟惖耐瑫r(shí),也一定程度上對(duì)水體環(huán)境造成了自然或人為誘發(fā)的污染。地?zé)崴蚋浇恿髟丛床粩嗟剌斎肓舜罅坑泻υ?對(duì)青藏高原而言地?zé)崴兄饕獰o(wú)機(jī)污染物以As、F等為主。不同地區(qū)的地?zé)崴畬?duì)河流產(chǎn)生的影響程度主要由河流本身和地?zé)崴疀Q定,一般溫度越高的地?zé)崴a(chǎn)生的影響越大。

b.羊八井高溫地?zé)釒У責(zé)崴蠪濃度較高;喜馬拉雅地?zé)釒л^其他地區(qū)的地?zé)崴榱枯^高。

c.本次采樣為1年中干旱—多雨交替期,河水化學(xué)成分組成代表中值水平。可以預(yù)見(jiàn),在進(jìn)入雨季后(7—9月),河水受到雨水的稀釋作用,地?zé)釋?duì)河流污染影響減輕。相反,到了冬季,降水、冰雪融水急劇減少,地表徑流減少,當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)地?zé)崴拈_(kāi)采量和排放量卻相應(yīng)增加,勢(shì)必會(huì)造成對(duì)地表水體更嚴(yán)重的污染。

d.我國(guó)作為能源消耗大國(guó),減排任務(wù)艱巨,預(yù)計(jì)青藏高原地?zé)豳Y源大規(guī)模開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行,但任何一處地?zé)崽镩_(kāi)發(fā)之后都要對(duì)廢水進(jìn)行嚴(yán)格處理,以防對(duì)下游水環(huán)境造成污染。

e.西藏居民以河水為飲水源,因很多河流經(jīng)過(guò)地?zé)釁^(qū)后有害元素濃度顯著增高,對(duì)人體及動(dòng)植物的危害不容忽視,今后值得深入研究地方病(如禿頂、氟斑牙、癌癥等)與水環(huán)境污染之間的關(guān)系。

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Impacts of typical harmful elements in geothermal water on river water quality in Tibet

ZHANG Qing1,TAN Hongbing1,QU Tao2,ZHANG Wenjie1,ZHANG Yanfei1,KONG Na1
(1.College of Earth Sciences and Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China; 2.NO.1 Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province,Ji爺nan 250000,China)

Tibet is the area with the widest distribution of geothermal water in China.In order to study the impacts of harmful elements in geothermal water on rivers,some typical geothermal water and river water samples were collected outdoors.Analysis of hydro-chemical parameters in geothermal water and rivers and related histograms of the harmful elements in rivers shows that fluorine and arsenic in geothermal water have a significant impact on the water quality of the rivers,and can change those of rivers greatly.Geothermal water in the Yangbajing area displays a high concentration of fluorine,while that in the Himalayan geothermal belt displays a high concentration of arsenic.In addition,rivers are the sources of drinking water for residents of Tibet.The concentrations of harmful elements in rivers will increase significantly when the rivers flow through geothermal areas.They are very harmful to the residents,plants,and animals in the lower reaches.Future study should be focused on the relationships between endemic diseases,such as baldness,dental fluorosis,and cancer,and water environmental pollution. Key words：geothermal water;river;fluorine;arsenic;Tibet

X141

A

10046933(2014)04002307

20140116 編輯：高渭文)

10.3969/j.issn.10046933.2014.04.006

國(guó)家自然科學(xué)基金(41173049;41271041)

張慶(1989—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境污染。E-mail：994078843@qq.com

譚紅兵,教授。E-mail：whz770803@hhu.edu.cn