污染河流對沿岸土壤和地下水化學(xué)環(huán)境的影響_以徐州奎河為例

1、2 0 0 1 年 6 月J OU RNAL O F XIAN EN GIN EER IN G U N IV ERSI T YJ un. 2 0污染河流對沿岸土壤和地下水化學(xué)環(huán)境的影響以徐州奎河為例吳耀國1 , 李云峰1 , 王惠民2 , 王超2( 1 . 長安大學(xué) 國土資源部干旱半干旱地區(qū)水資源與國土環(huán)境開放研究實(shí)驗(yàn)室 ,陜西 西安 710054 ; 2 . 河海大學(xué) 環(huán)境工程系 , 江蘇 南京 210098) 摘要 以徐州奎河為例 ,通過對土樣與水樣化分結(jié)果的分析 ,研究了污染河流對其沿岸土壤及地下水化學(xué)環(huán)境的影響 ,指出了今后研究應(yīng)注意的幾個(gè)問題 。 關(guān)鍵詞 污染河流 ; 土壤 ; 地下

2、水化學(xué)環(huán)境 文章編號 1007 - 9955 (2001) 02 - 0059 - 04 中圖分類號 X143 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A吳耀國 (1968 - ) ,男 ,副教授 ,主要從事水文地質(zhì)與環(huán)境工程的教學(xué)與研究工作 。 作者簡介 地下水具有時(shí)空上分布均勻 、穩(wěn)定 、水質(zhì)優(yōu)良 、以徐州市奎河為例 ,通過現(xiàn)場調(diào)查與有關(guān)易于開采 、含水介質(zhì)還對其具有保護(hù)與凈化功能等的分析 ,本文擬研究污染河流對其沿岸土壤及特點(diǎn) ,因而世界上許多地方將其作為生活供水水源 。 水化學(xué)環(huán)境的影響 。 在一定條件下 ,地表水與地下水之間可以相互轉(zhuǎn)化 ,故常采用傍河布井方式開采地下水 ,加強(qiáng)兩者的水力聯(lián)系 ,以期最大限度地奪

3、取河水的補(bǔ)給 ,增加地下 水的允許開采量1 。因而目前關(guān)于河流對其沿岸地下水水量影響的研究較多 。人類活動(dòng)對水環(huán)境干擾破壞最直接的是江河湖水體 ,如我國的淮河 、小清 河 、大沽河等已遭污染 。這些污染的河流不僅破壞 了地表水體 ,而且可以滲漏形式補(bǔ)給地下水 ,引起沿岸土壤及地下水環(huán)境的惡化 。這樣 ,不僅不利于沿 岸生產(chǎn)建設(shè) ,而且對居民健康造成極大的威脅 。如 奎河水質(zhì)不斷惡化 ,調(diào)查發(fā)現(xiàn) ,沿岸居民利用潛水作1奎河及其沿岸的環(huán)境條件徐州市位于魯南山區(qū)南緣 。地形上 ,北西部較高 ,南部較低 ,由一系列北東走向的鏈狀山 其間沖洪積盆地組成 。黃故道河從西向東貫市 ,河床高出地表 ,為地表水

4、分水嶺 。發(fā)源于云的奎河 ,向市南東方向延伸 ,沿途經(jīng)過十里堡 、營 、楊山頭 、徐村和黃橋等十幾個(gè)自然村 。在三南端流入安徽境內(nèi) 。在徐州市內(nèi)長約 22 km ,為飲用水水源 , 致使多種疾病的發(fā)病率顯著上升 。 入了城南幾乎全部工業(yè) 、居民生活的污水 ,日納4量 8 . 0 10 t 左右 。通過沿河幾個(gè)斷面 ( 圖 1)質(zhì)監(jiān)測 ,發(fā)現(xiàn)該河已遭污染 (表 1) ,主要污染組 銨 - 氮 、COD 、酚 、氯離子等 。這種現(xiàn)象在我國北方十分普遍 。由于我國環(huán)境水文地質(zhì)研究起步較晚 ,發(fā)達(dá)國家嚴(yán)重污染的河流較少 , 以致出現(xiàn)目前關(guān)于污染河流對其沿岸土壤及地下水 化學(xué)環(huán)境影響的研究也較少 。為預(yù)

5、測污染河流對其 沿岸土壤及地下水化學(xué)環(huán)境的影響程度與范圍 ,劃 定地下水合理開采區(qū) ,制定相應(yīng)的防污措施 ,因而很 有必要開展這方面的研究 。 收稿日期 2001 - 03 - 07 基金項(xiàng)目 中國博士后科學(xué)基金資助| 河流斷面 ; # 土壤采樣點(diǎn) ;. 觀測井圖 1 河流及其沿岸土壤和地下水采樣點(diǎn)分布示意表 1徐州奎河水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果N H4 + - NNO3 - - NNO2 - - NCODcr斷面監(jiān)測年份DO非離子氨酚銅山橋銅山橋 銅山橋 銅山橋 十里鋪 高家營楊山頭19910 . 07160 . 0440 . 45219920 . 15600 . 0320 . 250 . 2111993

6、0 . 15480 . 0990 . 230 . 23119941995199519950 . 1646115 . 684 . 691 . 30 . 0920 . 0080 . 0090 . 0060 . 280 . 2480 . 1320 . 0040 . 0915 . 356 . 706 . 430 . 560 . 270 . 30徐州市奎河沿岸分布著 1030 m 左右的第四水中的濃度卻很低 ,有的甚至檢測不出 。據(jù)表 2 ,本系地層 ,巖性一般為粘土 ,含鐵錳質(zhì)結(jié)核的亞粘土 、 次研究監(jiān)測組分濃度均低于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn) ,地下粉砂土 ,其中含有孔隙水 ,埋深一般在 0 . 5 2 . 5

7、 m之間 ,大氣降水入滲為其主要的補(bǔ)給方式 。該含水 層富水性能較差 ,但富水程度均勻 ,長期以來為當(dāng)?shù)厮|(zhì)良好 。表明目前的地下水環(huán)境利于部分污染組分的截留與轉(zhuǎn)化作用進(jìn)行 。例如 ,地下水中亞硝態(tài) 氮的存在 ,證明三氮間的轉(zhuǎn)化仍在繼續(xù) ;地下水中酚 等檢測不出 ,表明河流 地下水滲流系統(tǒng)對其具有較農(nóng)村人畜用水的主要水源 。該地下水為入滲 、蒸發(fā)開采型 ,因而其水位隨季節(jié)變化 ,一般 45 月份最低 ,89 月份最高 。因地形上北高南低 ,奎河位于山丘之間 。自然 條件下 ,地下水補(bǔ)給河水 。因農(nóng)業(yè)用水的需要 ,沿河 設(shè)置了多道節(jié)制閘 ,使河流蓄水以便農(nóng)業(yè)用水 。抬 高了河水位 ,以致河水補(bǔ)給

8、地下水 。強(qiáng)的凈化功能 。表 3 1995 年河流沿岸地下水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果污染組分含量/ ( mg/ L )井號 監(jiān)測時(shí)間N H + - NNO - - NNO - - NCl -423102 . 1504 . 2606 . 2208 . 1102 . 1504 . 2606 . 2208 . 1102 . 1504 . 2606 . 2208 . 1102 . 1504 . 2606 . 2208 . 1102 . 1504 . 2606 . 2208 . 1102 . 1504 . 2606 . 2208 . 110 . 220 . 140 . 110 . 110 . 180 . 140 .

9、 200 . 120 . 230 . 140 . 350 . 850 . 290 . 150 . 390 . 130 . 280 . 140 . 310 . 140 . 270 . 150 . 340 . 120 . 004330 . 008330 . 012330 . 00730 . 0123333333333331 . 423 . 102 . 773 . 151 . 922 . 460 . 672 . 810 . 611 . 180 . 901 . 160 . 060 . 080 . 040 . 110 . 070 . 040 . 040 . 110 . 090 . 040 . 040 .

10、 0732 . 631 . 335 . 235 . 029 . 328 . 432 . 372 . 932 . 227 . 431 . 333 . 014213014614510495 . 964 . 696 . 273 . 473 . 499 . 873 . 82奎河污染對其沿岸地下水化學(xué)環(huán)境的影響1通過上面的分析 ,選擇在徐村與黃橋分別布置斷面 ,監(jiān)測地下水水質(zhì) 。每斷面 3 個(gè)觀測井 ( 圖 1) ,各井編號如圖 1 , 與河的距離見表 2 , 于 1995 年的2 、4 、6 和 8 月采樣 ,分析地下水的水質(zhì)狀況 (表 3) 。3表 2 研究區(qū)觀測井與河流間的距離正如 所 知 , 氯

11、 離 子 不易參與物理化學(xué)反應(yīng) , 為 一保守性離子 , 可以作為示蹤劑 。由監(jiān)測結(jié)果可以看出 , 兩斷面上地下水中 的氯離子濃度 , 均具有隨 與河流距離的增大而減小 的特點(diǎn) ( 圖 2) 。說明河水對其沿岸的地下水化學(xué)環(huán) 境有一定的影響 。這也可1監(jiān)測井與河間距離/ m12 3 1 2 31936255 . 54062 . 63138 . 6以從地下水中的總氮濃度變化得到驗(yàn)證 (圖 3) 。圖 2 黃橋斷面地下水氯離子濃度變化兩斷面的地下水中的污染組分濃度相比較 ,在 與河流距離相同的情況下 ,下游斷面 處明顯高于上游斷面 處 。這說明河流對下游地下水化學(xué)環(huán)境影響范圍大于上游 。圖 3 徐

12、村斷面地下水觀測井總氮濃度變化埋深 60 cm 以下土壤的污染組分含量變 大 。這是因?yàn)楹恿鲗ζ溲匕锻寥赖挠绊?,是通響地下水實(shí)現(xiàn)的 。在地下水的影響下 ,土壤污分的含量分布均勻 。3奎河污染對沿岸土壤的影響4結(jié)論與尚存問題411結(jié)論(1) 奎河幾乎接納徐州城南所有工業(yè)與居為研究污染河流對其沿岸土壤的影響 ,特選取沿河岸邊處 ( 圖 1) 土壤的污 染 組 分 含 量 分 析 結(jié) 果(表 4) 進(jìn)行分析 。由表 4 可見 ,沿岸埋深大于 40 cm 的土壤中有 機(jī)質(zhì)與全氮含量高于遠(yuǎn)離河道的漢王處 ,同時(shí)又低于其上土壤中 。這是由于受河水補(bǔ)給的影響 ,一方 面氮在轉(zhuǎn)化過程中 ,部分有機(jī)質(zhì)被消耗

13、; 另一方面 , 水動(dòng)力作用可使土壤中的有機(jī)質(zhì)與全氮向遠(yuǎn)離河道 的方向移動(dòng) 。本區(qū)土壤 p H 值在 8 . 3 8 . 5 之間 , 埋深在 40cm 以內(nèi)為粘土 ,40 cm 以下 ,遠(yuǎn)離河流區(qū)仍為粘土 , 而沿岸為亞砂土 。在相同的環(huán)境條件下 ,粘土對銨 離子的吸附能力大于亞砂土 ,氮元素更易在粘土中 積累 。由表 3 可知 ,沿岸土壤中銨氮與硝態(tài)氮含量 也明顯地高于遠(yuǎn)離河道處 。這更加說明污染河流對其沿岸土壤環(huán)境的影響 ,與污染組分在地下水環(huán)境 中遷移轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性 ?；钆欧诺奈鬯?,使得該河已遭受污染 ,主要污染為 COD 、銨離子 、酚和氯離子等 。因農(nóng)業(yè)用水 要 ,沿河設(shè)置了多道節(jié)

14、制閘 ,抬高了河水位 ,使染河流對其沿岸的土壤及地下水環(huán)境產(chǎn)生影響 (2) 受污染河流的影響 ,使得土壤中原有 組分流失 ,從而出現(xiàn)沿岸土壤中有機(jī)質(zhì)與全氮 低于遠(yuǎn)河道處 ; 河水的某些污染組分 ,如銨氮 ,岸其影響下的土壤中的含量較高 ,且分布較均勻(3) 因污染河流的影響 ,沿岸地下水中的組分濃度較高 ,甚至可能使該地下水化學(xué)類型 轉(zhuǎn)變 ; 同時(shí)污染組分的濃度隨與河流距離的增減小 ,即河流對地下水化學(xué)環(huán)境的影響程度在減412尚存在問題據(jù)河水與地下水水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果 ,依氯離 度 分析 ,河流在斷面 處對地下水影響程度大表 4奎河沿岸及漢王土壤中污染組分含量銨氮/ ( mg/ kg )硝態(tài)氮 (

15、 mg/ kg )有機(jī)質(zhì)/ %全氮/ %土壤層埋深/ cm沿河處遠(yuǎn)河處沿河處遠(yuǎn)河處沿河處遠(yuǎn)河處沿河處遠(yuǎn)河處020204040606080801001 . 450 . 620 . 380 . 220 . 200 . 980 . 580 . 510 . 430 . 530 . 1070 . 0540 . 0360 . 0280 . 0270 . 0750 . 0530 . 0370 . 0420 . 04312 . 057 . 1011 . 0814 . 6114 . 097 . 564 . 5819 . 249 . 3614 . 4613 . 3910 . 879 . 1812 . 8114 .

16、 036 . 025 . 734 . 557 . 3114 . 84面 處的 ,而斷面 I 處的硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮濃度均高于斷面 處 。出現(xiàn)該現(xiàn)象可能與氮類污染物在河 流 地下水滲流系統(tǒng)中的行為特征和水動(dòng)力條件等用 。因而開展污染河流對其沿岸土壤及地下水化學(xué)環(huán)境影響的研究 ,筆者認(rèn)為應(yīng)重視以下幾個(gè)方面 :(1) 河床沉積層在河流實(shí)現(xiàn)對其沿岸土壤及地 下水化學(xué)環(huán)境影響中的作用 。(2) 污染物在河流 地下水滲流系統(tǒng)中的行為有關(guān) 。根據(jù)地下水水質(zhì)分析 ,河流對地下水化學(xué)環(huán)境影響范圍在兩斷面處并不相等 ,而且為 處大于 處 。對影響程度和范圍的預(yù)測 ,有待建立有效的數(shù)學(xué)模型后完成 。無論是斷面 處 ,

17、還是斷面 處 ,地下水中污染 組分濃度均具有隨與河流距離的增大而減小的特 點(diǎn) ,而減小梯度在不斷減小 , 在河床沉積層兩側(cè)最大 。如 Glat t 、Area 等河流影響下的地下水也具類似 的現(xiàn)象 。這說明污染物在河流 - 地下水滲流系統(tǒng)遷 移轉(zhuǎn)化過程中 , 河水 沉積物界面過程有著重要作特征 。(3) 污染物的遷移轉(zhuǎn)化對河流 - 地下水滲流系 統(tǒng)環(huán)境特征的影響 。(4) 建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型 ,預(yù)測污染河流對其沿岸土壤及地下水化學(xué)環(huán)境影響的范圍與程度等 。 參 考 文 獻(xiàn)1沈照理 ,等. 水文地質(zhì)學(xué)M . 北京 :科學(xué)出版社. 1985 .EFFECT O N THE SOILAND GRO

18、UNDWATERALO NG A POLL UTED RIVERA CASE STUDYOF KUI HE REVIERWU Yaog2uo1 , L I Yun2feng1 ,WAN G Hui2min2 , WAN G Chao2( 1 . O peni n g Resa rch L aborator g A bou t W ate r Resou rce a n d L a n d En v i ron m en t i n A ri d a n dS e m i a ri d Region U n de r t he M i nist ry of L a n d Resou rce , Cha n ga n U ni ve rsi t y , X ia n 710054 , Chi n a ; 2 . Hehai U ni ve rsi t y , N a n j i n g 210098 , Chi n a)Abstact : Water polluted so mewhere ,it is important to st udy t he effect o n t he soil and groundwate