中國的地下水砷污染

1、GroundwaterArsenicContaminationThroughoutChina論文翻譯摘自ScienceDOI:101126/science1237484Science341,866(2013);LuisRodMguez-Ladoetal.年級：2011學(xué)號：2011332034姓名：XX專業(yè)：資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理二零一四年五月中國的地下水砷污染摘要：中國首次意識到被砷污染的飲用水是一個健康威脅，是在20世紀(jì)60年代。然而，鑒于中國疆域遼闊，數(shù)百萬水井仍有待篩查，以確定問題的嚴(yán)重程度。我們開發(fā)了一種風(fēng)險統(tǒng)計模型，引用世界飲用水衛(wèi)生組織規(guī)定的砷濃度標(biāo)準(zhǔn)（同時也是中國飲用水砷濃度的

2、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)）閾值為10ug/L,以地質(zhì)成因的砷污染為依據(jù)，將中國分為安全區(qū)與非安全區(qū)。我們估計，有19600萬中國人處在使用砷污染水的威脅中。我們的風(fēng)險模型可識別中國大量受砷影響的地區(qū)以及突出對健康潛在的威脅程度,但是結(jié)果必須經(jīng)過實地測量進(jìn)行確認(rèn)。中國所面臨的工業(yè)與自然水源問題中,地下水質(zhì)量問題均占極大比列。人們暴露于過高水平的砷一種天然地下水污染,是從60年代開始被發(fā)現(xiàn)的。除貴州省主要為燃煤污染型病區(qū)外,其他風(fēng)險區(qū)大都屬于飲水型病區(qū),分布在北方的干旱區(qū),可能這些地區(qū)比起其他地區(qū),更缺乏用于烹飪與飲用的清潔水源。除地?zé)衢_采這一環(huán)境條件外,還有兩個人們所熟知的環(huán)境條件與地下水系統(tǒng)中天然砷的富集有關(guān)

3、：1,堿性需氧環(huán)境存在的干旱與半干旱地區(qū)的封閉盆地,這里的高PH值使得砷從氧化礦中被堿性解吸出來；2,在含水層的強(qiáng)還原條件下，砷的釋放與含砷的鐵（氫）氧化沉積物的還原溶解有關(guān)。在中國,已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究,關(guān)于在還原條件下,地下水的砷富集,尤其在干旱區(qū),沖積與湖泊含水層沉積物往往含有高堿和/或高鹽。其他地區(qū)如臺灣,缺氧的含水層也會釋放砷。中國的一些在含氧含水層測量砷濃度的研究報告表明,含氧地下水的砷濃度通常低于10ug/L。2001至2005年間,中國衛(wèi)生部實施了一項“中國全國水砷污染抽樣篩選計劃”,篩查了292個縣（占全國12%）的20517個村莊,約445000口水井的砷污染情況。調(diào)查發(fā)現(xiàn)

4、，超過5%的水井，砷濃度高于中國前國家標(biāo)準(zhǔn)一一50ug/L,在已知與可疑的地方性砷中毒地區(qū),大約有10000個人受到地方性砷中毒的影響。繼續(xù)篩檢水井后，可估計，有560萬人在飲用含高濃度砷（50ug/L）的飲用水,大約有1470萬人飲用砷濃度大于10ug/L的飲用水。由于中國幅員遼闊，要想徹查中國數(shù)以百萬計的水井，確定被砷污染的水井的空間分布及嚴(yán)重程度，將花費幾十年的時間。在這里，我們提出了一個預(yù)測模型，利用調(diào)查數(shù)據(jù)以及地質(zhì)和水文地球化學(xué)參數(shù)作為代理指標(biāo)的方法，通過影響地下含水層砷溶解度來識別因地質(zhì)成因所致的砷污染安全區(qū)與非安全區(qū)。該模型經(jīng)過一個獨立的數(shù)據(jù)庫以及一個臨界概率值一一0.46（見補

5、充材料）的驗證，將77%的樣本都正確進(jìn)行了高低風(fēng)險的分類（精準(zhǔn)度為77%），可信度較高（科恩指數(shù)為0.51）。該模型的敏感性（正確對砷濃度10ug/L的樣本進(jìn)行分類能力）與特殊性（正確對砷濃度W10ug/L的樣本進(jìn)行分類能力）分別為83%與75%。這兩種性能對砷安全區(qū)與非安全區(qū)均可進(jìn)行良好地預(yù)測。該模型的不確定性在中國大部分地區(qū)都很低（圖S5），但在人煙稀少的沙漠超過了0.5.之前在東南亞的研究已確定了相對較小的地質(zhì)與水文地球化學(xué)參數(shù)，該參數(shù)可作為重要的空間預(yù)測因子，來表征高砷地區(qū)的分布。例如，全新世沉積物與砷污染密切相關(guān)，在中國砷污染地區(qū)的研究報告中，也可以看出這樣的一致性（圖1）。我們最初

6、將16個環(huán)境代理指標(biāo)作為識別地球成因的砷危害的潛在因素，展現(xiàn)在30弧秒（約為1km2）精度的數(shù)字柵格地圖上。只有8個代理指標(biāo)與高濃度砷出現(xiàn)的地域分布有密切聯(lián)系，這8個代理指標(biāo)與2668個對砷進(jìn)行實地測量的樣本（村莊）形成一個組合模型，運用二項Logistic回歸分析，使得這個組合模型成為一個基礎(chǔ)分類器（見補充材料）。該模型（圖2A）預(yù)測，地下水被砷污染的地區(qū)面積，可能超過了580000km2并且該模型準(zhǔn)確地指出，已檢測到地方性物（圖中綠色部分），全新世沉積物對大盆地（流域）可能有所影響。JunggTianshanChahaertan4一NortheasternHetaoHuhhc?吁Forth

7、Ch泊aYunchenf112502500km可High-Asbasins可Low-AsbasinsPotentialhigh-AsHolocenesedimentsSampledprovincesMainrivers砷中毒的地區(qū)，砷濃度已升高。面積遼闊的地區(qū)，如柴達(dá)木盆地（新疆），額濟(jì)納盆地（內(nèi)蒙古），黑河流域（甘肅），柴達(dá)木盆地（青海），東北平原（內(nèi)蒙古，吉林，遼寧）以及華北平原（河南和山東），被該模型識別為存在潛在受砷影響的地區(qū)，但這些結(jié)論必須經(jīng)過實地測量進(jìn)行確認(rèn)。平均的模型系數(shù)與全新世沉積物，土壤鹽分，細(xì)粒底土質(zhì)地，地形濕度指數(shù)（TWI,見補充材料），高含砷量的河流密度，邊坡負(fù)貢獻(xiàn)，河

8、流間距以及重力呈正相關(guān)。其中，全新世沉積物，土壤鹽分，土壤質(zhì)地與TWI是非常重要的，占據(jù)這些因素的絕大多數(shù)，在預(yù)測出現(xiàn)砷的地下水時，與其余變量相比，它們的相對重要性會更加顯著，這與中國絕大多數(shù)高風(fēng)險地區(qū)研究的條件相符，如新疆?。Ｐ兔舾卸?85%），河套呼和浩特盆地（模型敏感度=95%），這些地區(qū)的高砷往往與缺氧環(huán)境有關(guān)由處在地勢平坦和高鹽度初期沉積物中的排水不良的含水層所造成的缺氧環(huán)境。該模型還對含氧含水層進(jìn)行了預(yù)測，例如，民勤盆地，查哈爾灘綠洲，遼河盆地（圖2B，3、4區(qū)域）。調(diào)查這些地區(qū)的含水層承受低砷濃度表明，我們模型正確預(yù)測的精準(zhǔn)度為83%98%。我們將概率圖分為低風(fēng)險（PW0.46

9、）區(qū)域與高風(fēng)險（P0.46）區(qū)域，并與2000年的人口分布圖交差引用，就產(chǎn)生了這樣一個估計：在中國，有1985萬人生活在高風(fēng)險區(qū)，主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、河南、山東和江蘇（圖3）?？赡芨吖懒颂幵陲L(fēng)險中的實際人口，因為在一些地方可能使用的是凈化水與自來水，并非上述用于統(tǒng)計分析的水（未處理的地下水）。然而，大部分受砷影響的中國地區(qū)是干旱或半干旱區(qū)，飲用水的主要來源為地下水。我們的方法補充了昂貴費時的傳統(tǒng)地下水質(zhì)量調(diào)查方法。該模型只需要一小組地理空間參數(shù)數(shù)據(jù)，從而作出受影響地區(qū)的初步估計，減少了需要篩選的面積。該模型也可能適用于世界的其他地區(qū)，特別是干旱地區(qū)，如智利與阿根廷西北部，那里過高的砷濃度已

10、被報道，或者如蒙古，哈薩克斯坦，吉爾吉斯斯坦這些地下水砷濃度尚未進(jìn)行風(fēng)險評估的國家。圖1.中國已知與潛在的受砷影響的盆地（流域）位置。砷水平較高的盆地（流域）一般為全新世沉積1201OOProbabilityAs3455667言8ri8MainriversO1Ojjgr*Liao-Ho-o501OOkmOHeraliaccuracy=98%圖2.中國的砷預(yù)測圖Personsatriskperkm2口Lowrisk1000圖3中國暴露于砷濃度10ug/L的潛在風(fēng)險的人口估計圖。計算基于模型的統(tǒng)計結(jié)果與人口的密度估計。以下為搜集到的相關(guān)地區(qū)材料：（非論文內(nèi)容）準(zhǔn)噶爾盆地，位于中國新疆的北部，是中國

11、第二大的內(nèi)陸盆地。盆地地下水的補給來源主要來自山口以下河床、渠道及田間滲漏，從農(nóng)業(yè)用水供需關(guān)系看，基本無缺水之虞。天山，是亞洲中部地區(qū)的一條大山脈，東西橫貫橫跨中國、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦等國。地處全球最大的干旱區(qū)亞歐大陸的腹地，遠(yuǎn)離海洋。是天山高大的山體攔截了高空中來自大西洋和北冰洋的大量水汽，帶來大量降水，使之成為干旱區(qū)中的水塔，眾多內(nèi)陸河流便發(fā)源于此，因此天山又有“旱?；哪械臐駦u”之稱。柴達(dá)木盆地，位于青海省西北部，盆地略呈三角形，為中國四大盆地之一，是一個被昆侖山、阿爾金山、祁連山等山脈環(huán)抱的封閉盆地。蘊含豐富的鹽、石油、煤以及多種金屬礦藏，有“聚寶盆”的美稱。屬高原

12、大陸性氣候，以干旱為主要特點。塔里木盆地，位于中國西北部的新疆，中國面積最大的內(nèi)陸盆地。塔里木盆地降水量北部一般在50mm70mm，南部一般在15mm30mm，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣十分干燥，風(fēng)沙危害始終威脅著盆地周邊工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。黑河流域，黑河流域是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸流域，位于河西走廊中部。中游地表水地下水轉(zhuǎn)換頻繁，河流出山后，流入山前沖積扇，一部分被引入灌溉渠系和供水系統(tǒng)，消耗于農(nóng)、林業(yè)的灌溉以及人畜飲用、工業(yè)用水，其余則沿河床下泄，并沿途滲入地下，補給了地下水。被引灌的河水，除作物吸收蒸騰、渠系和田間蒸發(fā)外，相當(dāng)一部分下滲補給了地下水，地下水以遠(yuǎn)比地面平緩的水面坡度向前運動

13、，在細(xì)土平原一帶出露成為泉水，或者再向前回歸河流，或者再被引灌，連同打井抽取的地下水，再進(jìn)行一次地表、地下水轉(zhuǎn)化。在中游非灌溉引水期的12月翌年3月，由于前期灌溉水回歸河道，正義峽斷面的徑流量較鶯落峽斷面大2.53.0億立方米。水資源多次轉(zhuǎn)換并被多次重復(fù)利用的同時，也增加了無效消耗的次數(shù)和數(shù)量。額濟(jì)納盆地地處內(nèi)蒙古自治區(qū)最西端額濟(jì)納旗境內(nèi)，是黑河流域最下游，南與甘肅鼎新盆地相鄰，西以馬鬃山剝蝕山地東麓為限，東接巴丹吉林沙漠，北抵中蒙邊界。額濟(jì)納盆地南、西、北三面為低山環(huán)抱，東為巴丹吉林沙漠。盆地內(nèi)地勢低平，海拔高度為9001127m，最低點為盆地北部的西居延海，最高點為南部的狼心山。盆地內(nèi)第四

14、紀(jì)地層發(fā)育較為齊全，組成盆地的主體地層，具有重要的水文地質(zhì)意義。盆地深居內(nèi)陸腹地，降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降水量為37mm，多年平均蒸發(fā)量為3653mm，是典型的大陸性干旱氣候區(qū)。查哈爾灘，位于賀蘭山西北平原，屬中溫帶干旱區(qū)，具有典型的內(nèi)陸型氣候，無地表水資源，完全依賴地下水資源。年均降雨量100mm/a,且降雨量主要集中在夏末秋初，占全年平均降雨量的40%45%。年蒸發(fā)量3005.2mm。河套，一般指賀蘭山以東、呂梁山以西、陰山以南、長城以北之地。包括銀川平原（寧夏平原）和鄂爾多斯高原、黃土高原的部分地區(qū)，今分屬寧夏、內(nèi)蒙古、陜西。黃河在這里先沿著賀蘭山向北，再由于陰山阻擋向東，后沿著呂

15、梁山向南，形成“幾”字形，故稱“河套”。河套平原海拔9001200米，地勢由西向東微傾，西北部第四紀(jì)沉積層厚達(dá)千米以上。山前為洪積平原，面積占平原總面積的1/4，余為黃河沖積平原。河套平原年日照時數(shù)30003200小時，西多東少，日照百分率6773%。年總輻射量627千焦耳/平方厘米，年均溫5.67.4C，西高東低，1月均溫一14一11C,7月2224C，10C以上活動積溫30003280C,無霜期130150天，農(nóng)作物一年一熟,大部地區(qū)降水量150400毫米，東多西少，在時間分配上雨熱同季。呼和浩特，內(nèi)蒙古自治區(qū)首府，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，地下水分為淺層水含水層和深層水含水層。淺層水含水層包

16、括淺層潛水及半承壓水等。地下水埋藏深度、水質(zhì)、水量均由北向南呈有規(guī)律的變化，全市淺層地下水年補給量為9.87億立方米。太原市位于山西省境中央，太原盆地的北端，于華北地區(qū)黃河流域中部。太原由于其地形復(fù)雜多樣，海拔高度差異較大，海洋性氣候?qū)硟?nèi)的影響，形成了北溫帶大陸性氣候。冬無嚴(yán)寒、夏無酷署、四季分明、日照充足，晝夜溫差較大，夏秋降雨集中，冬春旱多風(fēng)。年平均溫度為9.5C,一月平均-6.4C,七月平均23C。霜凍期為十月中旬至次年四月中旬，無霜期平均149175天。年均降水量468.4毫米。大同市位于山西省最北端，地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響，四季鮮明。大同市的水資源總量為1.42億平方

17、米，人均水資源量僅為111立方米，為全國人均占有量的9%左右，水資源十分貧乏。運城位于山西省西南部，地處黃河北干流中游以東，華北平原的丘陵區(qū)，地形比較復(fù)雜，相對高差明顯。多年平均降水量（19562005年）為525毫米，降雨年際變化大運城市屬黃河流域，過境河流有黃河、汾河，境內(nèi)流域面積100平方公里以上的河流有25條，汛期為每年6至9月。受地理環(huán)境和氣候條件制約，區(qū)內(nèi)河流具有山地型和夏雨型的雙重特征。在河流形態(tài)、河道特征方面表現(xiàn)為：溝壑密度大，水系發(fā)育；河流坡陡流急，侵蝕切割嚴(yán)重。徑流和泥沙的特點：洪水暴漲暴落，含沙量大，年徑流集中于汛期，枯水期徑流小而不穩(wěn)。華北平原，典型的沖積平原，暖溫帶季

18、風(fēng)氣候，年降水量為500900毫米。東北平原位于大、小興安嶺和長白山地之間，南北長約1000多公里，東西寬約400公里，面積達(dá)35萬平方公里，是中國最大的平原。年降水量350700毫米，由東南向西北遞減。降水量的8590%集中于暖季（510月），雨量的高峰在7、8、9三個月。民勤盆地，位于甘肅省西北部，河西走廊東北部，石羊河流域下游，東、西、北三面被騰格里和巴丹吉林大沙漠包圍。大陸性沙漠氣候特征十分明顯，冬冷夏熱、降水稀少、光照充足、晝夜溫差大，年均降水量110毫米，蒸發(fā)量高達(dá)2644毫米，晝夜溫差25.2C，年均氣溫7.8C。銀川，寧夏回族自治區(qū)首府，地表水水源充足，水質(zhì)良好，富含泥沙，有肥

19、田沃地之功。黃河是銀川的主要河流，流經(jīng)銀川80多公里，南北貫穿。年平均降水量200毫米左右。黑河流域是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸流域，位于河西走廊中部。中游地表水地下水轉(zhuǎn)換頻繁，河流出山后，流入山前沖積扇，一部分被引入灌溉渠系和供水系統(tǒng)，消耗于農(nóng)、林業(yè)的灌溉以及人畜飲用、工業(yè)用水，其余則沿河床下泄，并沿途滲入地下，補給了地下水。被引灌的河水，除作物吸收蒸騰、渠系和田間蒸發(fā)外，相當(dāng)一部分下滲補給了地下水，地下水以遠(yuǎn)比地面平緩的水面坡度向前運動，在細(xì)土平原一帶出露成為泉水，或者再向前回歸河流，或者再被引灌，連同打井抽取的地下水，再進(jìn)行一次地表、地下水轉(zhuǎn)化。在中游非灌溉引水期的12月翌年3月，由于前期灌溉水回歸河道，正義峽斷面的徑流量較鶯落峽斷面大2.53.0億立方米。水資源多次轉(zhuǎn)換并被多次重復(fù)利用的同時，也增加了無效消耗的次數(shù)和數(shù)量。相關(guān)術(shù)語解釋：二項Logistic回歸（binomiallogisticregression:Logistic回歸主要用于因變量為分類變量（如疾病的緩解、不緩解，評比中的好、中、差等）的回歸分析，自變量可以為分類變量，也可以為連續(xù)變量。它可以從多個自變量中選出對因變量有影響的自變量，并可以給出預(yù)測公式用于預(yù)測。因變量為二分類的稱為二項logistic回歸，因變量為多分類的稱為多元logistic回歸。多元逐步回歸分析時，因變