河北平原浅层地下水氮分布特征

如题所述

推荐答案 2020-01-15

河北平原浅层地下水系统属开放系统，在山前平原区由中粗沙夹卵砾石间夹亚砂土、亚粘土组成。在中部平原区以中细砂为主，且表现为多层（薄层）组合特征。在东部及滨海平原区以粉砂、细砂为主，间夹多层粘土、亚粘土。正是由于地质结构组成的不同，沉积物颗粒组合的差异影响地下水富水性和透水性，自山前至滨海，由强变弱，进而影响地下水的化学组成及其变化。

近几十年的地下水水质监测表明，山前平原区地下水

含量逐年增加，20世纪70年代以前其含量接近背景值，介于0.47～10mg/L，80年代上升到4～70mg/L，到90年代超国家饮用水标准的井数不断增加，以石家庄市1991～1997年浅层地下水

动态变化情况为例，

含量年最高值变化幅度达1倍之多（表10-1）。

区域地下水演化过程及其与相邻层圈的相互作用

世界卫生组织制定的生活饮用水标准规定

含量小于45mg/L。而石家庄市浅层地下水有近2/5的井孔

含量超过这一标准。我国饮用水标准规定饮用水

含量小于90mg/L，1994年以来超国家标准的井数也在不断增加。在山前平原区浅层地下水氮污染已成为普遍存在的严重环境问题。

在中东部及滨海平原区，浅层地下水

含量较高，尤其是在沧州地区、

＞0.5mg/L（属第Ⅴ类地下水质的

含量）的分布面积不断增大，最高值已达20mg/L，与山前平原区相比浅层地下水

含量相对偏低，其值大多介于1～4mg/L，个别可达10mg/L以上。河北平原区浅层地下水氮素分布基本特征如图10-1 所示。图10-2、10-3、10-4、10-5 反映了平原各典型区地下水中主要氮形态随时间的变化情况。

区域地下水演化过程及其与相邻层圈的相互作用

山前平原区地下水

的升高主要是由于城市发展产生的污水不经净化就直接排放或用于污灌，农业大量施用化肥加速了

升高的速率。究其根本原因可能还是含水系统的天然防护功能较差，加之超量开采地下水导致水位大幅度下降，进一步恶化了地下水环境条件。随着包气带厚度的增加，氧化条件增强，而还原条件相对变弱，地下水中

上升幅度和强度都出现了明显增大的趋势。在中东部及滨海平原区则不然，地下水位埋深相对较浅，加之沉积物颗粒较细，还原作用相对较强，为发展农业虽然也大量施用化肥，地下水中

上升并不明显，主要表现为水中

含量增高。

氮污染物的来源研究是氮污染研究的重要方面，在农业区往往主要是由于过量使用化肥造成大量氮向地下水转移所致，氮同位素的分析证实了这一点。这方面的主要理论基础应追溯到1929年，在这一年Naude发现了氮的稳定同位素¹⁵N。随着测试技术的突破性发展，氮同位素研究和应用得以不断深入与广泛推广。1971年Kohl等首次使用δ¹⁵N确定天然水中硝酸盐污染源，认为在Iihinos Lake Deeaatur 55%±10%硝酸盐来源自化肥。

河北平原浅层地下水氮含量与该区化肥施用量呈同步增长关系。特别是近几年偏干旱，地下水位不断下降，浅层地下水中

含量增长更快，正定试验场地下水

含量物地球化学作用所决定的，这里不再详述。

在城市及其周边地区，特别是污水灌溉区以及排污渠（例如石津灌渠）的两侧，氮污染物多源于城市污水，δ¹⁵N含量多在-4‰～4‰范围之外，化肥厂周围（例如石家庄东城化肥厂院外）的污水样

含量高达500g/L，污水排放是浅层地下水

重要来源。除此之外，20世纪80年代以来畜禽养殖业的蓬勃兴起，大量畜禽粪便的排放，已成为不可忽视的氮污染源。

结合河北平原区浅层地下水氮化合物的存在形式，以及氮转化的生物地球化学特征的研究分析给出如下两点认识：

（1）在河北平原的山前平原区，包气带及其以下的浅层地下水系统以砂为主，透气性较好，硝化作用进行得比较充分，E_h值多大于300mV，严重制约了反硝化作用进行，所以在山前平原农业区地下水

含量是普遍大于10mg/L，局部达到80mg/L及其以上含量，而在城市周边区（例如石家庄市）

含量大于50mg/L的孔率已接近50%，个别孔

含量已超200mg/L。

（2）中东部及其滨海平原区，包气带粘性土层为主，透气性差，且富含有机质，加之地下水位埋深较浅，包气带含水量较大，供氧途径不畅，野外调查证实地下水E_h值大多小于250mV，不利于硝化作用进行，因此，地下水氮化合物多以