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農(nóng)村飲用水水源地硝酸鹽污染特性

  在我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū),飲水安全是農(nóng)村居民正常生活的基本保障,關(guān)系著農(nóng)村居民的身體健康和社會(huì)穩(wěn)定。農(nóng)村地區(qū)飲用水源地類型復(fù)雜且規(guī)模較小,按照供水規(guī)模,主要為日供水量小于1000a服務(wù)人口小于1萬(wàn)人(“千噸萬(wàn)人”以下)的小型水源地,且大部分水源地分布在農(nóng)村承包地或宅基地周圍。隨著化肥、農(nóng)藥等大量使用,農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日益突出,嚴(yán)重影響著農(nóng)民群眾的飲水安全。農(nóng)業(yè)面源污染形式以硝酸鹽污染最為突出。自20世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)氮素化肥的人工合成以來(lái),農(nóng)田化肥施用量大幅增加。由于農(nóng)作物種類和施肥技術(shù)不同,大部分氮肥經(jīng)各種途徑進(jìn)入水環(huán)境中,尤其是農(nóng)田氮肥的徑流損失和淋溶損失,使得地下水中硝酸鹽含量過(guò)高。目前對(duì)農(nóng)村飲用水源地的保護(hù)工作較為薄弱,對(duì)硝酸鹽污染特性及影響方式的研究較少。開展農(nóng)村飲用水水源地硝酸鹽污染特性研究,能夠針對(duì)水源地污染現(xiàn)狀采取科學(xué)有效的預(yù)防和保護(hù)措施,而且可以為新建水源地的選址提供技術(shù)指導(dǎo),具有非常重要的意義。

  根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006),地下水源硝酸鹽濃度限值為20mg/L。本文以山東省臨沂市沂水縣作為研究區(qū),對(duì)研究區(qū)內(nèi)279個(gè)“千噸萬(wàn)人”以下地下水型飲用水源地的硝酸鹽污染狀況進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示,有80個(gè)水源地硝酸鹽濃度超標(biāo),超標(biāo)率為28.7%。為研究水源地硝酸鹽污染特性,本文從水源地取水深度、海拔高程、地形坡度等方面開展了系統(tǒng)研究。

  一、硝酸鹽污染與取水深度關(guān)系

  基于農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)地下水的影響方式,通常情況下認(rèn)為農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)淺層地下水的影響大于深層地下水。根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)狀況,淺層地下水主要為風(fēng)化裂隙水和松散層孔隙水。沂水縣大部分區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆陞^(qū),風(fēng)化層厚度一般在10~25m之間,賦存淺層風(fēng)化裂隙水;沂河、沐河兩側(cè)為沖洪積平原區(qū),第四系含水層厚度一般在5~10m,賦存第四系孔隙水。深層地下水主要為碳酸鹽巖溶裂隙水,水位埋深較大,分布不均勻,5研究區(qū)大部分農(nóng)村飲用水水源地取水井深度小于300m,其中20m以下取水井?dāng)?shù)量較多,取水類型主要為沖洪積平原區(qū)第四系孔隙潛水和部分山地丘陵區(qū)出露的山澗泉水。

  為探討研究區(qū)水源地取水深度與硝酸鹽濃度超標(biāo)之間的關(guān)系,根據(jù)各水源地取水井深度分布狀況,對(duì)硝酸鹽超標(biāo)水源地?cái)?shù)量進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表1。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,硝酸鹽超標(biāo)率隨著水源地取水井深度的增加而逐漸減小。

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  為進(jìn)一步研究超標(biāo)水源地取水深度與硝酸鹽濃度之間的關(guān)系,對(duì)二者之間的相關(guān)性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

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  根據(jù)相關(guān)性分析,研究區(qū)水源地硝酸鹽超標(biāo)率和超標(biāo)程度均隨著井深的增加呈現(xiàn)出明顯減小趨勢(shì),說(shuō)明硝酸鹽污染對(duì)淺層地下水和深層地下水均產(chǎn)生了較大影響,且呈現(xiàn)出污染現(xiàn)象逐漸由淺層地下水向深層地下水?dāng)U散的趨勢(shì)。

  二、硝酸鹽污染與海拔高程關(guān)系

  為了研究農(nóng)村飲用水源地硝酸鹽污染與海拔高程之間的關(guān)系,本文獲取了研究區(qū)地形DEM數(shù)據(jù),并將各水源地地理位置定位于沂水縣地形圖上。研究區(qū)東南部沂河、沐河沖洪積平原區(qū)域海拔較低,縣域西部和北部為山地丘陵區(qū),海拔較高。經(jīng)統(tǒng)計(jì),硝酸鹽濃度超標(biāo)的水源地主要集中于海拔高程相對(duì)較低、地勢(shì)平坦的河道兩側(cè)沖洪積平原區(qū)域。

  通過(guò)地理信息系統(tǒng)軟件,從研究區(qū)地形圖上對(duì)各水源地的海拔高程值進(jìn)行了提取,根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,研究區(qū)各水源地海拔高程主要位于114~459m之間。為研究水源地海拔高程與硝酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象之間的聯(lián)系,本文根據(jù)水源地海拔高程分布情況,對(duì)水源地硝酸鹽污染狀況進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析,結(jié)果見(jiàn)表2和圖2。

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  由表2可知,硝酸鹽超標(biāo)率隨著海拔高程的增加呈現(xiàn)出明顯的減小趨勢(shì),即海拔高程越高,水源地硝酸鹽超標(biāo)概率越低。同樣,硝酸鹽濃度超標(biāo)程度隨著海拔高程的增加也呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢(shì),即海拔高程越高的區(qū)域,硝酸鹽超標(biāo)程度相對(duì)越輕。水源地硝酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象與海拔高程之間存在明顯的相關(guān)性。

  三、硝酸鹽污染與地形坡度關(guān)系

  為研究水源地硝酸鹽污染問(wèn)題與地形因素之間的關(guān)系,本文利用研究區(qū)地形DEM數(shù)據(jù),通過(guò)地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行坡度分析,并將水源地地理位置與地形坡度圖進(jìn)行了疊加,從地形坡度圖中可以看出大多數(shù)超標(biāo)水源地位于坡度較小、地勢(shì)相對(duì)平坦的區(qū)域;而硝酸鹽濃度達(dá)標(biāo)的水源地主要位于坡度較高的區(qū)域。

  利用地理信息系統(tǒng)軟件,從地形坡度圖上對(duì)各水源地的坡度值進(jìn)行了數(shù)據(jù)提取。結(jié)果顯示,279個(gè)水源地中,地形坡度最大值為13.32。,最小值為0.05。。為研究水源地地形坡度與硝酸鹽濃度超標(biāo)之間的聯(lián)系,根據(jù)水源地地形坡度分布情況,對(duì)硝酸鹽污染狀況進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析,結(jié)果見(jiàn)表3和圖3。

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  根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,研究區(qū)279個(gè)地下水水源地中,硝酸鹽超標(biāo)率隨著地形坡度的增加呈逐漸降低趨勢(shì),即地形坡度越大的區(qū)域,硝酸鹽超標(biāo)率越低。同樣,水源地硝酸鹽濃度超標(biāo)程度隨著地形坡度的增加也呈現(xiàn)出明顯的減小趨勢(shì),即地形坡度越大的區(qū)域,水源地硝酸鹽超標(biāo)程度相對(duì)越輕。水源地硝酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象與地形坡度之間表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。

  四、污染形成原因分析

  研究表明,農(nóng)業(yè)面源污染主要是由于過(guò)量施用化肥,化肥殘留在土壤或經(jīng)雨水淋濾后通過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水環(huán)境而引起的。根據(jù)分析結(jié)果,從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度,海拔高程越低、地形坡度越小的區(qū)域,水源地硝酸鹽濃度超標(biāo)的概率越大,超標(biāo)程度越重;海拔高程越高、地形坡度越大的區(qū)域,水源地硝酸鹽濃度超標(biāo)的概率越小,超標(biāo)程度越輕。這是由于在海拔較高、地形坡度較大的山地丘陵區(qū),土壤相對(duì)貧瘠,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)落后,化肥等施用量相對(duì)較少,農(nóng)田灌溉體系相對(duì)較落后,降雨是地下水的主要補(bǔ)給 >

  海拔較低、地形坡度較小的沖洪積平原區(qū)域,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)比較發(fā)達(dá),農(nóng)田化肥等施用量較大,且農(nóng)田水利工程相對(duì)發(fā)達(dá)。平原地區(qū)農(nóng)田灌溉和降雨是地下水的主要補(bǔ)給 >

  另外,農(nóng)業(yè)面源污染是由于長(zhǎng)時(shí)間的積累形成的,地下水污染造成的水質(zhì)型缺水,會(huì)進(jìn)一步加劇人們對(duì)地下水的超采,使地下水漏斗面積不斷擴(kuò)大,地下水水位大幅度下降;地下水位的下降又改變了原有的地下水動(dòng)力條件,引起地面污水向地下水的倒灌,淺層污水不斷向深層流動(dòng),地下水污染向更深層發(fā)展,使得地下水污染程度不斷加重。研究表明,長(zhǎng)期以來(lái),農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)淺層地下水和深層地下水均產(chǎn)生了較大影響,且硝酸鹽污染逐漸由淺層地下水向深層地下水?dāng)U散。

  五、結(jié)語(yǔ)

  加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村飲用水安全的保護(hù)已刻不容緩。在農(nóng)村飲用水水源地污染防治方面,單純對(duì)取水口采取隔離措施已不能滿足環(huán)境保護(hù)需求。主管部門應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的防治力度,在區(qū)域范圍內(nèi),廣泛推廣使用測(cè)土配方施肥、施用緩釋肥等方法,優(yōu)化施肥方案,確定化肥合理用量,鼓勵(lì)施用有機(jī)肥,發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)。在農(nóng)田和水源之間建立生態(tài)緩沖帶或保護(hù)帶攔截農(nóng)田流出的養(yǎng)分,防止養(yǎng)分直接流入水源。

  農(nóng)村飲用水源地建設(shè)選址時(shí),建議優(yōu)先選擇開發(fā)利用程度低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)薄弱的山地丘陵區(qū)域,地下水開采類型應(yīng)以深層水為主。并在取水井末端采取有效的水質(zhì)凈化措施,保證居民用水安全。( >

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