饮水安全涉及千家万户,事关人民身体健康与生活幸福,在当前地表水污染十分严重的皖北平原,妥善解决饮水安全问题,意义十分重大。亳州市市辖三县一区,全市生活饮用水超标项目分别为氟化物、硫酸盐、钠、细菌总数。经汇总统计亳州市及县区疾病预防控制中心2012年—2016年上半年水质检验报告中超标项目的实验数据,显示市区地下水近八成氟化物、逾一成硫酸盐及钠含量超过国家限制标准,市辖三县水质氟化物、硫酸盐、钠含量超标情况基本与市区相似。如何能在高超标地区挖掘合格而又经济的地下饮用水源,显得尤为迫切和必要。本文从亳州市城市供水地下水源井水(子母井水)中的目标参数进行对比分析,试图揭示该地区地下深井水和浅井水经常性超标指标之间的相关性,破除超标井水治理方法就是打深井水的惯常思路,为当地以至周边地区饮水质量的改善提供数据参考。
1 对象与方法 1.1 研究对象市疾控中心联合市自来水公司,于2012年8月,依据《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)[1]国标方法,对自来水厂城区25对子母井水进行专项采样检测分析。
1.2 研究方法 1.2.1 仪器PE-AA800原子吸收分光光度计、PE钠空心阴极灯、ICS-2000离子色谱仪、Millipore超纯水机等。
1.2.2 试剂标准品氟化物(GBW(E)080549,中国计量科学研究院)、硫酸盐(GBW(E)080266,中国计量科学研究院)、钠(GSB04-1738-2004,北京有色金属研究总院);优级纯硝酸;超纯水(电导率<1μs/cm,25℃)。
1.2.3 检测指标与方法对该50份样品采样送至安徽省疾控中心理化实验室,按照《生活饮用水标准检测方法》(GB/T 5750-2006)[1]检测分析其中氟化物、硫酸盐、钠三项指标含量。
1.2.4 评价依据水质合格评价参考标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006[2])。
1.2.5 统计方法采用WPS 2013及SPSS 19.0分析软件对其进行统计分析[3]。柱形图比较25对井水之间三项指标变化。运用SPSS 19.0分析软件,对成对双变量之间的关系进行分析,采用线性回归与相关方法,当 P <0.05时,相关系数有统计学意义。检验水准 α =0.05 。
1.2.6 子母井配对方法子母井为相邻位置很近的两口井,深井,称为母井,母井优点为水量大、水质稳定、污染小,缺点矿物质多且不易再生;浅井,称为子井,子井优点是井水易再生补充、缺点为井水易受地表污染。挖掘子母井是为取深浅井水的长处,按一定比例进行混合达到合格饮用水源的目的。子母井的距离在5 m~10 m之间,开掘时考虑若低于5 m,两口井水之间容易相互渗透,若大于10 m,字母井水之间配对混合时增加运行成本。经地质勘探专业定位仪测定,子母井,为相同经度和纬度上的一对深浅井水。
本次研究样品浅井水是指介于15 m~80 m浅层地下水,取水层在15 m左右的水;深井水是指360 m~450 m深层地下水,取水层在200 m以下的水;地标范围为东经:115°47′20.28〃~115°42′47.73〃;北纬:33°58′03.42〃~33°46′52.65〃。
本文中所列水源子母井的经纬度位置跨度为东西经度最大距离12.07 km,南北纬度最大距离21.37 km。
2 结果 2.1 深浅井水成对检测结果比较分析50份水样结果按深井水和浅井水分组对应起来,在25组成对井水数据中,氟化物含量深井水1.59 mg/L~0.88 mg/L,浅井水值1.76 mg/L~0.66 mg/L,氟化物均值含量浅井水略低于深井水;硫酸盐含量深井水值523.5 mg/L~56.0 mg/L,浅井水值 404.9 mg/L~54.1 mg/L,硫酸盐均值含量浅井水明显低于深井水;钠含量深井水值447.1mg/L~ 101.3 mg/L,浅井水值345.6 mg/L~62.9 mg/L,钠均值含量浅井水显著低于深井水。各组中位数结果与均值含量数据趋势基本一致。在合格率上,浅井水氟化物含量略高于深井水,浅井水硫酸盐含量明显高于深井水,浅井钠含量显著高于深井水,浅井硫酸盐合格率最高为88%,深井氟化物合格率最低为24%。目标化合物方差范围为0.18~121.6(mg/L)2,成组间方差之间差别最大为硫酸盐组而差别最小的为氟化物组,说明硫酸盐深浅井水中含量变异程度最大。合格率均按集中式供水国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[2]计。
2.2 深浅井水中三项指标含量变化深浅井水中氟化物、硫酸盐和钠含量变化与井的深浅度无必然联系(氟化物: P =0.638;硫酸盐: P =0.454;钠: P =0.688;表 1)。
mg/L | ||||||
编号 | 氟化物(F-) | 硫酸盐(SO42-) | 钠(Na+) | |||
深井 | 浅井 | 深井 | 浅井 | 深井 | 浅井 | |
1 | 1.24 | 0.85 | 387.1 | 111.7 | 408.0 | 137.9 |
2 | 1.09 | 0.66 | 306.0 | 190.4 | 282.4 | 152.8 |
3 | 1.44 | 1.12 | 498.2 | 54.1 | 447.1 | 65.2 |
4 | 0.92 | 0.91 | 271.2 | 111.5 | 414.6 | 105.5 |
5 | 0.98 | 1.40 | 257.8 | 219.4 | 389.3 | 240.9 |
6 | 1.04 | 1.21 | 248.3 | 135.0 | 389.1 | 140.6 |
7 | 1.59 | 1.48 | 345.3 | 143.1 | 418.9 | 136.2 |
8 | 0.92 | 1.76 | 523.5 | 161.7 | 399.8 | 301.8 |
9 | 1.46 | 1.03 | 307.7 | 404.9 | 437.0 | 345.6 |
10 | 0.98 | 0.92 | 241.0 | 120.7 | 387.3 | 106.4 |
11 | 1.45 | 0.93 | 355.6 | 79.3 | 445.9 | 62.9 |
12 | 0.97 | 1.08 | 273.4 | 355.1 | 383.2 | 251.6 |
13 | 1.13 | 1.19 | 371.6 | 130.5 | 380.9 | 217.2 |
14 | 1.24 | 1.30 | 102.1 | 137.7 | 267.1 | 230.7 |
15 | 1.20 | 1.20 | 158.4 | 160.4 | 277.6 | 233.3 |
16 | 1.22 | 1.58 | 120.3 | 202.8 | 256.4 | 162.2 |
17 | 1.22 | 1.05 | 93.0 | 178.8 | 266.6 | 174.2 |
18 | 1.26 | 1.47 | 212.7 | 199.6 | 316.5 | 138.0 |
19 | 1.21 | 1.10 | 178.2 | 132.8 | 101.3 | 97.0 |
20 | 1.16 | 1.32 | 126.5 | 138.6 | 300.7 | 290.0 |
21 | 0.88 | 0.86 | 188.8 | 231.0 | 148.4 | 161.9 |
22 | 1.16 | 0.90 | 139.8 | 121.1 | 288.8 | 82.8 |
23 | 1.08 | 0.94 | 56.0 | 121.9 | 239.9 | 80.2 |
24 | 1.16 | 1.08 | 134.9 | 185.5 | 290.0 | 145.6 |
25 | 1.11 | 1.27 | 134.2 | 311.0 | 304.6 | 338.9 |
2.3 深浅井水中三项指标含量与经纬度的关系
从表 2看出,随着经度的变化,深浅井水中氟化物含量均没有显著的相关趋势 P =0.944和0.140。随着经度的变化,浅井水中钠和硫酸盐含量均没有显著的相关趋势( P =0.767和0.977),而深井水中钠和硫酸盐含量与经度变化有显著相关性( P =0.001和0.000),其基本趋势为随着经度的增加,深井水中钠和硫酸盐含量分别趋向增大,表明该地区经度高的地下深井水中更富含硫酸钠盐。随着纬度的变化,深浅井水氟化物含量均没有显著的相关趋势( P =0.931和0.688)。同时随着纬度的变化,浅井水中钠和硫酸盐含量均没有显著的相关趋势( P =0.767和0.977),而深井水中钠和硫酸盐含量与纬度变化有显著相关性( P =0.001和0.000),其基本趋势为随着纬度的增加,深井水中钠和硫酸盐含量分别趋向增大,表明该地区纬度高的地下深井水中更富含硫酸钠盐。
(n=25) | ||
目标物质含量 | 经度 | 纬度 |
氟化物(F-) | P(显著性双侧) | P(显著性双侧) |
深井水 | 0.944 | 0.931 |
浅井水 | 0.140 | 0.688 |
硫酸盐(SO42-) | ||
深井水 | 0.000 | 0.000 |
浅井水 | 0.977 | 0.697 |
钠(Na+) | ||
深井水 | 0.001 | 0.000 |
浅井水 | 0.767 | 0.634 |
2.4 利用相关性对三组数据之间进行分析
表 3表明成组深浅井水氟化物含量比较,该配对样本相关系数γ=0.099,认为相关值小;成对Sig(双侧) P =0.638,说明深浅井水氟化物含量不相关,子母井水中深井水和浅井水水质差别无统计学意义(氟化物高低与井深浅没有关系),通过打深井水来改善水氟化物没有统计学依据。成组深浅井水硫酸盐含量比较,该配对样本相关系数γ=-0.157,认为相关值小;Sig(双侧) P =0.454,说明深浅井水硫酸盐含量不相关,子母井水中深井水和浅井水水质差别无统计学意义(硫酸盐高低与井深浅没有关系),通过打深井水来改善水硫酸盐没有统计学依据。成组深浅井水钠含量比较,该配对样本检验相关系数γ=0.084,Sig(双侧) P =0.688,说明深浅井水钠含量不相关,子母井水中深井水和浅井水水质差别无统计学意义(钠含量高低与深浅没有关系),通过打深井水来改善水质钠含量没有统计学依据。深井硫酸盐与深井钠,浅井硫酸盐与浅井钠均为显著相关。显著性(双侧) P =0.00,在0.01水平双侧显著相关,说明该地区井水(无论是浅井水还是深井水)中钠和硫酸根以硫酸钠盐形式存在。
(n=25) | ||||||
深井氟化 物(F-) | 浅井氟化 物(F-) | 深井硫酸 盐(SO42-) | 浅井硫酸 盐(SO42-) | 深井钠 (Na+) | 浅井钠 (Na+) | |
深井 氟化物 | 1 | 0.099 | 0.160 | -0.111 | 0.255 | -0.147 |
0.638 | 0.446 | 0.596 | 0.219 | 0.483 | ||
浅井 氟化物 | 0.099 | 1 | 0.099 | 0.088 | 0.105 | 0.427* |
0.638 | 0.636 | 0.677 | 0.616 | 0.033 | ||
深井 硫酸盐 | 0.160 | 0.099 | 1 | -0.157 | 0.692** | -0.012 |
0.446 | 0.636 | 0.454 | 0.000 | 0.955 | ||
浅井 硫酸盐 | -0.111 | 0.088 | -0.157 | 1 | -0.038 | 0.701** |
0.596 | 0.677 | 0.454 | 0.856 | 0.000 | ||
深井钠 | 0.255 | 0.105 | 0.692** | -0.038 | 1 | 0.084 |
0.219 | 0.616 | 0.000 | 0.856 | 0.688 | ||
浅井钠 | -0.147 | 0.427* | -0.012 | 0.701** | 0.084 | 1 |
0.483 | 0.033 | 0.955 | 0.000 | 0.688 | ||
注:*为在 0.05 水平(双侧)上显著相关;**为在0 .01 水平(双侧)上显著相关 |
3 讨论
亳州市位于安徽省西北部,地处华北平原南端,辖境与黄河决口扇形地相连,属平原地带,地势平坦,平均海拔22 m~42.5 m。“区域地层属华北地层区、淮河地层分区、淮北地层小区。本区可供开采的地下水为松散岩类孔隙水。依据含水层特征,地下水的埋藏条件、水动力特征以及地下水与大气降水、地表水水力联系强弱,将松散岩类空隙含水层分为浅部水层组、深部水层组。浅层地下水流向与地面波向一致,流向自西北向东南,水质矿化度逐渐减低。深层地下水主要接受来自上游的侧向径流补给和局部浅层地下水的越流补给,径流方向与浅层地下水大体一致”[22]“浅层含水层主要由第四系上更新统(Q3)粘土层和粉细砂层组成,厚约30 m~50 m,与大气降水、地表水联系密切,垂向交替强烈,补充充沛,资源丰富。深层含水层主要由上第三系(N2)松散砂层和粘性土层组成,厚度150 m左右,分布稳定,为亳州城区目前主要供水开采层。深部水层在330 m~450 m”[23] 。
“区内浅层含水层组与深层含水层组间发育有较厚和相对稳定的弱透水层组,其厚度达150 m左右,使两者间的水力连系相对较差,这已被两者的水位差所证实”[23]。
氟化物指标具体含量与选点地下矿物质含量有关,与经纬度无统计学相关性;深浅井水氟化物均值含量在统计学上几乎相等,且符合饮用水标准浅井水合格率为64%,深井水合格率60%;方差比较深水井0.178,浅水井0.255,表明氟化物深井水较浅井水数值平稳。硫酸盐指标具体含量与选点地下矿物质含量有关,与经纬度无统计学相关性;浅水井水硫酸盐含量在统计学上明显低于深水井;且符合饮用水浅水井合格率为88%,远大于深水井合格率56%;方差比较,深水井121.6,浅水井80.1,表明硫酸盐浅井水比深井水数值平稳,深水井数值波动大。钠水平与选点地下矿物质含量有关,与经纬度无统计学相关性;浅水井钠含量在统计学上明显低于深水井;且符合饮用水浅水井合格率为64%,远大于深水井合格率8%。方差比较,深水井88.8,浅水井82.1;表明深井水钠与浅井水数值离散程度基本一致,没有明显差别。
“根据地理环境特点,寻找合格水源是改水降氟防治氟中毒的关键,由于地貌复杂多样,不同地域各层地下水含氟量不尽相同,有的深层地下水质好,有的浅层地下水质好,主要取决于当地地质特征和水文情况”[24] 。
通过打深井来改善饮水中氟化物、硫酸盐、钠超标问题的办法无统计学数据支持,改善氟化物、硫酸盐、钠等三种皖北水质超标问题,建议先开掘浅层水,待验证其合格后,再进一步深挖或直接饮用地下水源水。
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