厦门岛地下水氯离子含量.pdf

厦门岛地下水中营养盐含量及氯含量指标的确定郭占荣 黄奕普 蔡明刚 刘广山(厦门大学海洋与环境学院 福建 厦门 361005)提要 该文以厦门岛地下水为研究对象,研究了地下水中营养盐含量的空间分布和变化。结果表明2001年DIN(无机氮总-N)含量的变化范围是20112136811gdm3,PO4-P含量的变化范围是912119010gdm3。从1999年至2000年,DIN含量的变化范围是742068gdm3,PO4-P含量的变化范围是7091825gdm3。同时该文将地下水中氯离子作为海水入侵指标,根据氯离子背景值确定出海水入侵氯含量指标值。关键词 地下水 营养盐 氯离子 厦门岛Nutrition Content and Indicator Value of Chlorionfor Groundwater in Xiamen IslandGuo ZhanrongHuang YipuCai MinggangLiu Guangshan(Oceanography and Environment School,Xiamen University)AbstractThe paper takes the groundwater as research object in Xiamen Island.Regional distributions ofthe nutrition content(NH3-N、NO2-N、NO3-N and PO4-P)in the groundwater are studied.The re2sults showed that content of DIN for 2001 year ranges from 20112gdm3to 136811gdm3and content ofPO4-P rangesfrom 912gdm3to 119010gdm3,in Xiamen Island1From 1999 to 2000 year,in Zengc2uoan village,DIN ranges from 74gdm3to 2068gdm3and PO4-P ranges from 709gdm3to 1825gdm31Chlorion was used as an indicator of seawater intrusion and the index value of 200mgdm3forseawater intrusion was recommended1The research results are significant for further studying,drainage ofnutrition groundwater to the sea and for identifying the seawater intrusion1Keywordsgroundwater;nutrition;chlorion;Xiamen Island作者简介:郭占荣,男,1965年生,博士后,从事地下水资源评价及生态环境研究。收稿日期:2003-11-231 引言笔者曾经计算过厦门岛的地下水入海通量,在获得地下水入海通量的时候,就自然会考虑到在地下水排泄于海水的同时,地下水中所含的营养元素(氮、磷等)也被携带进入海水中,那么由地下水进入海水中的营养元素通量到底有多大呢?如果想要搞清楚这个问题,首先要搞清楚地下水中营养元素的分布和变化情况。为此,笔者在厦门岛采集地下水样品并进行了氮、磷含量的分析,以了解氮、磷营养元素含量的空间分布及其随时间的变化。此外,滨海地区很容易发生海水入侵并造成灾害。在判断有无海水入侵之前,首先要确定该地区海水入侵指标。为了研究厦门岛海水入侵情况,笔者收集了近百个地下水钻孔资料来分析地下水中主要离子(Cl-)的背景值,在此基础上确定出厦门岛海水入侵指标值。2 地下水中氮磷营养盐含量及其分布2001年7月15日,笔者在厦门岛上沿着海边采集地下水样品22份,采样点分布见图1。野外取样后水样立即放入低温保温箱中。7月16日,由国家海洋局第三海洋研究所水化学实验室对其NH3-N、NO2-N、NO3-N、PO4-P含量进行测定,结果见表1。测定结果表明,地下水中NO3-N的含量介于17910136010gdm3之间,NO2-N的含量介于01171810gdm3之间,NH3-N的含量介于01014310gdm3之间,DIN(无机氮总-N)的含量介于20112136811gdm3之间,PO4-P的含量介于912119010gdm3之间。DIN含量在742004年第3期 勘 察 科 学 技 术 不同地点最大相差116619gdm3,PO4-P含量在不同地点最大相差118018gdm3。总的来看,地下水中的氮和磷含量的空间分布极不均一。笔者认为这种极不均一性除了与微生物活动有关外,还与人类活动对地下水的污染有密切关系,特别是与生活废水排放、农田施用化肥等污染有直接关系。例如,1号水样点的PO4-P含量之所以异常高,是因为众多居民把洗衣用水(含磷)倒在井的附近,使得洗衣废水渗入地下水中所致。图1 地下水取样点分布表1 厦门岛内地下水中氮、磷营养盐含量分析结果gdm3编号采样地点NO2-NNO3-NNH3-NDINPO4-P1珍珠湾软件园后公路旁23146233217679111190102曾厝土安村西田地里6910701ND77010290103曾厝土安村路边81312401411126214277105曾厝土安村东田地里113179201920112178106环岛公路南公主园0111360810136811154107景州乐园南邻花圃里813963601710311967168黄厝村南邻部队院内014133021513321917169黄厝村王家院内0161190416119511311710水产研究所东邻田地里6121270819128511211711水产研究所东邻田地里91913001514132513201112何厝村之下何路边2115664185721991213塔埔村住户院内(村西)61445181046515141314塔埔村住户院内(村东)11885821986217701515何厝村北田地里616120014310134916301116何厝村北田地里718104861312121712451117洪塘村公路边3513571821068813411018高村公路边住户院内0181030214103312341919五通村田地里411806281983819931620钟宅村住户院内01710207016109113141421钟宅村南邻田地里1816879331593111121122县后村住户院内41296665131035151211 注:ND表示未检出。3 地下水中氮和磷含量的时间变化1999年11月至2000年7月,我们曾对曾厝土安村同一口井地下水中氮和磷含量进行了时间系列观测,结果显示同一地点的地下水中氮和磷的含量在时间(月份和季节尺度)上的变化非常大。DIN含量的变化范围是742068gdm3,变幅达1994gdm3,尤其是NO3-N含量的变化更显84 勘 察 科 学 技 术 2004年第3期著;PO4-P含量的变化范围是7091825gdm3,变幅达1116gdm3(表2)。这种地下水中氮和磷含量随时间的剧烈变化,除了与降水等自然条件的变化有关外,与人类活动的影响也不无关系。表2 地下水中氮、磷营养盐含量的时间变化 gdm3时间NH3-NNO2-NNO3-NDINPO4-P1999-11-251999-12-252000-03-262000-07-042761073332428420081206467620681291741531198709182515644 海水入侵氯含量指标值的确定根据国内外的研究,海水入侵导致地下水水质恶化,最明显的变化是水中Cl-含量的增高,所以通常把Cl-作为指标来判断海水是否入侵及入侵的范围2。不同地区及类型的天然地下水中Cl-含量的背景值差异较大,故判别的标准也不一样。如莱州湾沿岸将Cl-含量200mgdm3作为海水入侵指标值2,而葫芦岛市将Cl-含量250mgdm3作为海水入侵指标值3。一般情况下,如果没有人为污染(生活废水、动物排泄物等)造成Cl-含量的异常,那么一旦发现地下水中Cl-含量明显高于背景值,就可以判断出现了海水入侵。本文也按照国内外的普遍做法,将Cl-作为海水入侵指标,以地下水简分析结果为基础,根据背景值来粗略地确定Cl-的指标值。众所周知,滨海地区地下淡水与海水同在一个水循环系统中,两者之间存在着密切的水力联系。由于普通淡水平均密度为1gcm3,普通海水平均密度为11025gcm3,所以在近海岸带海水必然形成楔形体下伏在淡水水体的下面。根据20世纪80年代福建省地矿部门对厦门岛的调查,海岸带海水影响宽度,即海水楔形体向陆域含水层延伸深度,一般在冲积-海积细砂层为150200m,在火山岩风化坡残积层为3050m左右,在断裂带可达600700m(如莲坂)。笔者根据历年来厦门岛地下水勘察成果,选择近海岸带受海水影响的地段,即海水楔形体分布范围的钻孔资料进行分析,这些地段地下水中氯离子含量和矿化度都比较高,最大者Cl-含量达1448219mgdm3,矿化度达2317gdm3(表3)。表3 厦门岛海水影响地段地下水中Cl-含量分布情况原孔号采样地点Cl-(gdm-3)矿化度(gdm-3)测定日期(年-月-日)zk158国际会展中心1125201341998-07-05zk67国际会展中心9196161741998-07-05zk1象屿码头仓储区6143101971996-06-07zk1厦门职工大学019221031997-09-13zk3开元区政府015311361998-10-19zk2西堤信隆城114331032000-01-12zk7西堤海关14148231701991-03-20zk8梧村汽车站119131711993-07-22zk26厦禾路018411891994-07-01zk6禾祥西路111121111999-10-21zk34禾祥东路017811761998-06-27zk17湖里建筑公司218441781994-02-01zk14湖滨北路315551991993-06-19zk22禾祥西路繁荣广场7162131131996-11-19zk9南湖花园418491141995-07-21zk8演武路山海花园118231521999-03-18zk17厦门体育中心017511571998-01-09zk7国际银行大厦7193131571996-12-24zk1厦门电视中心412661651993-08-29zk7厦门眼科中心418481731995-01-08为了分析厦门岛地下水中Cl-含量的背景值,就必须避开海水的影响。于是,笔者对近百个不受海水影响的勘察钻孔的水质分析资料进行了整理和统计。表4是部分勘探孔的Cl-含量和矿化度分析结果。根据统计,厦门岛未受海水影响的地下水中Cl-含量的平均值大致是12010mgdm3,最小值3219mgdm3,最大值19714mgdm3。Cl-含量小于5010mgdm3占26%,Cl-含 量 介 于501010010mgdm3的占28%,Cl-含量介于1001015010mgdm3的占24%,Cl-含量介于1501020010mgdm3的占22%。总体来看,未受海水影响的地下水中Cl-含量不超过20010mgdm3,故本文将地下水中Cl-含量200mgdm3确定为厦门岛海水入侵的指标值,即如果地下水中Cl-含量大于200mgdm3,就可以初步断定有海水入侵现象发生。942004年第3期 勘 察 科 学 技 术 表4 厦门岛内地下水中Cl-含量背景值及分布原孔号采样地点 Cl-含量(mgL-1)矿化度(gL-1)测定日期(年-月-日)备注zk16薛岭梅阳花园14810001801998-04-12低丘残积台地zk7高崎国际机场南侧生活区19714001851996-08-23冲洪积阶地zk16厦门大学嘉庚楼群14618001571997-10-11zk3厦门市公安局办公楼4215001271994-02-01zk3湖里寨上村厦华电子展销中心9113001481998-09-05zk7湖里南山南侧10613001451993-04-14zk2厦港新村华侨中学3218901221998-04-28剥蚀台地zk1枋湖工业区中部19114301741997-08-09冲洪积阶地zk20普光寺北卧龙山庄3917001331994-12-06低丘斜坡zk1何厝小学16915901781999-07-31坡残积台地zk8西林禹洲花园12716001741997-12-04坡残积台地zk2湖里悦华公寓4416601901997-12-20zk65前埔居住南区6810601271997-04-01坡残积台地zk9县后村武警水电指挥部4215401231993-08-25zk3厦门中医院4412401561999-10-16坡残积台地zk5前埔工业区11714101391999-09-11冲洪积阶地zk8逸夫中学7714301191999-10-07冲沟低洼地带zk10厦门师范学校8417901271999-08-29zk16林后金尚路口10814701281997-11-9残丘缓坡zk11鸿山寺北鸿图大厦7011901481996-06-07坡积地带zk20湖里徐厝嘉湖花园17913701591995-12-28剥蚀台地zk2茂后水库东侧交通局疗养院9512901331992-12-28冲洪积阶地zk15莲花广场北吕厝17011601541993-10-21zk9文灶3819901321995-12-09zk5枋湖村戴尔计算机公司11016001331998-09-28坡积地带zk26黄厝村东新世纪培训中心6018301161998-10-19冲洪积阶地zk8蔡塘村9912601261995-04-18冲洪积阶地zk3曾厝土安村西北变电站4716401321999-04-06冲洪积阶地zk6曾厝土安新村A2块13915001392000-01-24zk4曾厝土安邮电局18616001571992-04-205 结语本文对厦门岛地下水中氮和磷含量的时空分布进行了初步分析,发现地下水中氮、磷含量的时空变化都非常大,所以要准确计算氮、磷营养元素的入海通量,就必须进行区域的、长时间系列的地下水质动态监测和分析,特别要注意人类活动影响的分析。但是,氮、磷入海通量涉及诸多物理、化学、生物和地质过程,也没有成熟的模式可借鉴,因此,氮、磷入海通量的精确计算还有待于进一步研究。本文根据地下水简分析结果,较粗略地确定了厦门岛海水入侵的指标值。为了更好地研究厦门岛海水入侵情况以及陆-海相互作用机制,很有必要在海岸带的一些关键位置布置若干长期地下水动态监测孔,目前这方面的建设还非常薄弱,尚待加强。感谢福建省厦门水文地质工程地质公司提供地下水简分析资料,感谢国家海洋局第三海洋研究所环境监测与海岸带中心暨卫东主任在营养盐测定方面的支持和帮助。参考文献1 薛禹群,谢春红,吴吉春 1 海水入侵研究 1 水文地质工程地质,1992,19(6):29332 姜嘉礼 1 葫芦岛市滨海地区海水入侵研究 1 水文,2002,22(2):273105 勘 察 科 学 技 术 2004年第3期