南通市深层地下水中氨氮的影响因素研究.pdf

南通市深层地下水中氨氮的影响因素研究陈秀梅(江苏省南通环境监测中心江苏 南通)摘 要:运用相关性分析、因子分析及多元线性回归模型对南通市 年 个监测井第承压层地下水的监测数据进行分析研究深层地下水中氨氮的主要影响因素 结果表明氨氮的主要来源是地下水沉积物中有机质的矿化及一部分工业开采引入的氮污染地下水的还原性环境是氨氮赋存的主要成因地下水中、及总硬度含量的同时增加也能反映氨氮含量的提高硝态氮()与 在深层地下水中是竞争关系当地下水环境处于还原性时更易于 的富集 降低深层地下水中氨氮的主要方法是减少有机污染物输入及还原性废水的入渗关键词:氨氮多元线性回归影响因素地下水南通市中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修订日期:基金项目:南通市科技基金“基于空间异质性模型的南通市土壤重金属溯源及污染源解析”资助项目()作者简介:陈秀梅()女江苏南通人高级工程师硕士主要从事环境监测工作 ():.:经济的发展大幅提高了我国工业化水平同时也加大了对水资源的需求因而地下水超采引发的地质环境问题日益凸显 此外农业及养殖业等也是地下水污染的主要来源 年中国环境公报数据表明 已经成为我国大多数城市地下水的主要污染物之一 的污染主要来源于两个方面:一是人为来源即由人类活动例如施用化肥和排放污水造成的点状或线状 污染二是天然来源即天然地质过程氮矿化导致的地下水 富集 研究表明天然条件下地下水中的 含量较低在工农业及城镇化的发展进程中地下水中的 含量会显著提高 南通市地下水开采已有近 年的历史主要用途为生活、工业及养殖用水 目前南通地区为保护深层地下水资源实施区域供水控制开第 卷 第 期环境监测管理与技术 年 月采深层地下水 今对南通市深层地下水即第承压层地下水进行研究运用相关性分析、因子分析及多元线性回归对选取的工农业及生活源常见污染物指标进行建模研究深层地下水中 的主要影响因素以期为南通市地下水的污染防控工作提供数据支持 实证数据与评价体系构建 研究区及研究目标概况研究区位于中国东部沿江沿海区域地下水主要为松散岩类孔隙水赋存于第四系和新近系中具有分布广、层次多、水量丰富、水质复杂等基本特征 辖区内利用的地下水来自潜层、第承压层及第承压层含水层其中潜水和第承压水属于浅层地下水第承压水属于深层地下水 第承压含水层组由早更新世长江古河道沉积砂层组成顶板埋深 厚度多在 以上由于富水性良好、水质较优异是南通市集中开采的淡水含水组“十三五”以来为切实保护好深层地下水资源南通市控制开采深层地下水同时加大了对辖区内第承压层地下水的监测工作 样品采集及理化指标测定按照地下水环境监测技术规范()于 年对南通市 个地下水监测井(个深层井、个浅层井)进行每年 次的监测参照地下水质量标准(/)选取工农业及生活源常见污染物指标测定方法具体见表 表 监测指标及测定方法 一般化学指标分析方法氢离子水质 值的测定 电极法()总硬度(以碳酸钙计算)水质 钙和镁总量的测定 滴定法()总铁、总钠、总铝、水质 种元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法()总锰、总铜、总锌、总铅、水质 种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法()水质 可溶性阳离子(、)的测定 离子色谱法()硫酸盐、水质 无机阴离子(、)的测定 离子色谱法()总砷水质 汞、砷、硒、铋和锑的测定 原子荧光法()高锰酸盐指数水质 高锰酸盐指数的测定()氯化物水质 氯化物的测定 硝酸银滴定法()溶解性固体生活饮用水标准检验方法 感官性状和物理指标(/)分析方法运用 对南通市 年 个第承压层监测井的地下水数据进行处理 通过相关性分析及因子分析筛选与 显著性相关的指标并提取浓缩信息采用线性回归模型研究深层地下水中 的影响因素及影响程度同时通过与浅层地下水的相关性分析等数据进行比对进一步分析污染来源以 为统计学差异显著 结果与讨论 筛选指标与提取浓缩信息运用皮尔逊相关性分析研究上述指标与 之间的相关性选用具有显著性相关的指标作后续研究 结果表明与 呈现显著性相关的指标有 个(球形检验 的因子用最大方差旋转法进行旋转结果见表 由表 可知累积方差解释率达到 个公因子的方差解释率分别为 、信息提取量分布较为均匀表明该因子分析结果良好选取因子载荷系数值 的指标来匹配公因子结果见表 由表 可知、具有同源性属于公因子()、具有第 卷 第 期陈秀梅.南通市深层地下水中氨氮的影响因素研究 年 月同源性属于公因子()属于公因子()根据成分得分系数矩阵计算得到 个公因子 线性回归模型以提取的 个公因子作为自变量 含量为因变量建立线性回归模型 结果表明模型公式为:模型通过 检验(赋存的环境特征及来源分析与 浓度呈现正相关回归系数为 意味着每增加 的 将带来 的 浓度的提高 属于 的监测指标是、对深层井及浅层井中的 项指标作相关性分析 结果表明深层井的地下水中 与、之间是显著强正相关相关系数为 表 公因子提取的总方差解释 组件初始特征值旋转载荷平方和总计方差百分比累积/总计方差百分比累积/表 因子分析结果 监测指标旋转后的成分矩阵成分得分系数矩阵 旋转在 次迭代后已收敛、而易受人类活动影响的浅层井中与 不显著相关()与 相关系数为 相关性比深层井要小 说明人类影响越小地下水中 与 及 的相关性越大这是历史上海咸水入侵的一个表征 此外钠氯系数均值为 (海水或降水中钠氯系数一般为 )说明存在含钠岩石矿物分化溶解 故南通地区第承压水化学组分受到岩石风化溶滤作用和古咸水入侵的影响较大的提高会带来 的富集 通常表征氧化还原环境越高说明地下水还原性越强 南通地处长江三角洲平原区地下水赋存于第四系和新近系中淤泥质沉积地层富含含氮有机质当地下水环境还原性越强时含氮有机质越易分解生成 进入含水层从而提高了的含量 另外深层地下水 与、的相关系数在 之间而浅层地下水相关系数在 之间说明人类活动影响越大与这些指标之间相关性越大原因是人类活动的产物富含、等污染物质 故深层地下水的开采过程也可能受到一定的人类活动影响从而带来一部分含氮污染物 因此长江三角洲富含有机质的淤泥层及地下水开采过程中的氮污染是深层井中 赋存的来源之一而地下水的还原环境则是 赋存的有利条件 的共存离子和竞争性指标与 浓度呈现正相关回归系数为 意味着每增加 的 将带来 的 浓度的提高 属于 的指标是、含量与 之间有显著的正相关关系已有的研究表明还原环境下含氮有机质更易矿化释放出大量的 此时地层中的含铁矿物沉积在有机污染及微生物降解作用下还原为低价态 的同时释放吸附态的 长江三角洲地区深层地下水更可能处于封闭半封闭状态的还原环境在微生物和有机质矿化作用下释放出 同时能够促进吸附了 的铁氧化物的还原性溶解并释放出 形成 及 的富集 与 之间有显著的正相关关系原因是 在渗经富含钙镁胶体的土层时可发生阳离子交换反应使 上升 因此、含量的同时提高可以作为还原环境及 第 卷 第 期陈秀梅.南通市深层地下水中氨氮的影响因素研究 年 月含量提高的指示剂含量越高可以推断含氮有机质矿化程度越大从而说明地下水中的 越高与 浓度呈现负相关回归系数为 意味着每增加 的 将带来 的 浓度降低 属于 与 属于氮污染的两种不同形态研究区地下水中三氮含量排序为 含氮有机物在氧化环境下发生硝化反应最终产物是硝酸盐还原环境下发生反硝化作用最终产物是 则是属于硝化反应及反硝化反应的中间产物存在时间有限故地下水中含量非常低 深层地下水处于封闭半封闭状态的还原环境含氮有机质更易于矿化生成 而不是研究表明全世界含水层中 浓度的增加都与人类活动有关 是研究人为污染来源的最佳指标之一一般水体中 浓度值的变化可以反映水体受工业和农业活动的影响程度而 结构稳定不会发生价态和质量的变化也不会因为吸附等作用滞留土壤故 与/比值的关系可判别研究区水体污染来源 当地下水/比值较低而 含量较高时地下水偏向可能受到工业污染当地下水/比值较高时地下水偏向农业面源污染 对研究区域深层井中地下水测定结果表明/比值均在 以下说明鲜少受到农业面源污染含量分布差异较大变异系数为 属于中等离散程度说明受到了一定的人类活动影响较大可能是工业开采所引入的污染 结语通过模型构建对南通市深层地下水中 的影响因素进行深入探讨 结果表明深层地下水的化学组分主要受到岩石风化、分解、溶滤作用和古咸水入侵的影响 的主要来源是沉积环境中含氮有机质的矿化及一部分工业开采引入的氮污染地下水中的还原环境是 稳定赋存的保证 在封闭半封闭状态的还原环境下、及 是 的共存离子这 种物质含量的升高也可以说明地下水中 的富集 与 互为竞争关系当地下水环境为还原性时有机质矿化更易生成 而不是 降低地下水中的 最主要的是降低含氮有机质含量尤其是地下水开采环节中有机物的引入 地下水环境的还原性除了自然因素也可能受到工农业废水及生活污水的影响故地下水使用过程中防止废水的泄漏入渗也是需要关注的方面该研究监测的化学指标有限为得到更为体系、更为精准的研究成果需要更多的参数研究地下水化学类型、主要监测指标的空间分布特征等 污染源数据及地下水水文数据等也应收集并纳入模型作更为深入的分析这也是未来研究的方向参考文献 沈帅.河岸渗滤过程对地下水中氨氮的调控机制.北京:中国地质大学.陆华陆徐荣杨磊等.淮河流域江苏平原区浅层地下水污染分析.环境监测管理与技术():.吕晓立刘景涛韩占涛等.快速城镇化进程中珠江三角洲高铵地下水赋存环境及驱动因素.中国地质():.陈亚楠朱国仙倪江河.南通城区浅层地下水水化学特征与水质评价分析.地下水():.刘景涛.珠江三角洲地区地下水化学演化机制及水质监测网络优化研究.西安:西北大学.李奇翎.成都平原典型农区地下水三氮污染及源解析研究.成都:西南交通大学.李雪菲.某沿海城市地下水水质时空分布特征及成因研究.青岛:青岛理工大学.王莉元.地下水典型污染物时空分异特征及水质评价研究.青岛:青岛理工大学.李琦.江西某工业园周边地区地下水污染特征及污染源解析.北京:中国地质大学(北京).杨程刘德晔常青.南通地区地下水中砷的形态分布特征研究.环境监测管理与技术():.李谨丞曹文庚潘登等.黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响.岩矿测试():.张会杰.典型离子对地下水总硬度变化影响研究.阜新:辽宁工程技术大学.:.黄艳雯杜尧徐宇等.洞庭湖平原西部地区浅层承压水中铵氮的来源与富集机理.地质科技通报():.刘丛强.生物地球化学过程与地表物质循环:西南喀斯特流域侵蚀与生源要素循环.北京:科学出版社:.本栏目编辑 姚朝英 吴珊第 卷 第 期陈秀梅.南通市深层地下水中氨氮的影响因素研究 年 月