流域地氟病環(huán)境水文地質因素及防病方向的研究

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提要：地方性氟中毒病在淮河流域分布較廣，部分地區(qū)發(fā)病率較高，對居民身心健康和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展造成危害。本文以前人工作成果為依據(jù)，基于中國地質調查局地質大調查項目多年的數(shù)據(jù)積累，從整個淮河流域闡述了區(qū)內地氟病的分布狀況、氟化物在平原區(qū)松散層不同層位（埋深小于20 m，20～50 m，大于50 m）地下水中的賦存特征和分布規(guī)律。并就本地區(qū)水文地質條件及氟化物成因概括了4種氟富集因素，探索性提出了區(qū)域地氟病區(qū)兩種環(huán)境地質成病因素。針對不同地區(qū)的環(huán)境水文地質條件從供水角度提出了防病改水方向。

關鍵詞：淮河流域；地下水；地氟病；防病改水 The relationship between fluorine in geological environment and endemicfluorosis in Huaihe River basin Abstract：Fluorosis occurs rather widely in Huaihe River basin,and in some local areas,the incidence of fluorosisdisease is serous,which is gravely harmful to people’s health and the development of local economy.In the pastdecades,some scientists and research institutes have done some work for the fluorosis,and for many years ChinaGeological Survey has implemented some projects on environmental geological research including the study offluorosis in Huaihe River basin.Based on the previous work,this paper expounds the distribution of endemicfluorosis in Huaihe River basin and the fluoride content in groundwater of different depths,and points out fourfactors responsible for fluoride concentration and two factors causing fluorosis disease.Some water supply measuresfor prevention and cure of fluorosis disease are also discussed in this paper. Key words：Huaihe River basin；groundwater；endemic fluorosis；prevention and cure 1  淮河流域自然概況 1.1地理概況 淮河流域包括淮河水系與沂沭泗河水系，總面積約26.9萬km2。其中，淮河水系面積約18.9萬km2，沂沭泗河水系面積約8萬km2，流域主要覆蓋河南、安徽、江蘇、山東4省。該流域總的地形為由西北向東南傾斜，淮南山丘區(qū)、沂沭泗山丘區(qū)分別向北和向南傾斜。其內有山區(qū)、丘陵、廣闊的平原及湖泊洼地，其面積分別占流域面積的百分比為：山區(qū)13％，丘陵19％，平原52％，湖泊洼地16％。 1.2土壤類型 淮河流域山區(qū)、丘陵區(qū)主要分布為棕壤、褐土（成土母質為各類巖石風化物、洪積沖積物及人工堆墊物）和水稻土?；春又猩嫌纹皆貐^(qū)主要為黃潮土（系由河流沉積物和近代黃泛沉積物發(fā)育而成）、砂疆黑土和棕潮土等[1]，并在其間零星分布著小面積的鹽化潮土和鹽堿土；淮河下游平原水網(wǎng)區(qū)為水稻土，系由第四紀湖相沉積層組成；蘇魯兩省濱海平原新墾地多為濱海鹽土，含鹽量較高。 1.3地下水類型及特征 淮河流域地下水主要分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水3種類型。其中分布最廣的為松散巖類孔隙水，其次為巖溶水和基巖裂隙水，但有供水意義的主要為孔隙水和巖溶水。平原區(qū)松散巖類孔隙水在區(qū)內分布最為廣泛，按其埋藏深度可分為淺層地下水和深層地下水。在流域內平原區(qū)地表下30～55 m，區(qū)域上廣泛分布有1層14～20厚的粘性土層，因此，傳統(tǒng)上大致以地表下50 m為界限，將埋深小于和大于50 m的松散巖類孔隙含水層組分別劃分為淺層含水巖組和深層含水巖組。淮河流域上游地區(qū)地下水基本是由西北流向東南，南部西部則由西向東流。北部崗狀平原區(qū)淺層孔隙地下水水位埋深一般大于6 m；北部低緩平原區(qū)大部分為2～4 m；南部地下水位埋深大部分小于2m。淺層孔隙地下水水位主要受降水和蒸發(fā)及地表水影響，水位變幅一般為1.5～2.5 m。 2淮河流域內地氟病的分布狀況 2.1氟攝入過多的危害 氟化物是人體必需的元素，各種組織均需要氟化物。人體每日攝入量1～1.5 mg，為正常范圍，最多不能超過4 mg。過量攝入則可產(chǎn)生氟中毒。據(jù)有關資料：地方性氟中毒主要侵犯骨骼系統(tǒng)，表現(xiàn)為氟斑牙和氟骨癥。病情輕者牙釉質出現(xiàn)白堊、著色、缺損樣改變，即所謂氟斑牙，重者可侵害骨骼，表現(xiàn)為全身關節(jié)疼痛、活動受限、骨骼變形，甚至發(fā)生癱瘓，即所謂氟骨癥。據(jù)《環(huán)境化學毒物防治手冊》[2]：氟慢性中毒后可出現(xiàn)慢性鼻炎、咽炎、喉炎、氣管炎、牙齦炎、消化道癥狀（食欲不振、惡心、嘔吐和上腹痛）以及神經(jīng)衰弱癥和氟骨癥。 2.2地氟病分布狀況 淮河流域內各省均發(fā)現(xiàn)有地方性氟中毒病分布，其中流域中部地區(qū)發(fā)病率較高，病區(qū)人口約4964.2萬。查出8～15歲人群氟斑牙患者157.44萬，成人氟骨癥患者15萬余人。絕大部分均為飲水型病區(qū)，飲用水氟含量高，是地氟病致病的主要原因。在采用深層地下水作飲用水源的開封地區(qū)，每升水氟含量一般也在3 mg左右。 2.3地氟病致病因素分析 2.3.1地氟病與飲用水中氟含量的關系 [3] 淮河流域廣大農(nóng)村的生活用水大部分均采自淺層地下水，少部分采自深層地下水。飲用水中氟含量高是區(qū)內地氟病的主要致病原因，病情和患病率與飲用水氟含量密切相關。在這些地區(qū)，地氟病病因類型主要為飲水高氟型。調查和統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在發(fā)病率較高和病情較重的地區(qū)，地下水水中氟化物的含量均較高；相反，則發(fā)病率較低，病情也較輕。當飲用水氟化物含量小于1 mg/L時，地氟病的患病率均小于30%；0.7~1.0 mg/L時有個別患病率點大于30%；隨著飲用水中氟化物含量的增高，地氟病的患病率也隨之呈之下上升狀態(tài)。 2.3.2地氟病與農(nóng)作物氟含量的關系 地氟病的另一主要影響因素是病區(qū)糧食和蔬菜等農(nóng)作物中氟化物的含量較高。在淮河流域地氟病發(fā)病率不同的地區(qū)內，除淮北等一些煤礦區(qū)蔬菜中的氟含量明顯偏高外，其余地區(qū)農(nóng)作物中的氟化物含量差別不大，但不同糧食種類氟含量則有所不同。因此，對于不同飲食結構，則會影響氟的攝入總量，從而影響地氟病病情。如在調查中發(fā)現(xiàn)，病區(qū)生活水平較好的居民氟斑牙患病較輕，這可能與其主要食用氟含量較低的小麥面粉有關；而對于主要食用粗糧，尤其是山芋的居民，則可能因攝入較多量的食物氟而加重了地氟病的病情。 2.3.3地氟病與礦區(qū)氟污染的關系 淮河流域煤礦儲量豐富，是國內的主要能源基地之一。但同時，煤礦礦區(qū)也是氟污染的主要分布區(qū)。這些地區(qū)的大米、玉米、山芋及蔬菜等農(nóng)作物中的氟含量也較高，導致當?shù)鼐用穹鷶z入總量增加，使得地氟病的發(fā)病率也隨之增高。尤其在開采規(guī)模大，時間長的礦區(qū)附近，地氟病患病率明顯偏高，病因類型主要為飲水-食物高氟型。 3平原地區(qū)孔隙地下水中氟化物的分布狀況及其來源 3.1地下水中氟化物的分布狀況髶 3.1.1地下水位埋深<20 m的淺層地下水中氟化物的分布 依氟化物含量全區(qū)可分為3個區(qū)，分述如下：髴安徽省地質環(huán)境監(jiān)測總站.安徽省兩淮地區(qū)地氟病地質環(huán)境調查及防治方向研究報告，1992.髵宿州地區(qū)衛(wèi)生防疫站、環(huán)保監(jiān)測站.奎濉河及其沿岸地下水水質調查與評價，1983.髶中國地質調查局南京地質調查中心.淮河流域環(huán)境地質調查報告，2008.注：小麥面粉氟含量均小于0.65mg/kg；.樣品重量均為千克；有些病區(qū)樣品數(shù)量較少，僅供參考。氟化物含量≤1.0 mg/L區(qū)：分布于流域內平原區(qū)西北部、北部、淮北中北部地區(qū)以及江蘇東部等地，面積145 827.32 km2，占平原區(qū)面積約76.77%。氟化物含量為1.0～2.0 mg/L區(qū)：分布于河南東部，山東南部，安徽西北部，江蘇北部及沿海地區(qū)，面積38 840.86 km2，占評價區(qū)20.45%。本區(qū)含量超標，一般超標0.07～0.70倍。氟化物含量＞2.0 mg/L區(qū)：主要分布于豫東、魯南、皖北北部以及蘇北等地，面積5820.29 km2，占平原區(qū)面積約2.78%。區(qū)內地下水中氟化物含量超標倍數(shù)較多，一般超標1.06～2.00倍。河南段最大值出現(xiàn)鄢陵縣張橋縣鄉(xiāng)中，含量4.56 mg/L，超標3.56倍。 3.1.2地下水位埋深<20～50 m的淺層地下水中氟化物的分布 依氟化物含量全區(qū)可分為3個區(qū)，分述如下：氟化物含量≤1.0 mg/L區(qū)：主要分布于豫中、豫東、魯南、皖北西北和北部以及蘇北等地，面積132 523.38 km2，占平原區(qū)面積73.35%。氟化物含量為1.0～2.0 mg/L區(qū)：主要分布于河南開封—太康—沈丘縣、山東梁山—荷澤縣，皖北中北部以及蘇北等地，面積43393.15 km2，占平原區(qū)面積約24.02%。本區(qū)含量超標，一般超標0.04～0.70倍。氟化物含量＞2.0 mg/L區(qū)：主要分布于豫東、魯南、皖北北部以及蘇北北部等地，面積4760.23 km2，占平原區(qū)面積約2.63%。區(qū)內地下水中氟化物含量超標倍數(shù)較多，一般超標1.05～1.70倍。河南境內最大值出現(xiàn)在項城市鄭郭鄉(xiāng)張?zhí)么鍠|，含量5.62 mg/L，超標4.62倍。 3.1.3地下水位埋深>50 m的深層地下水中氟化物的分布 依氟化物含量全區(qū)可分為3個區(qū)，分述如下：龔建師等：淮河流域地氟病環(huán)境水文地質因素及防病方向的研究氟化物含量≤1.0 mg/L區(qū)：主要分布于河南鄭州—通許—鹿邑與鄭州—漯河—固始縣，山東東明、鄆城—濟寧—微山，皖西北以及江蘇豐縣—沛縣、邳州—宿遷—淮陰等地，面積148 442.61 km2，占平原區(qū)面積約85.37%。氟化物含量為1.0～2.0 mg/L區(qū)：主要分布于豫北、豫東，山東鄄城—曹縣，皖北西部、北部以及蘇北北部和東部等地，面積19 485.55 km2，占平原區(qū)面積約11.21%。本區(qū)含量超標，一般超標0.02～0.90倍。氟化物含量＞2.0 mg/L區(qū)：主要分布于豫中、豫南，山東中東部，安徽北部碭山、西部界首、臨泉、阜陽等地，面積5 951.48 km2，占平原區(qū)面積約3.42%。本區(qū)含量超標倍數(shù)較多，一般超標1.10～1.50倍。河南段最大值出現(xiàn)在周口市，含量3.18 mg/L，超標2.18倍。 3.2地下水中氟化物的主要形成原因 氟化物超標范圍分布較為廣泛，埋深小于20m、20～50 m和大于50 m的地下水中均有分布。埋深小于20 m的地下水中含量為1.01～5.45 mg/L；埋深20～50 m的地下水中氟化物含量為1.01～5.62mg/L；埋深大于50m的地下水中氟化物含量為1.02～3.18 mg/L。地下水中的氟化物主要來源是巖石、土層中氟化物。流域內巖石、土層中氟化物含量較地下水中含量高出許多甚至幾個數(shù)量級，因此，在巖石風化過程中，部分氟化物被地下水所溶解，導致氟化物含量增高。如河南省伏牛山一帶，因廣泛分布含氟化物的花崗巖和螢石礦脈，構成典型的富氟地球化學環(huán)境區(qū)，該區(qū)有高氟化物地下水分布。許昌及平頂山一帶山前地區(qū)氟含量一般為1.0～2.0 mg/L髴。對于松散沉積物而言，其氟化物含量與顆粒粗細關系密切，顆粒越細則總氟化物和水溶性氟化物越高，而且水溶性氟化物與總氟化物的比值也越大，因此，細顆粒的沉積物（粘粒和粉粒）為地下水中氟化物來源提供了豐富的物質基礎。宿州、宿遷、蘇北沿海一帶淺層土壤以粉土、粘土為主，該區(qū)淺層地下水大部分氟化物含量為1.0～2.0 mg/L，個別地區(qū)含量大于2.0 mg/L髴。髴中國地質調查局南京地質調查中心.淮河流域環(huán)境地質調查報告，2008.龔建師等：淮河流域地氟病環(huán)境水文地質因素及防病方向的研究637中國地質2010年淺層地下水中堿性越強，氟離子的遷移能力越強，氟化物越不易沉淀，在還原環(huán)境中有利于氟離子的富集。如山東省微山湖西部地區(qū)的沖湖積平原地區(qū)粘性土的淺層地下水中一般偏堿性，且多處于還原環(huán)境中，地下水徑流條件差，所以氟化物含量較高。菏澤地區(qū)很多淺層地下水中氟含量超過2.0mg/L。其成因類型有溶濾型、堿化型和熱水富集型[4]。溶濾型主要指在降水或地下水運移過程中經(jīng)淋濾和溶解巖石或地層中氟化物造成地下水中含量升高。堿化型是指溶濾作用已不甚充分；而陽離子交替吸附作用在含水層中廣泛進行，這對改變地下水的化學組分和提高氟化物的活度具有重要意義；同時，濃縮作用對于氟化物的富集也有明顯的影響。但該類型要具備合適的氣候、地貌、地質、水文地質、水化學環(huán)境、土壤條件。 堿化型高氟化物地下水是在多種因素綜合作用下形成，一是要有提供氟化物的巖層和有利于積累的低洼地形；二是有使氟化物濃縮富集的水位淺埋和干燥的氣候條件；三是有促進氟化物的活化和向水中轉移的堿性環(huán)境。這幾個因素的協(xié)同作用，便構成了高氟化物地下水形成的水文地球化學過程。熱水富集型是指高氟化物溫泉。上述作用在淮河流域并不普遍，只在黃泛區(qū)部分淺井和深層溫泉井中有此類成因因素存在。 4地氟病防治方向 4.1地氟病病區(qū)改水是防治地氟病的主要措施 由于流域內地氟病病因類型主要為飲水高氟型，因此，做好病區(qū)的改水工作是防治地氟病的關鍵。在淮北等地重、中度病區(qū)，通過打井取用深層地下水源或改換低氟地氟水源的防病改水試驗，效果較好。另外還進行了化學除氟試驗，也取得較為理想的效果。 地氟病病區(qū)改水主要應通過以下途徑：⑴改變取水層位，尋找低氟地下水源。通過對地下水氟分布及其地質環(huán)境的研究，發(fā)現(xiàn)在大部分病區(qū)存在不同層位的優(yōu)質低氟水源，以水氟含量1.0mg/L為界限，應通過改良成井和取水工藝，盡量抽取低氟水做供水水源。(2)促進水循環(huán)、降低水氟含量。地下水徑流滯緩是淺層地下水氟富集的主要原因。因此可通過人為因素改變地下水循環(huán)條件，促進氟的遷移排泄，以達到降低水氟含量的目的。(3)采用大口徑淺井集中供水。經(jīng)調查在同一地區(qū)，含水層巖性相同，取水深度相近時，大口徑井的水氟含量低于小口徑井。這是由于大口徑多是居民公用水井，用水量大，使地下水降低，有利降水入滲，減少蒸發(fā)，使水土氟向淋溶遷移失散方向轉變，從而可減小水氟含量。 4.2防治地下水污染、改善飲水環(huán)境[5] 對于煤礦氟污染區(qū)，由于次生環(huán)境的形成，飲水水源可能會受到礦坑水或洗礦水等高氟水的混合污染，形成局部高氟水區(qū)，因此在高氟水區(qū)農(nóng)民及工礦居民應改飲用低氟水。但當?shù)刈援a(chǎn)的大米、玉米、山芋及蔬菜等氟含量均較高，因此根本性措施是綜合治理因采礦引起的氟污染。對高氟礦坑水、洗煤水應限制排放，對電廠燃煤廢氣、粉塵、煤灰應凈化處理，以逐步減少農(nóng)作物中的氟含量。   參考文獻（References）： [1]河南地質環(huán)境監(jiān)測總站.河南省地下水資源與環(huán)境[M].北京：中國大地出版社,2005.Geo-Environmental Mornitoring Central Station of HenanProvince.Groundwater Resource and Environment of HenanProvince[M].Beijing：China Land Press,2005(in Chinese). 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