论文摘要
硝酸盐污染是地下水污染最常见也是危害最严重的污染之一。地下水中过量的硝酸盐对人体健康或作物都产生危害。世界卫生组织规定饮用水中氮含量不超过11mg/l,我国规定饮用水中NO3-（以氮计）含量不能超过20mg/l。地下水硝酸盐污染的防止和治理一直是学者关注的问题。据统计,天然条件下,浅层地下水中硝态氮浓度小于4.4mg/l,因此,地下水中硝酸盐浓度大于4.4mg/l都可以认为受人类活动的影响。硝酸盐污染最主要的来源是化肥和农药的广泛使用、工业废水废气、生活污水及牲畜粪便。据统计,我国南方岩溶地区已查明地下河2836条,总流量达1482 m3/s,相当于一条黄河。这些地下河是南方重要的生产、生活用水。但随着工、农业生产的加剧、城镇化扩张等,地下河遭受到不同程度的污染,南方岩溶地下河有变成“下水道”的实际威胁。因此,以南方岩溶地区典型地下河流域为研究对象,结合先进的水化学自动化监测技术,高精度的探讨地下河流域氮输出量,氮输出季节变化,以及氮流失的影响因素,对有效防治地下河污染,提出科学决策是非常有意义的。本文通过在地下河出口设立水化学自动化监测、建设流量观测堰对地下河的水化学动态进行了多年的长期自动化监测;采用每天一个硝酸盐样品分析,每月一个水化学简分析掌握了地下河硝酸盐和地下水主要离子浓度的动态变化:最后计算出地下河流域氮的流失量,流失速度,以及地下河流域氮输出量与输入量的比值。结合人类活动探讨了影响因素。得出如下结论:地下河系统在雨季、枯季的水化学动态变化特征表明,地下河系统具有不同于表层岩溶泉的特征,由于流域范围一般都比表层岩溶泉流域面积大的多,因此降雨后流量暴起暴落的特点不明显,反映出补给过程的复杂性。通过仪器的高分辨率自动记录了所有降雨后地下河的响应过程。并认识了地下河系统在短时间尺度的变化规律。降雨量、降雨强度、降雨历时、流量增速是影响和反映系统对降雨敏感程度的因素。综合使用这些指标可以区分和判断降雨的补给效果有:落水洞补给、裂隙补给和无效降雨三种类型。总结了这三种补给类型产生的条件。研究结果对认识地下河系统的功能具有重要意义。官村地下河的水属于Ca-HCO3型,Ca2+、HCO3-为主要成分,其次为Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO42-、NO3-,其它离子和微量元素的含量都很小。pH值范围为6.95-7.71。HCO3-的变化范围为3.5-4.9mol/l,表现出冬季高,夏季低的特点。水的CO2浓度在4900-14500ppm之间。对官村地下河八大常规离子的年际变化、暴雨过程离子浓度变化监测显示,钠离子、钙离子、镁离子、重碳酸根离子在雨季浓度降低;钾离子和氯离子浓度的变化没有规律,这些离子浓度的变化受到稀释作用、淋滤作用或岩溶作用和人类活动的控制。与80年代的离子浓度相比,只有硝酸根和硫酸根的浓度有明显的升高。2004年6月至2007年6月三年的观测显示,NO3-在雨季初有一个峰值。这种现象在三年观测都有出现。峰值一般出现在2月—5月。低值则出现在每年的枯季,一般为10月—12月。NO3-的峰值一般出现在降雨的峰值之前,这是因为冬季富集的氮素等在雨季初期被淋溶在地下,进入地下水中,之后主要被暴雨稀释而逐渐下降直至达到稳定。并且3月底至4月初是农田施肥的集中时期。NO3-的峰值浓度三年不尽一致,这主要是受降雨量的影响。暴雨过程一般有两个作用影响NO3-离子浓度的变化,首先是淋滤作用,其次是稀释作用。表现为离子浓度先是急剧上升,当土壤过饱和后,离子浓度逐渐下降,最后恢复到常规值。小雨过程的离子浓度变化则主要受稀释作用的影响,离子浓度变化的特征是稍微下降然后很快恢复或者不受影响。硝酸根的变化范围是2.56-15.40mg/l,平均值是6.60mg/l。与1978年和1980年相比,硝酸根的浓度有了明显的升高,造成硝酸根浓度升高的原因有:（1）施肥种类和数量的变化。八十年代流域内主要使用的是以人畜粪便为主的有机肥,家庭生产多少就用多少。如今普遍的使用化肥。（2）畜禽数量的增加。畜禽养殖是一些农户主要的致富路径,羊的数量已经达到2000头。（3）植被的破坏加重了水土流失。沼气未得到普遍利用,自砍自伐山上的树木是获得能源的主要方法,此外羊群对植被的破坏也是非常明显的。计算了2006年5月至2007年5月一年中官村地下河的氮输入量和氮输出量,得出氮的输入量为66.61t,氮输出量为21.24t。氮不平衡的原因是挥发到大气以及在土壤中残留和以其他形态存在。降雨和人类活动是引起氮流失的主要原因。4至6月份氮输出量占全年的57%,而4至6月地下河径流量占全年的59%。计算得出一年中官村地下河流域自然因素导致的氮流失占76.11%,人类活动造成的外源氮输入流失占23.89%。与世界不同背景的小流域氮输出量的对比可以看出,氮流失量主要取决于流域耕地面积、农作物种类、施肥量及管理方式等因素。岩溶地区的土壤厚度、地表岩溶形态发育程度对氮流失的影响还有待于研究。