渭河流域地下水中氟和碘的形成机理及其对人体健康的影响

发布时间：2017-09-14 18:10

  本文关键词：渭河流域地下水中氟和碘的形成机理及其对人体健康的影响

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【摘要】：渭河是黄河的一级支流，渭河流域是我国西北地区经济比较发达的流域，在全国区域经济格局中具有重要的战略地位。近年来随着经济的迅速发展，城镇人口的不断增长，需水量日益增加，加剧了水资源的供需矛盾。然而，流域内部分地区的地下水由于受到自然和人为活动的影响，存在着一些高氟、低氟、高碘、低碘等劣质水。人们长期饮用这种劣质水，导致多数人患有不同程度的氟中毒和甲状腺肿大等地方病，严重危害了当地群众的身体健康，制约了国民经济的发展。因此，开展渭河流域地下水中氟和碘的形成机理及对人体健康的影响研究，对研究区防病改水工作具有十分重要的现实意义。 本文依托中国地质调查局大调查计划项目“渭河流域典型地方病区生态地球化学环境编图与饮水安全研究”，以渭河流域为研究区，以地下水为研究对象，以水文地球化学为理论指导，揭示地下水中氟、碘元素的来源，分析地下水中氟、碘元素的分布规律及分异机理，研究地下水中氟、碘元素赋存的生态地球化学环境及其与人体健康的关系。主要研究成果如下： （1）根据地下水系统划分原则，将渭河流域划分为以下5个二级地下水系统：陇西黄土高原子系统、陇东黄土高原子系统、陕北黄土高原子系统、关中盆地子系统和秦岭北麓子系统。 （2）研究区水化学类型主要是以HCO3-Ca、HCO3-Na为主，而在研究区的北部和中部还分布有HCO3.SO4-Na、HCO3.SO4.Cl-Na、SO4.Cl.HCO3-Na及Cl.SO4-Na型水。研究区TDS小于1g/L的淡水，分布于渭河流域的大部分地区；1g/L＜TDS＜3g/L的弱咸水，主要分布于环江—马莲河一带及洛河上游，关中盆地渭河以北泾河以东黄土台塬及冲积平原的大部分地区。3g/L＜TDS＜10g/L的咸水，主要分布在环江的上游，关中盆地蒲城的卤泊滩。TDS＞50g/L的强咸水，主要分布在陕西关中蒲城党睦镇一带。 （3）研究区地下水化学成分的形成主要受萤石、石膏及铝硅酸盐的溶解，碳酸盐（方解石、白云石）的沉淀，阳离子交换作用的影响，还有小部分地下水化学成分受蒸发浓缩作用的影响。 （4）通过对地下水中rF-/rCa2+的比值与氟中毒发病率之间的关系，结合研究区地下水中氟的含量，对氟中毒病患病率进行研究。当rF-/rCa2+比值小于0.25时，人们无氟中毒病发生，主要分布于陕北黄土高原与秦岭北麓子系统中；当rF-/rCa2+比值介于0.25～1.25之间时，氟离子浓度大于1.5mg/L时，发病率一般小于5%，主要分布于陇西黄土高原的天水市甘谷、秦安及陇东黄土高原的环江—马莲河，，关中盆地的咸阳礼泉、乾县及渭南的富平、合阳一带；当rF-/rCa2+比值介于1.25～2.0之间时，发病率达50～70%，主要位于大荔的朝邑镇一带；当rF-/rCa2+比值大于2.0时，发病率可以高达70%，主要位于大荔的安仁镇及两宜镇一带。通过上述理论研究发现，氟离子浓度大于1.5mg/L时，才存在氟中毒病的发生，且发病率一般都小于5%，该氟离子浓度的阈值与我国国家饮水标准是不同的，扩大了该标准的阈限，该阈限与世界卫生组织规定的饮水标准一致。 （5）通过对水碘含量与甲状腺肿患病率呈抛物线关系的研究表明，碘对人体健康的影响具有双阈值性，研究区既存在缺碘性地甲病也存在高碘性地甲病。缺碘性地甲病主要发生在地下水的补给区，渭河流域的上游、六盘山分水岭附近及秦岭山前地带，潜在发病率为5%～50%；高碘性地甲病主要发生在地下水的排泄区，关中盆地蒲城、大荔一带，潜在发病率为5%～100%。 （6）研究区高氟地下水具有两种不同的形成机制。一种高氟水主要是以溶滤作用为主，位于甘肃环江—马莲河的上游和关中盆地的礼泉、咸阳一带，其中萤石矿物的溶解对氟离子的贡献量最大，分别为41.5%和62.5%。另一种高氟水则是以蒸发浓缩作用为主，位于地下水的排泄区，关中盆地蒲城、大荔一带的低洼地，蒸发浓缩作用对氟离子的贡献量最大达到57%。 （7）地下水碘缺乏区I-含量主要受溶滤作用和积极的水循环条件控制；地下水碘适宜区I-含量受较积极的水循环条件控制；地下水碘富集区主要受浅层地下水的蒸发浓缩作用、深部富含有机质的生物降解作用以及HCO3-与I-竞争吸附作用的控制。 （8）本文以研究区的水文地球化学作用、水化学组分的形成、迁移、分异特征及水化学分区为基础，以生态位理论及伯特兰德定律为指导，选取5个典型剖面构建集地质、水文地质、水文地球化学、生态环境条件为一体的多重生态地球化学耦合模型。研究表明，水中氟、碘元素缺乏区主要位于地下水的补给或补给径流区，属淋滤、迁移的水文地球化学带，地下水中的氟、碘元素含量较少，易引起缺碘性地方病及龋齿的发生；水中氟、碘元素适宜区主要位于地下水的径流区，属淋滤的水文地球化学带，溶于地下水中的氟、碘元素在人体耐受量之内，不存在由于元素丰缺所引起的地方性疾病的发生；水中氟、碘元素富集区主要位于地下水的排泄区，属淋滤富集带，地下水中的氟、碘元素超标，从而引起氟中毒病及高碘性甲状腺肿病的发生。
【关键词】：渭河流域 地下水 氟 碘 形成机理 多重生态耦合模型 人体健康
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P641.3;R188
【目录】：

• 附件4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 选题依据13-14
• 1.2 国内外研究现状14-25
• 1.2.1 区域地下水水文地球化学研究14-20
• 1.2.2 地下水中氟和碘的水文地球化学研究20-23
• 1.2.3 地下水中氟和碘元素对人体健康影响的研究23-25
• 1.2.4 主要存在问题25
• 1.3 主要研究内容25-26
• 1.4 技术路线26-27
• 1.5 创新点27-28
• 第二章 地下水水化学环境与人体健康28-35
• 2.1 地质环境与人体健康28-30
• 2.1.1 地形地貌环境与人体健康28-29
• 2.1.2 土壤环境与人体健康29
• 2.1.3 水文地质环境与人体健康29-30
• 2.2 地下水水化学环境与人体健康30-34
• 2.2.1 地下水化学组分与人体健康的关系30-31
• 2.2.2 地下水水化学环境区划理论与人体健康的关系31-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 研究区地质环境背景及地下水系统划分35-45
• 3.1 自然地理概况35-38
• 3.1.1 地理位置35
• 3.1.2 气象35-36
• 3.1.3 水文36-37
• 3.1.4 地形与地貌37-38
• 3.2 区域地质条件38-42
• 3.2.1 地层岩性38-40
• 3.2.2 区域地质构造40-42
• 3.3 区域地下水系统划分42-45
• 3.3.1 地下水系统划分原则42-43
• 3.3.2 区域地下水系统特征43-45
• 第四章 研究区地下水水化学特征及形成机制45-74
• 4.1 样品采集及分析测试45-46
• 4.1.1 样品采集45-46
• 4.1.2 分析测试46
• 4.2 研究区地下水水化学特征46-62
• 4.2.1 水化学类型分布特征46-49
• 4.2.2 TDS 分布特征49-50
• 4.2.3 主要水化学组分分布特征50-62
• 4.3 研究区地下水化学成分的形成机制62-73
• 4.3.1 含水层的矿物组成62-63
• 4.3.2 溶解/沉淀作用63-68
• 4.3.3 蒸发浓缩作用68-71
• 4.3.4 阳离子交换吸附作用71-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 地下水中氟和碘的水化学特征及与人体健康的关系74-94
• 5.1 研究区地下水中氟和碘的分布规律74-77
• 5.1.1 地下水中氟的分布规律74-75
• 5.1.2 地下水中碘的分布规律75-77
• 5.2 研究区地下水中氟和碘的水化学特征77-84
• 5.2.1 地下水氟的水化学特征77-81
• 5.2.2 地下水碘的水化学特征81-84
• 5.3 地下水中氟和碘元素与人体健康的关系84-92
• 5.3.1 地下水中氟含量与人体健康的关系84-88
• 5.3.2 地下水中碘含量与人体健康的关系88-92
• 5.4 本章小结92-94
• 第六章 地下水中氟和碘分异的机理研究94-111
• 6.1 地下水中氟元素分异的地球化学模拟及形成机制94-106
• 6.1.1 影响地下水中氟元素分异的水文地球化学作用94-100
• 6.1.2 地下水中氟分异的地球化学模拟及形成机制100-106
• 6.2 地下水中碘元素分异的机理研究106-109
• 6.2.1 碘缺乏区地下水中碘的成因机理107
• 6.2.2 碘适量区地下水中碘的成因机理107-108
• 6.2.3 高碘区地下水中碘的成因机理108-109
• 6.3 本章小结109-111
• 第七章 氟和碘元素多重生态地球化学耦合模型及其健康效应111-130
• 7.1 多重生态地球化学耦合模型构建的理论111-114
• 7.1.1 多重生态地球化学耦合模型构建的基本理论111
• 7.1.2 多重生态地球化学耦合模型构建的指标111-114
• 7.2 渭河流域典型剖面多重生态地球化学模型114-127
• 7.2.1 陇东黄土高原子系统典型剖面多重生态地球化学模型115-117
• 7.2.2 陕北黄土高原子系统典型剖面多重生态地球化学模型117-119
• 7.2.3 关中盆地子系统典型剖面多重生态地球化学模型119-127
• 7.3 渭河流域氟和碘元素的生态地球化学环境及其健康效应127-128
• 7.3.1 水中氟、碘元素缺乏区的生态地球化学环境效应127-128
• 7.3.2 水中氟、碘元素适宜区的生态地球化学环境效应128
• 7.3.3 水中氟、碘元素富集区的生态地球化学环境效应128
• 7.4 本章小结128-130
• 结论与建议130-133
• 结论130-132
• 建议132-133
• 参考文献133-148
• 附图148-151
• 攻读学位期间取得的研究成果151-152
• 致谢152

【参考文献】

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本文编号：851524