李哲辉，白玉娟，高 超，李 巍，王佳武
(1.陕西工程勘察研究院有限公司，陕西 西安 710068；
2.陕西地矿综合地质大队，陕西 渭南 714000)
近年来随着城市的发展，饮用水源的保护，计划将沣东水厂及沣皂水源地开采井迁建到沣河两岸的绿化带内，故在新西宝高速公路以南的沣河东岸(沣河公园和农博园)施工了两组探采结合井，结果发现两组承压水探采结合井水中砷含量大于0.01 mg/L，超过生活饮用水标准，其后对西咸新区的沣西新城和沣东新城承压水进行了系统采样化验，以查明该区承压水中砷含量大于0.01 mg/L的分布范围和高砷水的来源等，为今后水源地的安全运营和当地人饮水安全提供技术依据。
通过对西咸新区的沣西新城和沣东新城320 m以浅地下水进行取样化验分析，结果发现西咸新区的沣西新城和沣东新城南部承压水中砷含量普遍较高，一般在0.01～0.05 mg/L，最高为0.07 mg/L，均超过《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ类标准，不宜作为生活饮用水水源。
通过取样分析化验西咸新区的沣西新城和沣东新城砷含量表现为南高北低、西高东低的趋势，其中以沣西新城宋西村—南米庄村—曹坊村南一线、沣东新城冯三村—南田村—师寨村—车刘村一线以北至渭河沿线砷含量均未超过《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ类指标限制(0.01 mg/L)，以南砷含量大部分超标，超标范围呈条带状分布，其中砷含量超过0.04 mg/L以上地区主要分布于沣西新城南部，超过0.03 mg/L、0.02 mg/L、0.01 mg/L以上地区均由沣西新城南部延伸至沣东新城中部地区，在沣东新城先锋村、八一村砷含量小范围甚至超过0.06～0.07 mg/L。从地质地貌条件分析，地下承压水中砷含量超标范围主要分布在渭河冲洪积平原上(即洪积扇区)；
地下水中砷含量0.01 mg/L界限基本与渭河冲积平原与渭河冲洪积平原接触线附近或重合，说明地下水中砷含量大小与地貌部位关系密切。
针对西咸新区沣西新城和沣东新城地下承压水中砷含量超标问题，对已成的沣河公园和农博园2组探采结合井(2组探采结合井位于渭河冲洪积平原上)进行持续大泵量抽水试验和小泵量分层抽水试验，试验结果如下。
2.1 大泵量抽水试验
对2组探采结合井进行持续大泵量(100 m3/h)抽水取样，取样顺序与频次为抽水前井筒水、开泵抽水半小时、此后每隔24 h取样一次，抽水持续10 d连续取样，检测项目为砷，针对全井段进行抽水时间单因素衰减分析。通过分析化验地下承压水中砷含量均呈波动上升趋势(见图1)。
图1 沣河公园、农博园大泵量抽水砷指标变化表
2.2 小泵量分层抽水取样
通过制作的专用分层抽水设备对2组探采结合井进行靶点定向小泵量(5～10 m3/h)抽水，依据滤水管位置针对已成220 m探采结合井分6个取水层段、320 m探采结合井分5个取水层段进行分层抽水，抽水延续时间每层均为12 h，在抽水开始后半小时、6 h与结束前12 h分别取样，检测项目为砷,进行高砷含水层筛选分析。
220 m探采结合井分层抽水取样，样品分别送至陕西工勘院环境检测有限责任公司和国家城市供水水质监测网西安监测站，经检验分析结果为：北部的沣河公园6个取水层段砷含量均超过标准限值，有由浅到深逐渐升高，除112～124 m砷含量小于0.02 mg/L以外，其余层位砷含量均大于0.02 mg/L；
南部的农博园砷含量大于0.02 mg/L出现在110～116 m、178～184 m、208～214 m，其余层位砷含量在0.013～0.0188 mg/L(见图2)。
图2 沣河公园、农博园220 m井分层抽水试验砷含量变化图
320 m探采结合井分层抽水取样，样品分别送至陕西工勘院环境检测有限责任公司和国家城市供水水质监测网西安监测站，经检验分析结果为：北部的沣河公园5个取水层段砷含量均超过标准限值，230～236 m、278～290 m、296～308 m层位砷含量相对较高，但均未超过0.018 mg/L，242～248 m、260～266 m层位砷含量相对较低，为0.011～0.013 mg/L；
南部的农博园在242～254 m、290～302 m层位砷含量相对较高，为0.028～0.077 mg/L，其余层位砷含量在0.026～0.044 mg/L(见图3)。
图3 沣河公园、农博园320 m井分层抽水试验砷含量变化图
从小泵量分层抽水取样看砷含量大于0.01 mg/L的深度在110 m以深，有由浅到深，砷含量略有增高趋势，含水层岩性为中粗砂、中细砂层。
为了进一步查明砷在垂向上的分布与变化，在沣河公园探采结合井(320 m)旁10 m处钻凿一眼勘探取芯孔，取岩土样作砷的浸出试验，通过浸出试验，该处地层中含砷量较高层段有6段，分别在107.8～122.5 m、136.5～140.2 m、163.7～181.9 m、190.7～210.1 m、231.2～253.8 m、294.9～306.0 m，含砷量一般在0.2～0.35 mg/kg，最高在0.43～0.58 mg/kg。岩土样分析试验结果与小泵量分层抽水试验水质检验结果对应一致。
从小泵量分层抽水取样和勘探孔岩土样浸出试验分析结果看在110 m以深，地层岩性为中、下更新统冲洪积粉质粘土、粉土夹中粗砂、中细砂层，为冲洪积平原(即洪积扇区)沉积层。说明地貌部位的沉积层岩性对砷的高低有控制作用。
4.1 地层中砷的来源分析
从砷的平面分布看，高砷地层和高砷地下水主要分布于冲洪积平原(洪积扇区)，探采结合井开采段地层为第四系中、下更新统冲洪积粉土、粉质粘土夹中细砂、中粗砂，物源主要来源于南部秦岭基岩风化后在洪水冲积下堆积而成。根据侯满堂(2004)[1]等对陕西周至—户县—长安金矿带成因的研究表明，砷的含量在该区的地层及侵入岩体中含量较高，秦岭群中砷的含量达6.37 mg/L，加里东岩浆体中砷的含量达7.83 mg/L。这些地层中含砷矿物有：雄黄(AsS)、雌黄(As2S)、毗霜(As4O6)、五氧化二砷(As2O5)、毒砂(FeAsS)。这些高砷岩石中的砷为西咸新区的沣西新城和沣东新城南部地下水中砷的来源因素之一。另外，陕西周至-户县-长安一线已发现大型金矿床2处，中小型矿床(点)20余处。它们分属金牛坪-库峪贵、多金属成矿带和沙梁子-丰北河贵金属成矿带(侯满堂等，2004)。该矿床伴生的岩石中砷的含量较高，构造岩中砷的含量达到了2.56 mg/L，石英脉中砷的含量达到了1.3 mg/L。
4.2 地下水中砷的来源分析
砷在地下水中以三价或五价存在，如H3AsO3、H2AsO4-、HAs3O42-；
土层中砷有溶解态和吸附态两种形式，砷高价比低价氧化物有更强的水解性，因而在氧化条件下水解并沉淀，使其迁移能力减弱；
而在还原条件下，砷多形成较稳定的化合物在水中迁移，在富含有机质的还原环境中，砷化合物的溶解性增强，被吸附性减弱，致使砷在地下水中富集，因此，在还原环境中的地下水砷含量高于氧化环境中的地下水砷含量。通过分析，西咸新区的沣西新城和沣东新城南部为冲洪积平原(冲洪积扇)，地层中含砷量较高，远离西北郊水源地和皂河水源地，地下水径流较缓，基本处于还原环境中，故地下水中砷含量较高。
4.3 人为因素影响
人为因素主要包括开采含砷矿床、使用含砷的农药、农业灌溉及含砷废水的排放等。一般来说，对于砷中毒区砷的来源并不是单一因素作用的结果，而要根据实际情况具体分析。前些年该区上游造纸厂和化工厂较多，许多纸厂的排污设施都不达标。大部分企业厂矿直接向河排污造成了严重的污染。河道水长期下渗严重影响了地下水的水质。尽管通过几年的治理，大多数不合格的造纸企业已被关闭，但这有害元素进入水中，再加之地层中天窗存在和水井、钻孔施工和报废没有经过严格的止水和封井导致高砷水进入承压水。水中砷的具体来源及每种来源所占的比例还需进一步的分析研究。
4.4 从水动力场分析地下水中砷的迁移与富集
从承压水流场图可看出，承压水流向主要是由西向东，由南向北，向沣皂水源地降落漏斗中心流动，在渭河冲积平原区承压水等水头线密集，水力梯度大，说明水流积极，地下水处于氧化条件砷水解并沉淀，使其迁移能力减弱；
而在冲洪积平原(洪积扇区)承压水等水头线稀疏，水力梯度小，说明水流滞缓，地下水循环交替不积极，地下水主要处于还原环境中，砷化合物的溶解性增强，被吸附性减弱，致使砷在地下水中富集。另外，地下水主要由西向东径流，东西方向地下水中砷含量不高，变化不大；
由南向北径流的高砷地下水在渭河冲积平原区被大量的低砷水淡化所致，所以沣皂水源地开采数十年还没有出现砷超标现象。
西咸新区的沣西新城和沣东新城南部的地下水中砷含量较高，最高达到了0.7 mg/L，已基本上接近了轻度—重度污染的标准。砷在地下水中的迁移、富集及相互作用受到各种物理化学因素的制约，并对环境产生不同程度的毒害(肖唐付等，2001)。地下水中砷含量的高低同样也受到当地的地形地貌、地质构造水文地质条件、水环境化学条件及人为等各方面因素的影响。各种因素错综复杂、相互作用，再加上人类活动对周围环境影响程度越来越大，认为西咸新区的沣西新城和沣东新城南部地区地下水中砷含量相对较高是自然因素和人为因素综合作用的结果。所以，沣东水厂及沣皂水源地迁建开采井应布设于渭河冲积平原(砷含量小于0.01 mg/L)沣河两岸的绿化带内，加强对渭河冲积平原最南部开采井水质监测，随时根据水质变化控制水源地开采量。目前，对于降低砷含量的方法主要包括传统的混凝沉淀法和活性氧化铝吸附过滤法，后者是一种行之有效的方法，已被广泛使用。砷是环境污染的重要毒物之一，为确保人民身体健康，建议有关方面加强对该区特别是对西安南部的长安区、鄠邑区和周至县等地区饮用水中砷含量进行系统的调查、对地下水取样化验和分析，追踪地下水中砷含量的确切来源，查明上述地区地下水中砷含量较高的具体原因，并采取恰当有效的措施，保证地下饮用水中砷的含量符合国家生活饮用水卫生标准，减少对当地居民身体危害。
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