浅析九寨沟县大录乡大骨节病区水文地球化学特

　摘要：在简要介绍九寨沟县大录乡大骨节病病区地下水赋存与分布基础上，论述该区域水文地质条件，针对境内的水文地球化学环境进行分析，评价了大骨节病重病区水环境特征，在此基础上提出防治措施。
　　关键词：大录乡；大骨节病；水文地球化学环境
　　　　
　　0、引　言
　　
　　大骨节病，自1849年被报道以来，已研究了150多年，其病因尚未完全清楚。据调查，此病好发于5－15岁年龄人群，属于特征性骺软骨损害、关节损害、并逐步由四肢向脊柱发展的慢性变形性骨关节病。其研究主要集中于环境因素探讨，形成了环境致病学说。一类是环境地球化学学说，以缺硒和碘为代表；另一类是水中有机物中毒学说，以水中有机物和腐植酸中毒为代表；第三类是粮食中真菌毒素中毒学说，以镰刀菌毒素中毒为代表。还有研究者根据大骨节病病理切片结果提出了病毒病因学说，但均不能对该病做出圆满解释。因此，有人则提出综合效应学说，认为本病是多种因素共同作用的结果。有研究表明，人体所摄人的各类元素皆与区域环境有着密切的联系，人体血液中的元素曲线与地壳中的元素丰度曲线相吻合。该种情况反应出这些元素在人体组成中的含量是在漫长的岁月中通过人体新陈代谢，与环境进行物质交换，长期进化、遗传、变异的结果。并与环境物质建立了动态平衡。一旦人类生存的地球化学环境发生变化，或者元素价态发生了改变，就会引起人体内的脏器功能发生变异，从而导致地方病。
　　阿坝州是四川省大骨节病患者最多的地区，九寨沟县是阿坝州的病区县之一，全县5个乡镇有大骨节病分布，其中以大录乡病情尤为严重。长期以来，它严重危害着该区人民身心健康，制约着当地社会经济发展和脱贫致富。因此，对该地区的环境水文地球化学进行分析，查清病因，对防治疾病非常重要。
　　
　　1、研究区水文地质环境概况
　　
　　九寨沟县位于四川阿坝藏族羌族自治州东北部(东经103°27＇－104°26＇，北纬32°53＇－33°43＇)，青藏高原东北缘，岷山山脉的东部、龙门山山脉的西北部，地势西北高、东南低。县境东西长93 km，南北宽89.83 km，总面积5286 km²。大录乡位于九寨沟县西北面，黑河上游西岸，地势西北高，南东渐低，境内以构造侵蚀中山、中高山为主，山峰海拔一般在4000 m以上，且终年积雪，地貌上以高山为主，兼有部分山原和零散平坝。地表海拔多在2300－2500 m之间，谷深流急，谷坡陡峻，森林茂密，相对高差大约在1500 m。岷江南北向构造带穿过境内，该构造带褶皱构造发育，断裂现象极少且不明显。褶皱构造形迹呈北东一南西向展布，并且向北东方向压缩收敛，向南西方向逐渐漫散撒开并有转为南西西向之势；组成地层全属三叠系中上统，以一套中一厚层状变质长石石英砂岩，钙质细粒石英砂岩间夹深灰色、黑色薄一中厚层状粉砂质板岩、钙质板岩、钙质粉砂岩、砂质灰岩为主，受岷江南北向构造带影响，出露泉水的水化学特征和地下水深循环带之间存在密切联系，因此也是水化学环境异常的重要考察区域。
　　流经大录乡境内的主要河流为黑河，水资源丰富，河流年径流量较大，一般1月－3月为枯水期，7月－9月为洪水期，洪、枯水量变化十分明显，达4－9倍左右。地表径流的来源为大气降水以及高山冰雪融水和地下水的补给。丰水期补给主要为大气降水和冰雪融水，7月一9月三个月的径流量可达年径流量的50％－70％以上。枯水期主要为地下水补给，高山湖泊也是部分地表径流形成的水源条件。大录乡年平均温度为12.7℃，1月平均气温1.7℃，7月均气温22.3℃，气温随海拔升高而下降，平均降幅为0.55℃/100 m，极低气温为－9.4℃，极高气温35.8℃。属大陆性高原气候，四季不分明，冬季严寒漫长，无霜期短，昼夜温差大，年均降雨量约600 mm。地区性差异及垂直分带性明显，主要为高原向平原、盆地的过渡地带，从总体上看，病区分布符合大骨节病高海拔低纬度的特点。
　　黑河流域属白水江较大支流，河谷宽度一般100－300 m间，切割深度相对较大，相对高差500－800 m，谷坡较陡，属于中一高山区。发源于大录乡括西登来杂山，由西流向北在大录乡附近转弯向东、向南在双河乡附近汇人白水江，多年平均流量31 m³/s，沟床平均比降13％。河谷普遍为深切河曲型，河谷的分布明显受断裂系的影响，水系为似平行状和羽状。该流域单元地下水补径排的特点是：①ne侧因受永久冻土层的影响，潜水的补给带比较集中；②受岷江断裂带的影响，深部裂隙水较发育；③无论是地下水的水量还是水质方面，黑河水系对地下水水化学组成的影响较大。在风化裂隙水发育的背景下，构造裂隙水十分发育，地下水的深循环作用强烈，多处可以见到上升泉；④由于深循环作用，沿岷江断裂带地下水的水化学性质非常复杂。矿化度高，含有fe、mn等元素多，有时还含有h₂s、cq₂等气体。
　　
　　2、含水层组特征及地下水类型
　　
　　2.1　区域含水层组特征
　　大录乡属岷山山脉北段，构造上受南北及东西方向构造控制，不同方向构造复合，故构造形迹较为复杂，岩组类型众多，因此地下水类型较为齐全，按传统水文地质学把地下水分为孔隙型、裂隙型、溶隙型含水层组。
　　①孔隙型含水层组主要是第四系各种堆积物组成，水量较为丰富。由于松散岩类一般沿河谷、溪沟底部及山脚附近分布，受地表水影响显着。主要分布于黑河两岸平坝，该类地下水动态变化大，与黑河互为补排关系，水质易受污染。
　　②裂隙型含水层组的贮水空间有层状、风化、构造裂隙三类，为该区域主要含水层，赋存地层为三叠系中三迭统杂谷脑组(t₂z)、上统侏倭组(t₃zh)、上统新都桥组(t₃xn)和上统罗空松多组(t₃1)的石英砂板岩中，一般具承压性。受构造影响基岩裂隙较发育，地下水类型以基岩裂隙水为主，各沟沟水多由基岩裂隙泉水出露汇集而成。
　　③岩溶水含水层组，该含水层组分布相对较为广泛，富水性差异较大，大录乡境内出露较多的三叠系上统侏倭组(t₃zh)以赋存不均一的岩溶水为主，其南部与漳扎镇交界的二迭系三道桥组(ps)灰岩及三叠系中统杂谷脑组(t₂z)结晶灰岩以赋存均一的岩溶化构造裂隙水为主，富水性中等一强。

　2.2　研究区地下水类型
　　大录乡居民多居住于构造侵蚀中山地貌类型区，属三叠系中上统地层，以板岩、砂岩为主，局部夹石英灰岩.根据大录乡大骨节病区的地形地貌、地层岩性等地质环境条件，认为该病区最主要的地下水类型为板岩、砂岩风化带裂隙水。该区切割相对较深，地下水补给区多为各个支沟沟源至沟口的斜 坡地带，由于斜坡坡度较陡，区内斜坡地带多表现为导水而不富水，地下水多在沟谷地带富集。受基岩裂隙发育程度控制，裂隙发育、汇水条件好，相应的地下水较为丰富。据调查，砂岩区裂隙较板岩区发育，且张开度好，因此砂岩分布区，地下水较丰富。
　　
　　3、大骨节病的分布及水文地球化学特征分析
　　
　　为了研究大录乡大骨节病病因，首先查明了病区患病分布情况，包括该病分布的区域地貌，岩性，患病人员年龄结构，饮用水来源，生活习惯等。并通过野外踏勘对居民饮用水来源的水点单元取样，在室内做全分析。对全分析结果进行q聚类，分析聚类结果。
　　3.1　大骨节病分布
　　大骨节病在九寨沟的分布如图1所示。
　　从地貌上来看，该区大骨节病主要分布在构造侵蚀中山地貌区，患病居民安置点以河流谷地、斜坡台地、山间盆地为主，少部分牧民居住在山顶；从地层岩性上来看，病区主要分布于三叠系中上统地层分布区，岩性以板岩、砂岩为主，局部夹灰岩、结晶灰岩；仅在南部马家乡的大骨节病区为非三叠系中上统地层，但岩性仍以中厚板岩、中一厚层砂岩为主。节理裂隙、风化裂隙随处可见，揉皱现象明显。而从目前掌握的各村患病率情况来看，存在从黑河上游至下游，患病率有逐渐变小的趋势，如位于黑河上游的东北村、大录村及沙勿村患病率较高(如图2)，因此，大骨节病分布总体上似乎与海拔高低密切相关。从调查掌握资料情况来看，大骨节病区村寨主要饮用水源为地表溪沟水和浅层循环的泉水(如图3、图4)，牧民直接饮用者占多，起居饮水习惯多为马茶水。且患者多以中年、中老年人为主。
　　3.2　水化学分析
　　野外病区踏勘共取水样51件，东北村8件，大录村6件，沙勿村5件，芝麻村7件，八屯村11件，香扎村14件。其中溪沟水32件，起居引用茶水4件，黑河河水从上游至下游5件，基岩裂隙泉水6件，浅层地下水4件。野外非病区(漳扎镇)踏勘共取水样4件。对这些样品做全分析，并提取部分典型的水点列表如表1－表4所示。
　　通过病区主要离子含量(表1)和非病区主要离子含量(表2)饮用水中的对比分析可以看到，病区饮水多属于低矿化水(硬度、矿化度均偏低，)且病区饮用水中主要离子含量与非病区水中的主要离子含量相比偏低，其中，尤其是病区标型元素，化合物以so^2-₄显著偏低。而且，饮用水中阴离子绝对值比较为hco^-₃＞so^2-₄＞cl^-。在病区饮用水中，主要离子含量ca²⁺、mg²⁺均偏低，而对比表3和表4，微量元素中mn、as、se均偏低，但f、fe、cu稍偏高。调查发现，病区环境多富含腐殖质，溪沟水地表径流速度快，矿化度低，且多受有机污染(见图3)，腐殖酸(－oh)含量最高可达0.33－0.66mg/l；非病区饮用水中腐殖酸(－oh)含量小于0.16 mg/l，则无人发病，说明因水中腐殖酸(－oh)含量与大骨节病有明显正相关。生活远在大录乡的居民，饮水习惯为马茶与水烧沸饮用，如表1中浦万珠家、切珠家、旦真扎海家起居饮用水中f含量、腐殖酸含量严重超标，而mn、as、se含量显著偏低，低硒带相对潮湿，年降水400－1000 mm，蒸发量小于降水量气候区，植被茂盛，年平均温度较低，植物残体不能彻底分解，产生大量有机酸，使地表水，潜水多为低矿化的酸性一弱酸性软水，ph＝4.5－6.8，土壤透气性不良，多属还原环境。酸性环境有利于岩石风化，使硒从岩石风化壳和土壤中被淋失。因此水中f含量、腐殖酸含量过高，缺se可导致大骨节病发生。
　　从大录乡不同地点的水样中抽取了部分典型水点(sy1-sy38)的水化学分析结果进行聚类分组分析。采用的是样品聚类分析q型聚类，聚类结果见图5。

随机分类按照样品中元素的化学含量聚类分组，总的可以将样品分成4大类：其中a型水样占多数且多以地表溪沟水、河水为主，水样中k⁺、na⁺、ca²⁺、mg²⁺离子偏低，矿化度低，为重碳酸钙型和重碳酸钙镁型，以软水为主。b型多为第四系孔隙水、腐殖层水、浅层地下水，多为无色无味，水样中k⁺、na⁺、mg²⁺离子含量偏高，矿化度高，为重碳酸镁钙型，该类型水为户外牧民的主要饮用水源。c类水样为风化裂隙水、基岩裂隙水，弱碱性，低矿化度软水，水无色无味，以重碳酸钙型为主，含ci^－，s0^2-₄，no^-₃离子均偏高。c类最具代表性水样为几瓦几股泉，该水点出露于大录乡香扎村陶高寨se侧一斜坡中上部陡坎下，泉水无色无味，流量约9ml/s，周围揉皱现象多，风化裂隙宽度最大可达5 cm，受大气降水及融雪的补给，裂隙则很有利于地下水的储积及运移，判断其为深层承压性裂隙水，水样经检测不含腐殖酸，矿化度和总硬度与非病区的水样检测结果相吻合。经入户调查发现，该村患病率相对较低。d类水样则为当地居民起居饮用的茶水，茶水由居民将溪沟水引流或水桶挑泉水，加入马茶骨料，煮沸后滤渣饮用，水样分析结果显示(如表1)：该水样呈弱酸性，水样中k⁺、na⁺、ca²⁺、mg²⁺、ci^-离子显著偏高，而且耗氧量、腐殖酸含量严重超标，由于水中腐殖酸(一oh)含量与大骨节病有明显正相关，长期饮用这种马茶，必然诱发大骨节病。另外，水中f^-。cl^-，so^2-₄，no^-₃，no^-₂，hco^-₃，po^3-₄，fe²⁺，nh⁺₄在a、b、c三种聚类类型中有依次递增，含量越来越多的趋势，特别是hco^-₃，po^3-₄，fe²⁺，h₂sio₃等在还原环境中大量存在的离子，当出露于地表之后含量明显变少。说明在地表受到氧化作用之后，水中离子已经转变，而且受到大气降水等的淋滤、稀释、搬运作用，使得局部地表水和浅层地下水中的ca²⁺，mg²⁺等化学元素缺乏，在研究区

内，a、c型水多为软水。长期饮用该类型水，很可能导致钙缺乏，引发一系列的骨科病。
　　
　　4、结　语
　　
　　综合上述分析结果得出大骨节病在发病区的地质环境及水化学特征如下。
　　①九寨沟地区的气候湿润，植被茂盛，有机质来源丰富。区内多为高山和高山峡谷区，少部分为丘陵区，水系较为发育，河流谷地、山间盆地、丘间洼地和沼泽及沼泽化湿地广泛分布。山地径流快洼地径流迟缓，局部处于相对停滞状态，在草甸、沼泽地区属于有机质的酸性堆积的还原环境，大部分植物残体都处于半分解状态的腐殖化过程，形成各种腐殖酸，以及对人体健康的有害物质。病区饮用水中腐殖酸(－oh)含量最高可达0.33－0.66 mg/l；非病区饮用水中腐殖酸(－oh)含量小于0.16 mg/l，则无人发病，说明因水中腐殖酸(－oh)含量与大骨节病有明显正相关。
　　②当地居民饮用水来源不好。大部分居民以引流溪沟水或泉水作为饮用水来源，a类溪沟水水中有机质含量高，偏弱碱性，水的硬度，矿化度及钙、镁、硫酸根含量均相对较低，且mn、as、se含量显著偏低。而氟、铁、铜含量较高，长时间饮用软水容易使得人体生长必需的钙质缺乏，导致骨骼不能正常发育；而硒是人体必需微量元素，对人畜的软骨、肌肉及酶代谢有重要的医学生物学意义，它的缺乏导致脂质过氧化反应增强，加速细胞老化，引起软骨细胞核和内质网退变，产生大骨节病类似病理改变。
　　③当地居民饮水有待改变。据人户调查发现，绝大部分的居民在饮用水中加入马茶并煮沸成茶，泡糌粑食用。该类茶水水样分析结果显示，水中腐殖酸含量超高(平均约117.5mg/l)，呈弱酸性，水中k⁺、na⁺、ci^-显著偏高，水的硬度、矿化度均相对较低，fe、f偏高，mn、as、se含量显著偏低。水中有机物中毒学说认为，大骨节病区饮水中黄腐酸含量高于非病区，其中部分组分含有可产生自由基的结构单元。病区饮水的内源性自由基信号显著高于非病区，显示了大骨节病病因与病区生态环境中含自由基物质之间存在着内在联系。因此，更多居民长期饮用该茶水可能会使大骨节病扩散。
　　④病区在分布上存在明显的地域性特征，病区恰好位于寒冷干旱的大陆性气候与温暖潮湿的海洋性气候的交界部位，一般以山区、半山区、丘陵地多见。在山谷、河谷、甸子等低洼潮湿地区发病尤重。而且从九寨沟县境内的大骨节病发病点来看，确实有高海拔地区发病率高，低海拔地区发病率低，沿河谷分布的上游居住地发病率明显高于下游，但是在沼泽地区和局部洼地，发病率明显高于其它地区的特征。
　　研究结果表明，大骨节病区的环境地质条件和发病几率之间存在紧密联系，属于受多种环境因素影响并发的病症，建议当地政府应在病区内适当的改变居民饮水来源和提高饮用水水中微量元素的含量，特别是钙离子含量，同时对腐殖酸进行严格的处理，适量补充硒元素，并改变生活习惯，异地搬迁等措施，以期有效控制大骨节病的蔓延。