武城縣地下水礦化度變化規(guī)律分析

孫占泉，苑清玲 ，楊敬濤

（1.德州市水利局水科所，山東 德州 253014；2.山東省水利廳，山東 濟(jì)南 250013）

武城縣位于魯西北平原，德州市西南部，京杭大運(yùn)河?xùn)|岸，轄6鎮(zhèn)1鄉(xiāng)1個街道辦事處，267個行政村（社區(qū)），6個居委會。總?cè)丝?7.75萬人，其中農(nóng)業(yè)人口30.13萬人，非農(nóng)業(yè)人口7.62萬人?？偯娣e748 km2，其中耕地4.33萬hm2。武城縣屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)，大陸性氣候。四季分明，降水時間和空間分配不均，夏季降水最多，冬季最少，多年平均降水量554.1 mm，折合水體4.1億m3。6—9月降雨量最大，多年平均面降水量439.3 mm。

武城縣地處海河水系衛(wèi)運(yùn)河流域，縣內(nèi)河流屬過境河與季節(jié)性間歇河。武城縣水資源貧乏，多年平均徑流量2 401億m3，人均占有 75.2 m3，境內(nèi)河水來源于引衛(wèi)和引黃。地下水資源總量多年平均6 287萬m3，地下水位多年平均21.5 m，埋深3.2 m，變幅1.93 m。多年平均最大埋深4.2 m，最小埋深2.27 m，恩縣洼中部小于2 m。全縣表層地下水化學(xué)類型分為總碳酸鹽型、氯化物型、硫酸鹽型3類：以總碳酸巖型為主，面積474.6 km2，占全縣面積63.5%；其次是氯化物型，面積210.9 km2，占全縣面積的28.2%；硫酸鹽型最少，面積62.5 km2，占全縣面積的8.3%。全縣絕大部分地下水屬中性或微堿性水，pH值一般為7～8，且 7～7.5 居多。

土壤分3個土類，5個亞類，5個土屬，67個土種。其中98.7%為潮土類。潛水埋深淺，礦化度2～5 g/L，在排灌不良的地方次生鹽漬化嚴(yán)重。武城縣歷史上鹽堿地較多，建國初期，有堿地4 266 hm2。1958—1964年，由于大蓄大灌和連年大澇，地下水較高，鹽堿地猛增至1.09萬hm2。其中重堿地面積1 600 hm2，主要分布在滕西莊、馬莊西、王小屯東、陳莊東等地片；中度堿地面積2 733 hm2，主要分布在六六河以北二坡地和恩縣洼邊沿地帶；輕度堿地面積6 533 hm2，主要分布在舊城河和六六河之間以及零星洼地邊沿地帶。1965年后，堿地改造取得顯著成效，全縣鹽堿地從建國初期的1.09萬hm2，下降到2 307 hm2，已改良 8 560 hm2，占堿地總面積的78.5%。

以武城縣為研究區(qū)，在野外取樣、室內(nèi)試驗(yàn)測定水樣礦化度和電導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，借助3S技術(shù)，分析研究地下水礦化度變化規(guī)律以及對土壤鹽漬化的影響。

1 取樣分析

通過資料收集和野外考察，掌握研究區(qū)景觀、土壤鹽漬化特征，水文地質(zhì)條件，地形地貌，生態(tài)環(huán)境等情況，并且獲得了如下數(shù)據(jù)資料：1）采樣點(diǎn)地下水埋深和電導(dǎo)率值；2）相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料，包括土壤、水文、氣象、土地利用狀況、社會經(jīng)濟(jì)、人口等；3）各個土壤采樣點(diǎn)特征的詳細(xì)記錄和照片。

1.1 樣點(diǎn)選取

本次采樣的目的是獲取地下水樣礦化度參數(shù)值，同時保存水樣試驗(yàn)室待用。但地下水水樣是由多種類型的變異性表征的，若要使樣本足以代表某一指定水樣的總體，準(zhǔn)確地估計(jì)水樣取樣點(diǎn)數(shù)目和取樣間距十分重要。綜合考慮采樣效果和經(jīng)濟(jì)等因素，最終設(shè)定10個取樣點(diǎn)，涵蓋了研究區(qū)各個區(qū)域，具有較好的代表性。

1.2 樣品采集及數(shù)據(jù)記錄

2011年4月，在研究區(qū)內(nèi)共選取了了10個地下水采樣點(diǎn)，每個樣點(diǎn)均用GPS定位，同時記錄了采樣點(diǎn)的坐標(biāo)位置。取樣點(diǎn)為田間監(jiān)測井，由于監(jiān)測井水位大都埋深較大，取水器無法到達(dá)，因此采用抽水機(jī)取水。機(jī)器開啟后，先放水幾分鐘，將積流在管道中內(nèi)的陳舊水排出，然后用預(yù)先準(zhǔn)備好的潔凈采樣容器接取水樣。要求水樣充滿采樣容器，避免氣泡存在，密封保存。同時，用塑料杯容器盛取一定水樣，使用HI933300便攜式電導(dǎo)率儀現(xiàn)場測定電導(dǎo)率數(shù)值，作為室內(nèi)試驗(yàn)參考。

采樣數(shù)據(jù)見表1。

表1 現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)

1.3 室內(nèi)試驗(yàn)方法

水樣從采集到分析測定這段時間，由于環(huán)境條件的改變、微生物新陳代謝活動和化學(xué)作用的影響，可能引起水樣某些物理參數(shù)及化學(xué)組成的變化。本次主要測定了水樣的溫度、pH、電導(dǎo)率和礦化度，分別采用酸度計(jì)法、電導(dǎo)率儀法以及重量法分別測定，其結(jié)果見表2。

1.4 礦化度與電導(dǎo)率的關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)室所得數(shù)據(jù)（見表2），運(yùn)用EXCEL表格，設(shè)定截距為0，得到線性回歸方程，如圖1。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的相關(guān)系數(shù)R=0.9994，非常接近于1，線性效果較好，具有較高的精密度。所以，可以計(jì)算出它們的相關(guān)關(guān)系，可得：礦化度≈0.674 8電導(dǎo)率。

2 地下水礦化度空間變化分析

2.1 地理信息空間分析

地理信息空間分析是指分析、模擬、預(yù)測和調(diào)控空間過程的一系列理論和技術(shù)，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的標(biāo)志，它以空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，有效地獲取、科學(xué)地描述和認(rèn)知空間數(shù)據(jù)。本次采用ArcGIS軟件對地下水礦化度變化規(guī)律進(jìn)行分析，得研究區(qū)地下水礦化度反距離權(quán)插值圖（IDW），如圖2。

表2 室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由圖2可以看出，所取的10個采樣點(diǎn)地下水礦化度數(shù)值均大于1 g/L，查表可知武城縣不同采樣區(qū)域地下水分別屬于微咸水和咸水，說明武城縣地區(qū)地下水總體含鹽量較大。通過野外考察實(shí)地記錄與地下水礦化度插值圖的分析結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)果相一致，說明地下水礦化度插值圖繪制準(zhǔn)確。

2.2 遙感影像處理方法

為更直觀地說明地下水礦化度變化規(guī)律，運(yùn)用ERDAS軟件對研究區(qū)2010年的土地鹽漬化狀況進(jìn)行遙感影像處理，生成鹽漬地遙感圖，如圖3。

3 礦化度插值圖與鹽漬化土壤分類分布圖對比

從鹽漬化土壤分類分布圖可見，鹽漬地廣泛分布在整個研究區(qū)域內(nèi)。圖中重度鹽漬地有個共同點(diǎn)：外圍都分布有裸地，這主要是因?yàn)辂}漬地土質(zhì)較差，農(nóng)作物難以成活，造成裸地。輕度鹽漬地以連續(xù)帶狀形式遍布于農(nóng)田和林地之中。

對比分析地下水礦化度IDW插值圖和鹽漬化土壤分類分布圖得到：1）插值圖中顯示的礦化度最高地區(qū)為魯權(quán)屯，地下水的高礦化度往往是由于該地區(qū)土壤中的含鹽量較高，土壤中的鹽分浸入到地下水中，這與鹽漬化土壤分類分布圖顯示的魯權(quán)屯地區(qū)為重度鹽漬地相吻合；2）插值圖中顯示的礦化度最高地區(qū)為甲馬營、魯權(quán)屯、騰莊鎮(zhèn)3地，而繪制的鹽漬化土壤分類分布圖中3地的輕度鹽漬化分布密度明顯高于其他地區(qū)；3）鹽漬化土壤分類分布圖中重度鹽漬化分布位置與插值圖中的位置有些出入。鹽漬化土壤分類分布圖中的重度鹽漬化為3個，分別為老城鎮(zhèn)、魯權(quán)屯、武城鎮(zhèn)，插值圖中，礦化度數(shù)值較高地區(qū)僅有魯權(quán)屯一個區(qū)域，老城鎮(zhèn)和武城鎮(zhèn)地區(qū)的礦化度數(shù)值均低于3 g/L，屬于微咸水，地下水中的含鹽量遠(yuǎn)低于魯權(quán)屯。

4 結(jié)論

通過野外考察、在研究區(qū)布設(shè)樣點(diǎn)、采取水樣、帶回試驗(yàn)室后處理，得到地下水礦化度數(shù)據(jù)。借助ArcGIS軟件對礦化度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到IDW插值圖，進(jìn)行地下水礦化度變化規(guī)律分析。通過RS技術(shù)，得到研究區(qū)2010年鹽漬化土壤分類分布圖，與IDW插值圖進(jìn)行對比分析。初步研究結(jié)果如下：

1）采用酸度計(jì)法測水樣pH，電導(dǎo)率儀法測定水樣電導(dǎo)率，重量法測定水樣礦化度。通過EXCEL對比分析水樣電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與礦化度數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)地下水礦化度與電導(dǎo)率之間的關(guān)系，即：礦化度≈0.674 8電導(dǎo)率。

2）利用GIS強(qiáng)大的空間分析能力，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)得到的水樣礦化度數(shù)據(jù)，做出地下水礦化度IDW插值圖，分析插值圖得出：研究區(qū)地下水含鹽量整體較大，在水平方向，地下水礦化度數(shù)值自東向西逐漸增大，東部地區(qū)（包括楊莊、老城鎮(zhèn)、李家戶、武城鎮(zhèn)、郝王莊鎮(zhèn)）的地下水礦化度數(shù)值小于3 g/L，屬于微咸水；西部地區(qū)（包括甲馬營、魯權(quán)屯、滕莊鎮(zhèn)）地下水礦化度數(shù)值均大于3 g/L，屬于咸水。從變化幅度來看，研究區(qū)東部礦化度數(shù)值變化幅度小于西部變化幅度。

3）通過遙感軟件對研究區(qū)進(jìn)行遙感影像處理，繪制出2010年鹽漬化土壤分類分布圖，并對其進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)輕度鹽漬地與重度鹽漬地在圖中所占的面積較大，且在研究區(qū)域內(nèi)均有分布，說明研究區(qū)內(nèi)土壤類型均屬于鹽漬地。圖中的三個區(qū)域（老城鎮(zhèn)、魯權(quán)屯、武城鎮(zhèn)）屬于重度鹽漬地，外圍都分布有褐色的裸地。輕度鹽漬地以連續(xù)帶狀形式遍布于農(nóng)田和林地之中。

4）對比分析地下水礦化度IDW插值圖和鹽漬化土壤分類分布圖，得出：插值圖中礦化度較高的魯權(quán)屯、甲馬營、騰莊鎮(zhèn)，在鹽漬化土壤分類分布圖中3地的鹽漬地斑塊分布密度明顯高于其他地區(qū)。鹽漬化土壤分類分布圖中的重度鹽漬地為3個，分別為老城鎮(zhèn)、魯權(quán)屯、武城鎮(zhèn)，而插值圖中礦化度數(shù)值較高地區(qū)僅有魯權(quán)屯一個區(qū)域。出現(xiàn)這些結(jié)果的原因是由于土壤鹽漬化的形成因素是多方面的，地下水礦化度作為土壤鹽漬化形成的一個因素，對鹽漬化的形成起到的作用是有限的。