甘肅省蘇干湖盆地地下水質(zhì)量評價

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(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院/甘肅省地下水工程及地?zé)豳Y源重點實驗室，甘肅 蘭州 730050)

甘肅省蘇干湖盆地地下水質(zhì)量評價

劉明霞，呂紅艷，劉凱歡，陳海龍，候燕軍

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院/甘肅省地下水工程及地?zé)豳Y源重點實驗室，甘肅 蘭州 730050)

蘇干湖盆地；地下水；水化學(xué)特征；地下水質(zhì)量區(qū)劃

地下水是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，是聯(lián)系巖石圈、生物圈與大氣圈的紐帶，蘊(yùn)含著地質(zhì)環(huán)境演變的豐富信息，地下水的化學(xué)成分是地下水與環(huán)境—自然地理、地質(zhì)背景及人類活動—長期相互作用的產(chǎn)物[1]。目前對蘇干湖盆地的研究多集中在對其水資源現(xiàn)狀[2]和大、小蘇干湖的湖水補(bǔ)給來源[3]的研究。本文對蘇干湖盆地地下水的鐵、錳、碘、氟、pH、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、溶解性總固體和總硬度等含量進(jìn)行了分析，并依據(jù)飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對蘇干湖盆地地下水進(jìn)行質(zhì)量區(qū)劃，為開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐叵滤峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

蘇干湖盆地位于甘肅省阿克塞縣境內(nèi)，東起大、小哈爾騰河出山口，西至大蘇干湖，北至阿爾金山和黨河南山南麓，南以賽什騰山和土爾根大坂山北麓為界。包括建設(shè)鄉(xiāng)和團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)兩個行政鄉(xiāng)，調(diào)查區(qū)盆地總面積為7 558 km2。除零星的牧區(qū)外，盆地基本上全是荒漠、戈壁，氣候寒冷，海拔2 800～3 900 m，屬高海拔嚴(yán)寒地區(qū)，年平均氣溫0℃～3℃，在此特殊的自然條件下，盆地基本上保持了原始生態(tài)。

蘇干湖盆地地下水的主要補(bǔ)給來源是河流入滲，大氣降水，融雪、冰川融水以地表洪流和地下徑流的形式補(bǔ)給盆地地下水。地下水自東向西徑流，地下水徑流水力坡度大約為5.6‰，在盆地中部附近受基地隱伏斷裂構(gòu)造影響，在當(dāng)中泉南河、當(dāng)中泉、努呼圖泉一線呈泉水形式溢出。到蘇干湖泉水溢出徑流至大小蘇干湖濕地，地下水徑流受阻第二次轉(zhuǎn)化為地表水，匯入尾閭湖—大、小蘇干湖。最終消耗于泉水溢出帶的蒸發(fā)蒸騰和湖面蒸發(fā)，完成一個完整的水文循環(huán)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的所有數(shù)據(jù)采集按照《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范(DZ0130-2006)和《地下水污染調(diào)查評價規(guī)范》(DD2008-01)執(zhí)行。

1.3 研究方法

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)，其中I類和II類地下水組分含量低或較低，適用于各種用途，III類以生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水，I類-III類水均可直接飲用，為適宜類；IV類以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水質(zhì)量要求以及一定水平的人體健康分險為依據(jù)，適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水，適當(dāng)處理后可作為生活飲用水，為較適宜類；V類水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，不宜作生活飲用水，為不適宜類。繪制各組分含量分布圖，反映蘇干湖盆地地下水中天然的或已受到污染的各組分空間的分布情況。分布圖按照表1將各組分含量劃分為三個區(qū)間(I類-III類、IV類和V類)。依據(jù)地下水供水適宜性劃分表，通過疊加計算，進(jìn)行蘇干湖盆地地下水質(zhì)量區(qū)劃。

表1 地下水適宜性劃分表 mg/L

說明：備注中碘*≥0.01按照《碘缺乏病病區(qū)劃分》(GB16005-2009)中碘缺乏病水碘中位值，其余值為《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)中小型集中式供水和分散式供水水質(zhì)指標(biāo)限值。

表2 蘇干湖盆地地下水水化學(xué)特征表

注：pH為無因次量，其余組分單位為mg/L

2 結(jié)果與原因分析

2.1 結(jié)果

依據(jù)國家飲用水分類標(biāo)準(zhǔn)，地下水中碘、氟、溶解性總固體、總硬度、PH、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳等的均值、極大值、極小值和質(zhì)量分類分別見表2。

1)鐵、錳、碘、氟元素、pH值。蘇干湖盆地地下水的鐵、錳、碘離子均沒有超標(biāo)，且都屬于Ⅰ類水；盆地地下水的pH值平均為8.14，極小值為7.49，極大值為8.91，全區(qū)為弱堿性水。全區(qū)只有1個樣品點F屬于較適宜區(qū)的范圍，值為1.03 mg/L，其余都屬于適宜區(qū)。

2)三氮(硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮)。如表2和圖1所示，硝酸鹽含量都在適宜區(qū)的范圍內(nèi)，位于花海子和努呼圖附近的地下水為Ⅱ類和Ⅲ類水，其余區(qū)域都為Ⅰ類水；地下水亞硝酸鹽均值為0.014 mg/L，極大值為0.169 mg/L，極小值為0.001 mg/L，所有值都在適宜區(qū)的范圍內(nèi)，位于花海子和建設(shè)鄉(xiāng)附近的地下水劃分為Ⅱ類和Ⅲ類水，其余區(qū)域都為Ⅰ類水；盆地地下水氨氮均值為0.036 mg/L，極大值為0.28 mg/L，極小值為0.016 mg/L，所有值都在適宜區(qū)的范圍內(nèi)，位于花海子、建設(shè)鄉(xiāng)和努呼圖附近的的地下水劃分為Ⅱ類和Ⅲ類水，其余區(qū)域都為Ⅰ類水。這一結(jié)果表明：蘇干湖盆地地下水“三氮”均無超標(biāo)，但有些區(qū)域“三氮”為Ⅲ類水，“三氮”的分布相近，Ⅲ類水的分布有分散性的特點，即“三氮”為點狀污染造成的，污染不具有區(qū)域性和連續(xù)性。

圖1 蘇干湖盆地地下水三氮含量分布圖

3)溶解性總固體、總硬度。 如表2和圖2所示：蘇干湖盆地地下水中的TDS平均值為648 mg/L,在小蘇干湖內(nèi)取樣點的溶解性總固體含量甚至為2.2 g/L和2.58 mg/L，地下水較適宜區(qū)和不適宜區(qū)分布于大、小蘇干湖及周圍地區(qū)，其余地區(qū)均為適宜區(qū)。蘇干湖盆地地下水總硬度平均值為252 mg/L，極大值為755 mg/L，極小值1 mg/L；大于650 mg/L的不適宜在盆地中有3處分布，且都位于大、小蘇干湖及周圍，450～650 mg/L的較適宜區(qū)位于不適宜區(qū)的外圍地帶。蘇干湖盆地地下水溶解性固體和總硬度分布圖比較相似，盆地自東向西，溶解性總固體和總硬度有增大趨勢，在大、小蘇干湖附近呈現(xiàn)最大值。

圖2 蘇干湖盆地地下水溶解性總固體、總硬度含量分布圖

4)地下水質(zhì)量區(qū)劃。蘇干湖盆地地下水適宜區(qū)面積約為5 397.6 km2，占盆地總面積的71.4%；較適宜區(qū)位于蘇干湖盆地的西部，面積約為1 844 km2，占盆地總面積的24.4%；不適宜區(qū)位于大、小蘇干湖附近，面積約為247 km2，占整個盆地總面積的3.3%(圖3)。不適宜區(qū)和較適宜區(qū)主要是由于溶解性總固體和總硬度兩個指標(biāo)超標(biāo)引起的。

圖3 蘇干湖盆地地下水質(zhì)量區(qū)劃圖

2.2 原因分析

祁連山、北山及走廊山脈，含氟硅酸鹽廣布，經(jīng)物理化學(xué)風(fēng)化和生物作用及水文地球化學(xué)作用，為走廊平原區(qū)地下水氟的富集提供了物質(zhì)來源[4]。研究區(qū)屬溫帶干旱氣候，降水稀少，空氣干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈[4]。因此，與大同盆地[5-6]和北京南部地區(qū)[7]類似，土壤鹽漬化、強(qiáng)烈的蒸發(fā)濃縮作用是引起蘇干湖盆地個別取樣點氟超標(biāo)的主要原因。此外，人類活動污染和地下水不合理開采對地下水氟化物也有一定的影響[7]，化肥含有一定氟化物，在傳統(tǒng)灌溉條件下使用肥料，能使水中氟離子富集，這可能也是引起氟離子含量高的一個原因。

農(nóng)耕區(qū)過多地使用氮肥，會使12.5%～45%的氮從土壤中流失并污染地下水，人工氮肥(尿素、碳銨、硫銨、硝銨)和有機(jī)肥均含有大量的氮化物，進(jìn)入土壤后最終以氨氮形式存在，一部分被植物和作物吸收；一部分在微生物的作用下經(jīng)硝化轉(zhuǎn)變成硝酸鹽隨入滲直接進(jìn)入含水層；另一部分則被土壤吸附而滯留在土層中，在灌溉條件下，又可轉(zhuǎn)化為硝酸鹽而進(jìn)入地下水[8]。鑒于此處有一定的農(nóng)耕和放牧活動，因此推測氮肥施用量過高或不合適放牧方式是導(dǎo)致蘇干湖盆地地下水“三氮”呈點狀污染的主要原因。

本研究對溶解性總固體和總硬度的分析與趙江濤等[9]研究結(jié)果一致。趙成等[10]對蘇干湖盆地的研究發(fā)現(xiàn)：蘇干湖盆地地下水自東向西徑流。本研究表明地下水中的溶解性總固體、總硬度的含量和地下水的徑流方向相一致。小蘇干湖TDS比以往研究中1～1.2 g/L偏大[1]，可能是跟取樣季節(jié)的蒸發(fā)量不同有關(guān)，不同年代和取樣的季節(jié)是否對蘇干湖水的礦化度有影響還需要進(jìn)一步的研究。

3 結(jié)語

蘇干湖盆地地下水基本上無工業(yè)污染和生活污染，地下水不適宜區(qū)面積僅占盆地總面積的3.3%。氮肥施用量過高或不合適放牧方式是導(dǎo)致盆地地下水“三氮”呈點狀污染的主要原因。個別樣點氟超標(biāo)，這應(yīng)該引起我們的重視，地下水質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到人類的健康生存、生物多樣性的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]王大純，張人權(quán)，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].地質(zhì)出版社.1995.6.

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[9]趙江濤，周金龍，等.新疆焉耆盆地平原區(qū)地下水溶解性總固體時空演化.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.2016.32(5):120-125.

[10]趙成，楊俊倉，等.蘇干湖盆地水資源與生態(tài)環(huán)境及其向區(qū)外調(diào)水的影響.冰川凍土.2013.

TheevaluationofgroundwaterqualityofSuganlakebasininGansuProvince

LIUMing-xia，LVHong-yan，LIUKai-huan，CHENHai-long，HOUYan-jun

(Gansu geological environment monitoring institute / Key laboratory of groundwater engineering and geothermal resources in gansu province, Lanzhou,Gansu 730050, China)

Suganhu basin is located in the territory of Gansu province Aksay County, through the investigation of groundwater in suganhu basin of iron, manganese, iodine, fluorine, PH, nitrate, nitrite, ammonia nitrogen, total dissolved solids and total hardness of plasma content, analysis of the distribution of iron and manganese in groundwater in space, and to evaluate the groundwater quality. The results showed that the underground water in the basin was not exceeding the limit of iron, manganese and iodine; Fluorine and pH have only one point in the more suitable area; the distribution of “three nitrogen”(NO3-、NO2-、NH4+) is similar, with a point of pollution; from east to west, the solubility of total solid and total hardness increases; Can be directly drinking (Ⅰ - Ⅲ water) accounted for 71.4% of groundwater resources, the treatment can be drinking water (Ⅳ class) accounted for 24.4% of groundwater resources, can not directly drinkable groundwater resources (Ⅴ water) accounted for 3.3%. The results provide a scientific basis for the rational exploitation of groundwater in this area.

Sugan lake basin；Groundwater；Characteristics of water chemistry；Groundwater quality division

X824

B

1004-1184(2017)05-0031-03

2017-06-14

地質(zhì)調(diào)查項目：“主要平原(盆地)地下水砷氟等評價與安全供水區(qū)劃”(12120113103700)資助

劉明霞(1984-)，女，甘肅景泰人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地理信息等方面的工作。

候燕軍(1979-)，男，甘肅秦安人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì)環(huán)境評價等方面的工作。