昌吉州東部平原區(qū)地下水質量時空分布規(guī)律

雷米 周金龍 曾妍妍 范薇 孫英

摘?要：采用F值評分法對新疆昌吉州東部平原區(qū)2016年63組水樣進行了地下水水質評價，結果表明：昌吉州東部平原區(qū)2016年地下水以Ⅲ類水為主，水質屬良好級。在超標率統(tǒng)計中，除Cl-未超標外，Na+、SO2-4、TDS、TH含量存在超標的井點，超標率最高的化學組分為TH。同時，根據(jù)54組2012—2016年原位井水質監(jiān)測數(shù)據(jù)對地下水質量時空分布規(guī)律及水質劣化原因進行了分析，結果表明：昌吉州東部平原區(qū)2012—2016年Ⅲ、Ⅳ類水分布面積逐漸增大，地下水水質整體呈劣化趨勢，其中承壓水水質劣化程度大于潛水的。地下水水質劣化受自然因素（包氣帶巖性、地下水補給）和人為因素（工業(yè)和生活污染、地下水開采）的影響。

關鍵詞：地下水;水質;昌吉州東部

中圖分類號：P641;TV211.1+2文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.018

Spatial and Temporal Distribution Law of Groundwater Quality in the

Eastern Plains of Changji Hui Autonomous Prefecture

LEI Mi1，2， ZHOU Jinlong1，2， ZENG Yanyan1，2， FAN Wei1，2， SUN Ying1，2

（1.College of Water Conservancy and Civil Engineering， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China;

2.Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center， Urumqi 830052， China）

Abstract：The F-value evaluation method was used to evaluate the water quality based on 63 groundwater samples of the eastern plains of Changji Hui Autonomous Prefecture of Xinjiang in 2016. The results showed that the groundwater quality classification was mainly class III and groundwater quality was good in 2016. Except Cl- did not exceed the water quality standard， others chemical composition of Na+， SO2-4， TDS and TH of the well points that exceeded water quality standard. Chemical component with the highest rate of exceeding the standard was TH. At the same time， the spatial and temporal distribution law of groundwater quality and the cause of deterioration of groundwater quality were analyzed by collecting 54 in situ water quality monitoring data from 2012 to 2016. The results show that the distribution areas of class III and IV water quality are increasing and the groundwater quality shows deterioration trend from 2012 to 2016 in the study area. The deterioration degree of confined groundwater quality is greater than that of unconfined groundwater quality. The main reasons leading to deterioration of groundwater quality include natural factors （lithology of unsaturated zone and groundwater recharge） and human factors（industrial and domestic pollution， groundwater exploitation.

Key words： groundwater; water quality; eastern Changji Hui Autonomous Prefecture

昌吉回族自治州（簡稱“昌吉州”）位于新疆維吾爾自治區(qū)（簡稱“新疆”）東北部，是新疆重要的農業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)基地，“十二五”昌吉州工業(yè)產(chǎn)值較“十一五”提高10.0%，但是工業(yè)化規(guī)模不斷擴大的同時，地下水環(huán)境不斷惡化。地下水化學組分含量通過地下水質量類別來反映，各化學組分含量一旦超出《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017），將嚴重影響人類的健康及生產(chǎn)生活，因此對地下水質量進行評價，分析地下水水質劣化的原因，對防止地下水水質劣化具有重要意義[1]。國內外學者采用不同方法對地下水水質進行了研究[2-5]，程凡等[6]運用模糊綜合評價法對2011年昌吉州西部地下水水質進行了評價，發(fā)現(xiàn)昌吉州西部地下水以Ⅲ類水為主，水質總體狀況較好，地下水化學組分受環(huán)境因素影響較大;賽里克江等[7]對2011年昌吉州木壘縣農牧區(qū)飲用水進行了監(jiān)測分析，結果顯示82組水樣中33組的化學組分為合格，占40.2%，主要超標因子為硫酸鹽、TDS、氟化物和微生物等;蔡鳳等[8]采用《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）對2009—2010年昌吉州阜康市589組生活飲用水水質監(jiān)測結果進行了分析，結果表明水樣平均合格率達84.2%，其中市區(qū)和農村飲用水合格率分別為100.0%、71.1%。筆者對昌吉州東部地下水質量進行評價，并對地下水質量時空分布特征進行分析。

1?研究區(qū)概況

昌吉州地處天山北麓、準噶爾盆地東南部，東鄰哈密市，南與吐魯番市毗鄰，西連伊犁哈薩克自治州，北接阿勒泰市，是新疆東部與西部重要的連接樞紐。研究區(qū)涉及昌吉州東部1市3縣，即阜康市、奇臺縣、吉木薩爾縣、木壘縣，總面積47 006 km2，其中平原區(qū)面積15 466.57 km2、沙漠面積23 337.94 km2、山區(qū)面積8 201.49 km2。研究區(qū)年平均氣溫6.8 ℃，年平均降水量190.0 mm，具有南北向差異較大的特點，屬于典型的大陸性氣候區(qū)[9-12]。

昌吉州東部整體地勢南高北低。在地質構造上，由山地古生代地槽褶皺帶過渡到山前坳陷帶，再到沙漠區(qū)中新褶皺帶，坳陷帶以第四系洪積物為主。地貌主要分為南部山前傾斜平原和北部沙漠沖積、風積平原。平原區(qū)地下水類型為孔隙水，南部為單一結構的潛水含水層，地下水埋深一般大于5 m;北部為潛水-承壓水含水層，地下水埋深一般為5～200 m[13]，見圖1。山前傾斜平原地下水補給源主要為山前積雪消融水、暴雨洪流、渠道滲漏，以泉水溢出、人工開采、側向排出為主要排泄方式;沙漠沖積、風積平原地下水主要靠地表水滲漏、渠道滲漏、灌溉水滲漏補給，以潛水蒸發(fā)、側向徑流為主要排泄方式。

2?地下水取樣與監(jiān)測方法

2.1?地下水取樣

在充分收集研究區(qū)水文地質條件、人類活動情況等資料基礎上，按照《區(qū)域地下水污染調查評價規(guī)范》（DZ/T 0288—2015），于2016年采集研究區(qū)地下水水樣63組，其中承壓水35組、潛水28組，取樣點分布見圖2。同時，收集2012—2016年原位井水質監(jiān)測數(shù)據(jù)54組（2016年63組地下水水樣中54組取自地下水監(jiān)測井）。

2.2?地下水監(jiān)測方法

嚴格按照《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）、《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）對地下水進行采樣與監(jiān)測，監(jiān)測項目主要為pH值、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、CO2-3、HCO-3、總硬度（TH）、礦化度（TDS）等。pH值采用玻璃電極法測定，K+、Na+采用火焰原子吸收分光光度法測定，Ca2+、Mg2+、TH采用乙二胺四乙酸二鈉滴定法測定，Cl-采用硝酸銀容量法測定，SO2-4采用硫酸鋇比濁法測定，CO2-3、HCO-3采用鹽酸滴定法測定，TDS采用質量法測定。

3?結果與討論

3.1?主要評價指標統(tǒng)計

（1）潛水。由表1可以看出，昌吉州東部潛水中陽離子平均含量總體上Ca2+>Na+>Mg2+>K+;陰離子平均含量總體上HCO-3>SO2-4>Cl-;TDS含量為256.0～1 061.0 mg/L，平均值為476.7 mg/L;TH含量為126.0～646.0 mg/L，平均值為281.3 mg/L;Na+、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為0.77、0.73;pH值為7.6～8.3。在28組潛水水樣中，超標率最大的是TH，超標率為14.3%，其次為SO2-4、TDS，說明TH、SO2-4、TDS是影響研究區(qū)潛水水質的主要因素。

（2）承壓水。由表2可以看出，昌吉州東部承壓水中陽離子平均含量總體上Ca2+>Na+>Mg2+>K+;陰離子平均含量總體上HCO-3>SO2-4>Cl-;TDS含量為198.0～1 141.0 mg/L，平均值為507.1 mg/L;TH含量為86.0～949.0 mg/L，平均值為288.9 mg/L;Na+、Mg2+、SO2-4、Cl-空間變化差異較大，變異系數(shù)分別為0.77、0.95、0.73、0.79;pH值為7.7～8.6。35組承壓水水樣中，超標率較大的是SO2-4、TH，超標率均為14.3%，其次為TDS、Na+等，說明Na+、SO2-4、TDS、TH等是影響研究區(qū)承壓水水質的主要因素。

由潛水和承壓水主要評價指標可以看出，研究區(qū)地下水中陽離子以Ca2+、Na+為主，陰離子以HCO-3、SO2-4為主，TDS含量總體偏低，屬中性、弱堿性水。在超標率統(tǒng)計中，Cl-雖未超標但空間變異系數(shù)大，Na+、SO2-4、TDS、TH含量均存在超標的井點，其中超標率最高的為TH。

3.2?地下水水質現(xiàn)狀評價

采用F值評分法對地下水水質進行評價，F(xiàn)值評分法在地下水各化學指標分級明顯、超標指標較多或者沒有超標指標的情況下能夠綜合反映地下水水質狀況，該方法是我國地下水水質評價常用的方法之一[14]。按照《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）將水質分為5類，其中：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水各化學組分含量低，適用于生活、工業(yè)、農業(yè)用水;Ⅳ類水各化學組分含量較高，以農業(yè)和工業(yè)用水質量要求以及一定水平的人體健康風險為依據(jù)，適用于農業(yè)和部分工業(yè)用水，適當處理后可作為生活飲用水;Ⅴ類水各化學組分含量高，不宜作為生活飲用水。根據(jù)所監(jiān)測的11項指標進行綜合評價分析。

（1）單項指標分值Fi。根據(jù)地下水中各化學組分含量，參照《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）逐一對各指標進行分類，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水分值分別為0、1、3、6、10。

（2）確定綜合評價分值F，計算公式為

F=F-2+F2max2（1）

F-=1n∑ni=1Fi（2）

式中：F-為單項指標評價得分Fi的平均值;Fmax為單項指標評價得分的最大值;n為樣本組數(shù)。

（3）根據(jù)F值大小，將水質分為5類。當F<0.80時，地下水水質屬于優(yōu)良級;當0.80≤F<2.50時，地下水水質屬于良好級;當2.50≤F<4.25時，地下水水質屬于較好級;當4.25≤F<7.20時，地下水水質屬于較差級;當F≥7.20時，地下水水質屬于極差級。

根據(jù)F值評分法計算結果（見表3），現(xiàn)狀年昌吉州東部地下水水質整體呈良好級;在各縣市中，除阜康市承壓水水質在較好級以上外，其余各縣承壓水水質均出現(xiàn)較差、極差級。

3.3?地下水質量類別時空分布特征

昌吉州東部現(xiàn)狀年（2016年）地下水水質以Ⅲ類水為主（見圖3），Ⅳ、Ⅴ類水主要位于人類活動密集的中部及東北部，分布面積分別為3 292.85 km2（占昌吉州東部平原區(qū)總面積的21.3%）、499.42 km2（占昌吉州東部平原區(qū)總面積的3.2%）。從時間變化上看，2012—2016年Ⅱ類水面積逐漸減少，Ⅲ、Ⅳ類水面積呈明顯增大趨勢，Ⅴ類水面積趨于穩(wěn)定;從空間上看，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水主要分布于昌吉州東部木壘縣、奇臺縣，受自然及人類活動等因素影響，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水面積逐漸向西部擴大。

阜康市2012—2016年地下水質量類別以Ⅱ、Ⅲ類為主，無Ⅰ、Ⅴ類水。2012—2015年地下水水質以Ⅱ類為主，主要分布于阜康市北部、東部及東南部。2013年和2014年在城關鎮(zhèn)東北部出現(xiàn)小面積的Ⅳ類水。2016年阜康市地下水質量整體較好，以Ⅲ類水為主，面積為2 530.41 km2，占阜康市平原區(qū)總面積的66.9%，主要分布于上戶溝哈薩克族鄉(xiāng)、甘河子鎮(zhèn)、滋泥泉子鎮(zhèn)等。

吉木薩爾縣2012—2016年地下水以Ⅱ、Ⅲ類水為主，無Ⅰ類水。2012—2015年吉木薩爾縣西北部北亭鎮(zhèn)出現(xiàn)Ⅳ類水，但分布面積較小。2016年地下水進一步劣化，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積為1 126.42 km2，占吉木薩爾縣平原區(qū)總面積的28.3%，是2015年面積的40.57倍。

奇臺縣2012—2016年地下水以Ⅱ、Ⅲ類水為主，無Ⅰ類水，水質類別變化幅度較大。2016年Ⅳ、Ⅴ類水分布面積迅速增大，面積為1 707.85 km2，占奇臺縣平原區(qū)總面積的40.4%，主要集中于七戶鄉(xiāng)、老奇臺鎮(zhèn)、三個莊子鄉(xiāng)、喬仁哈薩克鄉(xiāng)以及西北灣鄉(xiāng)北部、奇臺鎮(zhèn)北部等。

木壘縣2012—2016年地下水以Ⅲ類水為主，無Ⅰ類水，Ⅳ、Ⅴ類水占比較大。從2013年開始，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積迅速擴大（為2012年分布面積的11.26倍），到2016年分布面積略有減小，主要分布于人類活動密集的雀仁鄉(xiāng)、西吉爾鎮(zhèn)、東城鎮(zhèn)、英格堡鄉(xiāng)、東城鎮(zhèn)、烏茲別克族鄉(xiāng)、新戶鄉(xiāng)、照壁山鄉(xiāng)和木壘鎮(zhèn)等。

對比分析昌吉州東部平原區(qū)2012年和2016年各縣市潛水、承壓水不同水質類別面積變化（見表4）發(fā)現(xiàn)，2012年承壓水以Ⅱ類水為主，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積為平原區(qū)總面積的6.2%，潛水以Ⅱ類水為主，無Ⅳ、Ⅴ類水。2016年承壓水以Ⅲ類水為主，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積占平原區(qū)總面積的17.7%，增加了11.5%;潛水以Ⅲ類水為主，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積占平原區(qū)總面積的6.8%。因此，從潛水與承壓水變化趨勢來看，昌吉州東部平原區(qū)潛水、承壓水水質類別均表現(xiàn)為劣化趨勢，其中承壓水水質劣化程度大于潛水的。

3.4?地下水水質時空變化原因簡析

現(xiàn)狀年昌吉州東部平原區(qū)地下水水質以Ⅲ類水為主，為良好級，但從時間角度來看，Ⅳ、Ⅴ類地下水所占比例呈增加趨勢，水質出現(xiàn)劣化。影響水質劣化的主要因素包括自然因素（地下水補給、包氣帶巖性）和人為因素（工業(yè)和生活污染、地下水開采）[15-16]等。

（1）昌吉州東部從南到北，由山區(qū)（補給區(qū)）到平原區(qū)（徑流區(qū)）再到沙漠區(qū)（排泄區(qū)）形成了一個完整的水文地質單元，降水量逐漸減少，南部山區(qū)年降水量為500.0～700.0 mm，個別地方年降水量達1 000.0 mm，北部沙漠區(qū)降水量較少，年蒸發(fā)能力在1 500.0 mm以上[17]。地下水主要由地表水入滲補給形成，降水量的多少直接影響地下水的補給。山前傾斜平原區(qū)地下水補給量較大，包氣帶巖性以砂卵礫石、砂礫土為主，具有良好的滲透能力，加速了地下水循環(huán)，因此山前傾斜平原地下水水質較好。靠近沙漠區(qū)的風積平原地下水補給較少，含水層以細砂為主，地下水徑流減緩、蒸發(fā)強烈，因此風積平原地下水水質較差。由圖3可以看出，Ⅱ、Ⅲ類水主要位于山前傾斜平原，Ⅵ、Ⅴ類水主要位于風積平原。

（2）根據(jù)《新疆水資源公報》，昌吉州2014—2016年廢污水排放量分別是1.406億、1.320億、1.525億t，污水經(jīng)過處理后，水中仍含有大量離子（如Cl-）被排放到河道，對潛水水質產(chǎn)生直接影響。木壘縣雀仁鄉(xiāng)位于228省道旁，是木壘縣工業(yè)集中區(qū)，根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)國土資源廳2004年8月編制的《新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)簡明圖集》，雀仁鄉(xiāng)具有豐富的礦產(chǎn)資源。隨著工業(yè)化規(guī)模的不斷擴大，人類活動對地下水污染隨之加重，2012—2016年地下水各化學組分中Cl-相對高值區(qū)在雀仁鄉(xiāng)周圍，2013年最大值達929.0 mg/L，是Ⅳ類水限值350.0 mg/L的2.65倍。研究區(qū)是重要的農業(yè)種植區(qū)，農業(yè)施用的化肥、農藥等污染物經(jīng)包氣帶進入含水層，加速了潛水水質的惡化。

（3）承壓水水質劣化程度大于潛水，主要是承壓水的長期開采（潛水-承壓水區(qū)因潛水水質較差，主要開采承壓水）導致水質較差的潛水越流補給水質較好的承壓水。根據(jù)《新疆水資源公報》，昌吉州2014—2016年地下水開采量分別為25.37億、21.66億、21.56億m3，地下水的大量開采導致地下水水位迅速下降，1983—2011年昌吉州東部地下水位呈下降趨勢，最大降深為24.8 m，水位下降區(qū)域主要集中在阜康市的上戶溝鄉(xiāng)（水位降深為17.7 m）、吉木薩爾縣的三臺鎮(zhèn)（水位降深為8.0 m）、奇臺縣的西北灣鄉(xiāng)（水位降深為24.8 m）、木壘縣的雀仁鄉(xiāng)（水位降深為17.7 m）。地下水位下降的同時改變了地下水動力場，上層潛水越流補給下層承壓水，水位下降的承壓水區(qū)水質較差。

4?結?論

（1）昌吉州東部2016年地下水水質以Ⅲ類水為主，屬良好級，Ⅳ、Ⅴ類水分布面積為3 792.27 km2，占平原區(qū)總面積的24.5%。從時空角度看，昌吉州東部2012—2016年地下水中Ⅲ、Ⅳ類水分布面積增大，Ⅴ類水分布面積趨于穩(wěn)定，Ⅱ、Ⅲ類水主要分布于山前傾斜平原，Ⅳ、Ⅴ類水主要分布于風積平原。

（2）昌吉州東部2016年地下水各化學組分中Cl-雖未超標，但空間變異系數(shù)大。除Cl-未超標外，Na+、SO2-4、TDS、TH含量均存在超標的井點，其中超標率最高的是TH。

（3）昌吉州東部地下水水質整體呈劣化趨勢，其中承壓水水質劣化程度大于潛水的。地下水劣化受自然因素（包氣帶巖性、地下水補給）和人為因素（工業(yè)和生活污染、地下水開采）的影響。

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【責任編輯?呂艷梅】