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    葉爾羌河流域典型區(qū)地下水化學(xué)特征分析

    2023-09-28 03:45:28艾古班吾拉音
    河南水利與南水北調(diào) 2023年8期
    關(guān)鍵詞:葉爾羌河水化學(xué)分區(qū)

    艾古班·吾拉音

    (伊犁水文勘測局,新疆 伊寧 835000)

    1 流域概況

    位于新疆西南部、塔里木盆地西南面的葉爾羌河流域國內(nèi)部分面積8.44×104km2,西部山區(qū)和東部平原區(qū)面積分別為5.84×104km2和2.89×104km2。流域地形復(fù)雜多變,山區(qū)巖相從西南到東北表現(xiàn)出明顯的從老至新特征。流域位于歐亞大陸腹地,距離海洋較遠,為典型的干旱大陸性氣候,降水稀少,蒸發(fā)強烈。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,葉爾羌河流域地下水資源補給主要依靠天然補給和地表水入滲轉(zhuǎn)化補給兩個渠道,天然補給渠道主要有大氣降水入滲補給和山前側(cè)向補給;地表水入滲轉(zhuǎn)化補給渠道主要有河道滲漏、渠系滲漏和田間、入庫滲漏補給等。

    2 樣品采集及測定

    為保證所采集樣品及分析結(jié)果的真實可靠且具有代表性,于2020 年10 月、2021 年6 月和2022 年3 月對研究區(qū)展開樣本采集,共采集到60組樣品。水化學(xué)樣品、氫氧穩(wěn)定同位素樣品均由500 mL 容量的聚乙烯瓶盛裝,并在取樣前通過去離子水將瓶內(nèi)徹底清洗3次,再用采樣水徹底清洗2~3次,而后裝滿水樣,將空氣全部排除后蠟?zāi)に芊馄靠凇?/p>

    水樣測試主要在新疆自然資源與生態(tài)環(huán)境研究中心實驗室內(nèi)進行,采用《地下水質(zhì)量標準》所要求的測試方法。具體而言,采用Multi3420型水質(zhì)測試儀現(xiàn)場檢測水樣的pH值、電導(dǎo)率和水溫。水化學(xué)組分由中心技術(shù)人員采用ICAP6300型等離子體發(fā)射光譜儀進行檢測,具體檢測Fe、Fe2+、Fe3+、Al3+、NO2-、NH4+、NO3-、SO42-、Cl-、CO32-、HCO3-、Mg2+、Ca2+、Na+、K+以及可溶性SiO2等項目。水中氫氧同位素由中心技術(shù)人員通過MAT-253型質(zhì)量光譜分析儀進行測定,測定結(jié)果采用依托VSMOW標準的千分值表示,并將測定結(jié)果精度控制在0.50‰以內(nèi)。

    葉爾羌河流域典型區(qū)地下水水化學(xué)特征試驗結(jié)果略。

    3 地下水水化學(xué)特征分析

    3.1 水化學(xué)分類

    文章采用舒卡列夫分類法進行葉爾羌河流域典型區(qū)水化學(xué)類型分類,在進行離子排列時陰離子在前,陽離子在后,含量高者在前,含量低者在后。典型區(qū)地下水內(nèi)包含23 種水化學(xué)類型,環(huán)境及成因較為復(fù)雜;SO4·HCO3—Na·Mg、HCO3—Ca·Mg·Na、HCO3—Mg·Ca·Na、HCO3—Ca·Mg、HCO3·SO4—Ca為五種主要化學(xué)類型;根據(jù)以上分類,將典型區(qū)分成Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩個區(qū),每個區(qū)又進一步分成2~3 個亞區(qū)。其中Ⅰ1 為HCO3·SO4—Ca型分區(qū);Ⅰ2為HCO3—Ca·Mg分區(qū);Ⅱ1為咸淡水過渡帶;Ⅱ2 為HCO3—Mg·Ca·Na、HCO3—Ca·Mg·Na 分區(qū);Ⅱ3 為SO4·HCO3—Na·Mg分區(qū)。

    以上分區(qū)中Ⅰ區(qū)為淡水區(qū),溶解性總固體含量位于0.25~0.94 mg/L 范圍內(nèi),均值0.49 mg/L;pH 值則位于7.40~7.98 范圍內(nèi),均值為7.68;且地下水類型主要表現(xiàn)為HCO3·SO4—Ca型和HCO3—Ca·Mg型。該分區(qū)中亞區(qū)Ⅰ1主要為HCO3·SO4—Ca型水,其中TDS 位于0.37~0.38 mg/L,pH 值則位于7.36~7.74 之間。此外,因該亞區(qū)臨近西部山區(qū),地層巖性較為復(fù)雜,地下水化學(xué)類型也頗為復(fù)雜,除HCO3·SO4—Ca 型外,還包括HCO3—Ca·Na、SO4·HCO3—Na·Ca、HCO3·Cl—Ca型水化學(xué)類型。亞區(qū)Ⅰ2 主 要 為HCO3—Ca·Mg 型 水,TDS 0.28~0.76 mg/L,pH 值7.52~7.96,與亞區(qū)Ⅰ1相比,TDS略低,pH值略高。

    分區(qū)中Ⅱ區(qū)為咸水區(qū),地下水中TDS 位于0.19~3.27 mg/L之間,pH 值則為7.60~8.42,主要為HCO3—Mg·Ca·Na 型地下水,與Ⅰ區(qū)所不同的是,該分區(qū)內(nèi)地下水中SO42-、Na+含量較大,TDS及pH 值也相應(yīng)較大。其中亞區(qū)Ⅱ1 為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的過渡帶,地下水化學(xué)類型主要表現(xiàn)為HCO3—Mg·Ca·Na、SO4·HCO3—Na·Mg 型,TDS 0.45~0.48 mg/L,pH 值7.60~8.09;Ⅱ2 亞區(qū)內(nèi)地下水主要為HCO3—Na·Mg型,且Na+含量比較大,是該亞區(qū)內(nèi)主要的陽離子;Ⅱ3 亞區(qū)內(nèi)地下水中除Na+離子含量較高外,陰離子SO42-含量也較高,TDS高達3.27 mg/L,明顯屬于咸水范疇,水質(zhì)較差。

    3.2 水化學(xué)Piper三線圖

    根據(jù)葉爾羌河流域典型區(qū)地下水水化學(xué)Piper 三線圖,淺層地下水采樣較多分布于圖形左側(cè),意味著淺層地下水內(nèi)堿土離子含量比堿金屬離子含量高,其中僅Ⅱ2亞區(qū)內(nèi)少數(shù)點堿土金屬離子含量低于堿金屬離子。采樣內(nèi)弱酸根含量均大于強酸根,且碳酸鹽硬度基本在50%以上。

    3.3 溶解性總固體特征

    考慮到TDS 是諸多表征地下水水化學(xué)特征參數(shù)中最能體現(xiàn)總體化學(xué)組分的參數(shù),也是表征地下水徑流條件、體現(xiàn)水文地球化學(xué)作用過程的重要指標,故采用TDS反映葉爾羌河流域典型區(qū)地下水內(nèi)物質(zhì)組分總體分布特征及變動趨勢規(guī)律。

    揭示兩組變量相關(guān)關(guān)系的數(shù)理統(tǒng)計方法能有效體現(xiàn)出典型區(qū)地下水水化學(xué)組分之間的相似性、相異性以及來源的差異性和一致性。為此,根據(jù)采樣結(jié)果內(nèi)TDS和其余離子具體含量的相關(guān)系數(shù)繪制相關(guān)關(guān)系圖。

    在進行典型區(qū)淺層地下水TDS與其余組分相關(guān)系數(shù)計算及相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上,還應(yīng)進行典型區(qū)淺層地下水TDS與其余組分的回歸分析。根據(jù)Ⅰ分區(qū)內(nèi)地下水中主要離子含量分布情況,通過回歸分析,用一組不同斜率的直線表示TDS與其余離子的關(guān)系。顯然,Ⅰ分區(qū)內(nèi)地下水TDS與其余組分間線性相關(guān)性較好,相關(guān)性方程及相關(guān)系數(shù)取值具體見表2,表中x為離子含量,y為礦化度。根據(jù)表中擬合結(jié)果,Ⅰ分區(qū)內(nèi)地下水礦化度和Ca2+、SO42-、Cl-離子相關(guān)性最好,與HCO3-離子相關(guān)性較弱。

    表2 Ⅰ分區(qū)內(nèi)地下水TDS與其余組分間線性關(guān)系表

    根據(jù)Ⅱ分區(qū)內(nèi)地下水中主要離子含量分布情況,通過回歸分析所得出的該分區(qū)內(nèi)地下水TDS與其余組分間線性相關(guān)性具體見表3。根據(jù)表中擬合結(jié)果,該分區(qū)內(nèi)地下水TDS和其余組分含量均表現(xiàn)為較好的線性相關(guān)性,僅與HCO3-離子相關(guān)性較弱。

    表3 Ⅱ分區(qū)內(nèi)地下水TDS與其余組分間線性關(guān)系表

    3.4 地下水化學(xué)類型成因

    葉爾羌河流域典型區(qū)地下水化學(xué)類型的形成是地質(zhì)條件、氣候、徑流等綜合作用的結(jié)果,受地質(zhì)結(jié)構(gòu)及沉積物巖性的影響和控制,并主要表現(xiàn)為地下水化學(xué)成分的濃縮和溶濾作用。典型區(qū)內(nèi)地下水整體呈由西向東徑流的趨勢,西部山區(qū)(即Ⅰ區(qū))地層中燕山期巖體出露,巖性復(fù)雜,并在長期溶濾影響下,巖層內(nèi)硫酸鹽和氯化物大量析出,形成該區(qū)域內(nèi)以重碳酸鈣、碳酸硫酸鈣為主的水化學(xué)類型。此后伴隨著地下水自西向東徑流過程,在陽離子吸附及混合作用下,Mg2+離子含量增多,TDS含量減少,水化學(xué)類型也轉(zhuǎn)變?yōu)橹靥妓徕}鎂型。葉爾羌河流域典型區(qū)內(nèi)東部平原區(qū)(即Ⅱ區(qū))徑流弱,地下水埋深淺,在垂直蒸發(fā)的作用下,含鹽量提高,Na+和SO42-離子含量增大,地下水化學(xué)類型也從重碳酸鈣鎂型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹靥妓徕c鎂和硫酸鈉鎂型。

    4 結(jié)論

    綜上所述,因葉爾羌河流域典型區(qū)地下水形成原因、物質(zhì)來源復(fù)雜,故地下水化學(xué)特征也表現(xiàn)出很強的復(fù)雜性,可劃分成五種典型的水化學(xué)類型;項目區(qū)自西向東地下水化學(xué)成分分帶性特征明顯,西部山區(qū)(即Ⅰ區(qū))為淡水區(qū),pH 值相對較低,TDS含量相對較??;東部平原區(qū)(即Ⅱ區(qū))則為咸水區(qū),pH值比其余區(qū)域高,TDS 及鈉離子含量均增大?;貧w分析結(jié)果表明,西部山區(qū)(即Ⅰ區(qū))TDS主要與Ca2+陽離子和SO42-、Cl-陰離子高度相關(guān),東部平原區(qū)(即Ⅱ區(qū))TDS 則與Mg2+、Na+等陽離子和SO42-陰離子顯著相關(guān),從而得出造成兩個分區(qū)內(nèi)地下水類型分別為淡水和咸水的主要原因。

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