葉爾羌河流域典型區(qū)地下水化學(xué)特征分析

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。