黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程淺層地下水水質(zhì)分析

黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程淺層地下水水質(zhì)分析

水資源對(duì)西北地區(qū)的重要性顯而易見(jiàn)。隨著西部地區(qū)的全面發(fā)展，干旱地區(qū)區(qū)域內(nèi)的水資源開(kāi)發(fā)利用率也顯著提高。在人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)的強(qiáng)大作用下,流域自然生態(tài)過(guò)程發(fā)生了顯著變化,水資源在全流域的不合理利用,中游大量用水,致使下游水資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化、天然植被衰退、荒漠化加劇,引發(fā)一系列問(wèn)題-3]。為了恢復(fù)和重建受損的下游生態(tài)系統(tǒng),2000年7月開(kāi)始,實(shí)施了黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程,水流于2002年7月17日流進(jìn)黑河尾間端的東、西居延海,使干涸10a的居延海重新受到水的滋潤(rùn)。由于分水將會(huì)對(duì)下游的環(huán)境帶來(lái)一定程度的影響,本文針對(duì)分水對(duì)水化學(xué)性質(zhì)的影響展開(kāi)討論,分析淺層地下水水化學(xué)離子及礦化度、硬度等主要特征要素在黑河下游額濟(jì)納旗綠洲的變化,并探討淺層地下水化學(xué)變化對(duì)分水的響應(yīng)。1研究領(lǐng)域的總結(jié)1.1延沿海地區(qū)蒸發(fā)量現(xiàn)狀額濟(jì)納旗位于黑河下游,總面積約為11.6萬(wàn)km2,綠洲面積3116km2,約占流域總面積的5%。本研究區(qū)是從黑河下游的狼心山水文站到尾閭端東、西居延海區(qū),屬于典型的荒漠極端干旱亞區(qū),具有降水量稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,冬春干冷而漫長(zhǎng),夏秋酷熱而短促,日照長(zhǎng)、風(fēng)沙大等特點(diǎn)。據(jù)額濟(jì)納旗氣象站1957～2003年觀測(cè)資料,多年平均蒸發(fā)量為3755mm,最高達(dá)4035mm;多年平均降水量42mm,年最大降水量103mm,最小為7mm,蒸發(fā)量約為降水量的89倍。降水多集中在6～9月,約占全年降水量值的70%～80%。一次降水量≥10mm的降水十分稀少,因此,天然降水對(duì)地下水的直接補(bǔ)給作用較小。1.2額濟(jì)納旗沖積洪積沉積盆地研究區(qū)域地表水主要以河流和湖泊兩種形式存在,地下水補(bǔ)給額濟(jì)納旗東部的古日乃湖,河水補(bǔ)給北部的居延海。黑河是進(jìn)入本區(qū)惟一的河流,由于中上游用水量的增加,近幾十年來(lái)黑河斷流,已成為季節(jié)性河流。額濟(jì)納旗沖積洪積平原屬阿拉善高原,由一系列剝蝕中、低山和干三角洲、盆地組成,包括古日乃湖、古居延澤、東、西居延海等湖盆洼地和廣闊的戈壁、沙漠。在平原區(qū)上部,廣泛分布著砂、砂礫石層,具有良好的儲(chǔ)水空間,是潛水的主要含水巖層。地質(zhì)構(gòu)造上呈北-北東走向的斷裂凹陷盆地,第四紀(jì)地層在額濟(jì)納旗廣泛分布。盆地內(nèi)巨厚的第四紀(jì)松散沉積物,構(gòu)成了良好的儲(chǔ)水空間。盆地內(nèi)的前第四紀(jì)地層主要分布于盆地外圍的西部、北部及東北部的山區(qū),在盆地內(nèi)構(gòu)成盆地的基底,出露者僅見(jiàn)于南部的狼心山、青頭山等很小的殘山。盆地內(nèi)第四紀(jì)地層發(fā)育較為齊全,是組成額濟(jì)納盆地的主體地層,具有重要的水文地質(zhì)意義。1.3地下水的水文地球化學(xué)運(yùn)移規(guī)律和地下水運(yùn)移規(guī)律黑河流域通過(guò)河水與地下水之間的頻繁轉(zhuǎn)化,使流域上、中、下游聯(lián)接成為統(tǒng)一的河流-含水層系統(tǒng)。流域空間格局、氣候特征和水文循環(huán)特征決定了流域水化學(xué)成分的多樣性及分帶性。而額濟(jì)納旗綠洲區(qū)受徑流蒸發(fā)和溶濾作用的制約,地下水自沿河主要補(bǔ)給帶至蒸發(fā)排泄區(qū)具有明顯的水文地球化學(xué)分帶性?？傮w來(lái)看,研究區(qū)的淺層地下水礦化度普遍比較高,該區(qū)淺層地下水遵循干旱半干旱區(qū)地下水的運(yùn)移規(guī)律。淺層地下水的水化學(xué)成分與天然水離子平衡有著密切關(guān)系。化學(xué)成分的形成作用主要是溶濾作用、蒸發(fā)、濃縮作用以及混合作用。2材料和方法的研究2.1鼓勵(lì)狼心山至東、西居延海所取地下水水樣點(diǎn)的范圍是沿東西向從西戈壁-中戈壁-達(dá)來(lái)庫(kù)布鎮(zhèn)-東戈壁,南北向從黑河下游的狼心山至東、西居延海(圖1),緯度范圍是北緯41°24.62′～42°21.45′,經(jīng)度范圍是東經(jīng)100°29.31′～101°14.83′。取樣時(shí)間為2001年9月和2003年4～5月。2.2型酸度計(jì)和測(cè)定所采樣品在中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所水土實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品測(cè)定。pH值:PHS23C型酸度計(jì);和含量用雙指示計(jì)中和滴定法測(cè)定;Cl-含量用鉻酸鉀為指示劑,用硝酸汞容量法滴定;含量用EDTA間接滴定法測(cè)定;Ca2+含量采用鈣指示劑,用EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)滴定;Mg2+含量以鉻藍(lán)黑為指示劑,EDTA滴定;K+和Na+含量用410火焰光度計(jì)法。3結(jié)果分析3.1陽(yáng)離子和ca2+、na+含量的比較如圖2所示:2001年(少量放水)所取水樣中,整體樣點(diǎn)的非碳酸鹽硬度超過(guò)了50%,陰離子、Cl-中,占60%～80%,而Cl-占20%～40%;Cl-與相比較,濃度含量不超過(guò)20%,而Cl-的含量超過(guò)了80%,這說(shuō)明在陰離子中以濃度含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì);在陽(yáng)離子中,Ca2+濃度含量與Mg2+相比較,二者基本相同,均占40%～60%,而Na+濃度含量與它們相比較,含量在20%～40%之間,略低于Ca2+、Mg2+含量。2003年(放水后),全區(qū)的各種離子含量均有明顯變化,陰離子中,的含量與Cl-含量相比較,兩種離子的含量相當(dāng),均在40%～60%之間,而與Cl-相比較,占20%～40%,其相對(duì)含量明顯高于放水前含量;陽(yáng)離子中,Na+相對(duì)含量略有增加,Ca2+含量略有減少,與2001年相比,三者的相對(duì)含量均沒(méi)有太大幅度變化。3.2水化學(xué)的時(shí)空分析從所取水樣中,根據(jù)采樣點(diǎn)的位置,從中分別選取垂直于河道方向上和沿東河方向上的樣帶(圖1黑線),進(jìn)行水化學(xué)的時(shí)空分析。垂直河道方向上的點(diǎn)是從狼心山、二道橋、一號(hào)山、策克村到東居延海;沿東河河道方向上是從二道橋、三道橋、四道橋、五道橋、到七道橋。3.2.1水的礦化度、硬度和堿度從2001年沿河道方向上的水化學(xué)分析結(jié)果(圖3)可以看出,從狼心山到東居延海,水的礦化度、總硬度、堿度總體上表現(xiàn)為增加的趨勢(shì);而分水后(2003年)的礦化度、硬度仍然保持增加的趨勢(shì),而堿度是從狼心山到策克村仍然表現(xiàn)為增加,只是東居延海略為有所減小。從2001年垂直河道方向上的水化學(xué)分析結(jié)果(圖4)可以看出,水的礦化度、總硬度、堿度總體上從二道橋到七道橋逐漸增加。這說(shuō)明距離主河道越遠(yuǎn),水的礦化度和總硬度越大。但由于受人為因素的控制,有的河道大量放水,有的河道從未放水的緣故,2003年水的礦化度、總硬度和堿度并未表現(xiàn)出此規(guī)律。3.2.2地下水的環(huán)境分析2.不論從沿河道方向還是垂直河道方向上,普遍表現(xiàn)為2003年水的礦化度、總硬度和堿度比2001年大幅度的降低(圖4)。以礦化度、硬度為例說(shuō)明,縱向上,2001年狼心山、二道橋、一號(hào)山、策克村、東居延海的礦化度分別為744.4,1384.2,1761.5,1951.4,32050.0mg/L;2003年分別為512.6,953.2,1443.0,1392.0,5106.2mg/L。2003年比2001年分別降低了231.8,431,318.5,559.4,26943.8mg/L。降低比率分別為31%,31%,18%,29%,84%?？梢钥闯龇潘畬?duì)干涸已久的居延海地下水化學(xué)響應(yīng)非常明顯。硬度的變化也是如此。垂直河道方向上,分水后地下水礦化度有較明顯的變化,除五道橋一直沒(méi)有放水外,從二道橋到七道橋按距離河道遠(yuǎn)近表現(xiàn)為2003年比2001年分別降低了431,892.1,479.6,2384.9mg/L。降低比率分別為31%,56%,17%,76%(圖4)。從水化學(xué)類型來(lái)看,2003年水化學(xué)類型中Cl-比重增加,這是由于黑河下游地處騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠之間,地勢(shì)低洼,上、中游的易溶性鹽類被地表和地下水流攜帶到下游,使其成為流域的聚鹽地。因此,造成黑河下游地下水的含鹽量較高,當(dāng)水位升高時(shí),地下水在遷移補(bǔ)給過(guò)程中將大量鹽分淋溶并攜帶析出。通過(guò)對(duì)2001年和2003年各種離子成分以及總礦化度分析可以看出,2001以前該區(qū)的淺層水主要受長(zhǎng)期蒸發(fā)濃縮作用,水的礦化度很大,而在2003年,連續(xù)3a的上游向下游分水的過(guò)程中,由于水流速度快,沖刷強(qiáng)烈,與沿途鹽土接觸時(shí)間較短,使得下游淺層地下水直接受上游河水補(bǔ)給,因而水質(zhì)較好,礦化度普遍降低。4陽(yáng)離子含量、形態(tài)(1)自2000年7月開(kāi)始,實(shí)施了黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程,本文從2001年和2003年取水樣進(jìn)行水化學(xué)分析,從分析中可以看出,全區(qū)的各種離子含量均有明顯變化,陰離子中,的含量與Cl-含量相比較,兩種離子的含量相當(dāng),而與Cl-相比較,HCO3-相對(duì)含量明顯高于放水前含量;陽(yáng)離子中,Na+相對(duì)含量略有增加,Ca2+含量略有減少,與2001年相比,三者的相對(duì)含量均沒(méi)有太大幅度變化。(2)空間上:少量分水時(shí),從狼心山到東居延海,水的礦化度、總硬度、堿度總體上表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)。分水后的礦化度、硬度仍然保持增加的趨勢(shì);從二道橋到七道橋,水的礦化度、總硬度、堿度總體上仍呈增加趨勢(shì)。這說(shuō)明距離主河道越遠(yuǎn),水的礦化度和總硬度越大。這與河流補(bǔ)給,以及自身蒸發(fā)排泄有關(guān)。(3)時(shí)間上:沿河道方向及