武城縣地下水礦化度變化規律分析

孫占泉，苑清玲 ，楊敬濤

（1.德州市水利局水科所，山東 德州 253014；2.山東省水利廳，山東 濟南 250013）

武城縣位于魯西北平原，德州市西南部，京杭大運河東岸，轄6鎮1鄉1個街道辦事處，267個行政村（社區），6個居委會。總人口37.75萬人，其中農業人口30.13萬人，非農業人口7.62萬人。總面積748 km2，其中耕地4.33萬hm2。武城縣屬暖溫帶季風區，大陸性氣候。四季分明，降水時間和空間分配不均，夏季降水最多，冬季最少，多年平均降水量554.1 mm，折合水體4.1億m3。6—9月降雨量最大，多年平均面降水量439.3 mm。

武城縣地處海河水系衛運河流域，縣內河流屬過境河與季節性間歇河。武城縣水資源貧乏，多年平均徑流量2 401億m3，人均占有 75.2 m3，境內河水來源于引衛和引黃。地下水資源總量多年平均6 287萬m3，地下水位多年平均21.5 m，埋深3.2 m，變幅1.93 m。多年平均最大埋深4.2 m，最小埋深2.27 m，恩縣洼中部小于2 m。全縣表層地下水化學類型分為總碳酸鹽型、氯化物型、硫酸鹽型3類：以總碳酸巖型為主，面積474.6 km2，占全縣面積63.5%；其次是氯化物型，面積210.9 km2，占全縣面積的28.2%；硫酸鹽型最少，面積62.5 km2，占全縣面積的8.3%。全縣絕大部分地下水屬中性或微堿性水，pH值一般為7～8，且 7～7.5 居多。

土壤分3個土類，5個亞類，5個土屬，67個土種。其中98.7%為潮土類。潛水埋深淺，礦化度2～5 g/L，在排灌不良的地方次生鹽漬化嚴重。武城縣歷史上鹽堿地較多，建國初期，有堿地4 266 hm2。1958—1964年，由于大蓄大灌和連年大澇，地下水較高，鹽堿地猛增至1.09萬hm2。其中重堿地面積1 600 hm2，主要分布在滕西莊、馬莊西、王小屯東、陳莊東等地片；中度堿地面積2 733 hm2，主要分布在六六河以北二坡地和恩縣洼邊沿地帶；輕度堿地面積6 533 hm2，主要分布在舊城河和六六河之間以及零星洼地邊沿地帶。1965年后，堿地改造取得顯著成效，全縣鹽堿地從建國初期的1.09萬hm2，下降到2 307 hm2，已改良 8 560 hm2，占堿地總面積的78.5%。

以武城縣為研究區，在野外取樣、室內試驗測定水樣礦化度和電導率的基礎上，借助3S技術，分析研究地下水礦化度變化規律以及對土壤鹽漬化的影響。

1 取樣分析

通過資料收集和野外考察，掌握研究區景觀、土壤鹽漬化特征，水文地質條件，地形地貌，生態環境等情況，并且獲得了如下數據資料：1）采樣點地下水埋深和電導率值；2）相關的統計資料，包括土壤、水文、氣象、土地利用狀況、社會經濟、人口等；3）各個土壤采樣點特征的詳細記錄和照片。

1.1 樣點選取

本次采樣的目的是獲取地下水樣礦化度參數值，同時保存水樣試驗室待用。但地下水水樣是由多種類型的變異性表征的，若要使樣本足以代表某一指定水樣的總體，準確地估計水樣取樣點數目和取樣間距十分重要。綜合考慮采樣效果和經濟等因素，最終設定10個取樣點，涵蓋了研究區各個區域，具有較好的代表性。

1.2 樣品采集及數據記錄

2011年4月，在研究區內共選取了了10個地下水采樣點，每個樣點均用GPS定位，同時記錄了采樣點的坐標位置。取樣點為田間監測井，由于監測井水位大都埋深較大，取水器無法到達，因此采用抽水機取水。機器開啟后，先放水幾分鐘，將積流在管道中內的陳舊水排出，然后用預先準備好的潔凈采樣容器接取水樣。要求水樣充滿采樣容器，避免氣泡存在，密封保存。同時，用塑料杯容器盛取一定水樣，使用HI933300便攜式電導率儀現場測定電導率數值，作為室內試驗參考。

采樣數據見表1。

表1 現場采樣數據

1.3 室內試驗方法

水樣從采集到分析測定這段時間，由于環境條件的改變、微生物新陳代謝活動和化學作用的影響，可能引起水樣某些物理參數及化學組成的變化。本次主要測定了水樣的溫度、pH、電導率和礦化度，分別采用酸度計法、電導率儀法以及重量法分別測定，其結果見表2。

1.4 礦化度與電導率的關系

根據試驗室所得數據（見表2），運用EXCEL表格，設定截距為0，得到線性回歸方程，如圖1。

由試驗數據求得的相關系數R=0.9994，非常接近于1，線性效果較好，具有較高的精密度。所以，可以計算出它們的相關關系，可得：礦化度≈0.674 8電導率。

2 地下水礦化度空間變化分析

2.1 地理信息空間分析

地理信息空間分析是指分析、模擬、預測和調控空間過程的一系列理論和技術，是地理信息系統區別于一般信息系統的標志，它以空間數據和屬性數據為基礎，有效地獲取、科學地描述和認知空間數據。本次采用ArcGIS軟件對地下水礦化度變化規律進行分析，得研究區地下水礦化度反距離權插值圖（IDW），如圖2。

表2 室內試驗數據

由圖2可以看出，所取的10個采樣點地下水礦化度數值均大于1 g/L，查表可知武城縣不同采樣區域地下水分別屬于微咸水和咸水，說明武城縣地區地下水總體含鹽量較大。通過野外考察實地記錄與地下水礦化度插值圖的分析結果進行比較，發現兩者的結果相一致，說明地下水礦化度插值圖繪制準確。

2.2 遙感影像處理方法

為更直觀地說明地下水礦化度變化規律，運用ERDAS軟件對研究區2010年的土地鹽漬化狀況進行遙感影像處理，生成鹽漬地遙感圖，如圖3。

3 礦化度插值圖與鹽漬化土壤分類分布圖對比

從鹽漬化土壤分類分布圖可見，鹽漬地廣泛分布在整個研究區域內。圖中重度鹽漬地有個共同點：外圍都分布有裸地，這主要是因為鹽漬地土質較差，農作物難以成活，造成裸地。輕度鹽漬地以連續帶狀形式遍布于農田和林地之中。

對比分析地下水礦化度IDW插值圖和鹽漬化土壤分類分布圖得到：1）插值圖中顯示的礦化度最高地區為魯權屯，地下水的高礦化度往往是由于該地區土壤中的含鹽量較高，土壤中的鹽分浸入到地下水中，這與鹽漬化土壤分類分布圖顯示的魯權屯地區為重度鹽漬地相吻合；2）插值圖中顯示的礦化度最高地區為甲馬營、魯權屯、騰莊鎮3地，而繪制的鹽漬化土壤分類分布圖中3地的輕度鹽漬化分布密度明顯高于其他地區；3）鹽漬化土壤分類分布圖中重度鹽漬化分布位置與插值圖中的位置有些出入。鹽漬化土壤分類分布圖中的重度鹽漬化為3個，分別為老城鎮、魯權屯、武城鎮，插值圖中，礦化度數值較高地區僅有魯權屯一個區域，老城鎮和武城鎮地區的礦化度數值均低于3 g/L，屬于微咸水，地下水中的含鹽量遠低于魯權屯。

4 結論

通過野外考察、在研究區布設樣點、采取水樣、帶回試驗室后處理，得到地下水礦化度數據。借助ArcGIS軟件對礦化度數據進行處理，得到IDW插值圖，進行地下水礦化度變化規律分析。通過RS技術，得到研究區2010年鹽漬化土壤分類分布圖，與IDW插值圖進行對比分析。初步研究結果如下：

1）采用酸度計法測水樣pH，電導率儀法測定水樣電導率，重量法測定水樣礦化度。通過EXCEL對比分析水樣電導率數據與礦化度數據，得到研究區地下水礦化度與電導率之間的關系，即：礦化度≈0.674 8電導率。

2）利用GIS強大的空間分析能力，結合室內試驗得到的水樣礦化度數據，做出地下水礦化度IDW插值圖，分析插值圖得出：研究區地下水含鹽量整體較大，在水平方向，地下水礦化度數值自東向西逐漸增大，東部地區（包括楊莊、老城鎮、李家戶、武城鎮、郝王莊鎮）的地下水礦化度數值小于3 g/L，屬于微咸水；西部地區（包括甲馬營、魯權屯、滕莊鎮）地下水礦化度數值均大于3 g/L，屬于咸水。從變化幅度來看，研究區東部礦化度數值變化幅度小于西部變化幅度。

3）通過遙感軟件對研究區進行遙感影像處理，繪制出2010年鹽漬化土壤分類分布圖，并對其進行觀察分析，發現輕度鹽漬地與重度鹽漬地在圖中所占的面積較大，且在研究區域內均有分布，說明研究區內土壤類型均屬于鹽漬地。圖中的三個區域（老城鎮、魯權屯、武城鎮）屬于重度鹽漬地，外圍都分布有褐色的裸地。輕度鹽漬地以連續帶狀形式遍布于農田和林地之中。

4）對比分析地下水礦化度IDW插值圖和鹽漬化土壤分類分布圖，得出：插值圖中礦化度較高的魯權屯、甲馬營、騰莊鎮，在鹽漬化土壤分類分布圖中3地的鹽漬地斑塊分布密度明顯高于其他地區。鹽漬化土壤分類分布圖中的重度鹽漬地為3個，分別為老城鎮、魯權屯、武城鎮，而插值圖中礦化度數值較高地區僅有魯權屯一個區域。出現這些結果的原因是由于土壤鹽漬化的形成因素是多方面的，地下水礦化度作為土壤鹽漬化形成的一個因素，對鹽漬化的形成起到的作用是有限的。