渭干河—庫車河綠洲地表水水質空間分布特征

木哈代思·艾日肯，買買提·沙吾提,2?，依克麗曼·阿布都米提，馬春玥

(1.新疆大學,資源與環境科學學院智慧城市與環境建模普通高校重點實驗室,830046,烏魯木齊; 2.新疆大學綠洲生態教育部重點實驗室,830046,烏魯木齊)

水資源已成為全球性問題[1],尤其是在干旱半干旱地區,水資源嚴重匱乏,水質惡化等問題日益突出,導致生態環境越來越脆弱[2]。許多國內外學者對水質狀況及其變異性方面進行了大量研究。Syed等[3]使用Piper圖等鑒定主要的水化學參數，分析出大多數地下水是不適合灌溉的；Pu Junbing等[4]利用多元統計技術評估水域物理化學參數的時空變化，發現季風變化對海岸水質有影響;何錦等[5]運用Gibbs圖、Piper圖和飽和指數等分析鮮水河斷裂帶內水質主要離子特征及地下水補給來源；張志強等[6]利用Gibbs圖、離子比值系數及多種統計分析方法,研究地下水水化學特征,并對其水質進行綜合評價。另外，也有不少學者針對一些典型干旱地區[7-9]進行了大量研究，分析出河流水質變化受多因素影響，會加大流域內土壤的鹽漬化風險，進而影響區域生態健康，這對后人研究水質變化提供了有效的理論基礎和實踐經驗。

渭干河—庫車河三角洲綠洲位于我國西北干旱地區,自然災害頻繁，生態環境脆弱，水土流失狀況嚴重[10]。目前也有不少學者[10-11]對該綠洲水質進行了一定的研究，但針對綠洲地表水水質空間分布的研究較少。鑒于此，筆者對渭干河—庫車河三角洲綠洲地表水水質變化特征和空間分布特征進行分析，探討區域地表水水質狀況，依期為該綠洲水資源管理與評價提供有利依據。

1 研究區概況

渭干河—庫車河三角洲綠洲(即渭—庫綠洲)地理坐標為E 81°26′ ～83°17′、N 41°06′ ～ 41°38′，是中國西北部地區新疆塔里木盆地中北部的天山南麓洪積、沖積平原帶，是一個完整的、典型的山前扇形沖洪積平原綠洲[12]，如圖1遙感影像圖所示。渭一庫綠洲氣候屬于大陸性暖溫帶干旱氣候,風沙頻繁，降水稀少主要受到了天山的地形梯度變化的影響,隨著高程的逐漸上升而增多，蒸發量大，晝夜溫差大，夏季干熱，冬季干冷，造成該區域土壤鹽漬化。各縣歷年平均溫度都在10 ℃以上，綠洲全年平均氣溫為10.8 ℃，多年平均降雨量為65 mm,多年平均干旱指數高達20.2；構成地表水徑流量的主要河流有渭干河、庫車河、塔里木河三條河流，各河流年徑流量分別為22.34億、3.575億、43.88億m3 [12]。

圖1 研究區位置示意圖(2017年5月Landsat 8 R∶G∶B=6∶5∶3)Fig.1 Location of the study area (May 2017 Landsat8 image R∶G∶B=6∶5∶3)

2 材料與方法

圖2 采樣點分布示意Fig.2 Sampling point distribution

筆者運用統計分析、Gibbs圖及Pipper圖來了解研究區地表水化學類型和主要控制的因素；借助GS+軟件及ArcGIS 10.2軟件中緩沖區分析及Kriging法得到對水質要素在主要河流范圍內的空間插值結果，對該綠洲地表水水質空間上的規律進行綜合分析。

3 結果與分析

3.1 水化學特征

表1 采樣點水化學參數描述性統計Tab.1 Descriptive statistics of water chemical parameters sampling point

3.1.2 水化學分布特征 Piper圖主要是以陽離子和陰離子的每毫升當量比例(%)的形式來表示水化學類型[13]。將2016年4月及2017年5月采樣點數據在Piper三線圖中可知地表水水化學類型在空間分布上具有相似性如圖3所示，按舒卡列夫分類方法[14]，可劃分為Cl-SO4-Na-Mg、Cl-SO4-Ca-Mg、HCO3-Cl-SO4-Na-Ca-Mg等類型。

圖3 水化學Piper圖Fig.3 Water chemistry Piper diagram

3.1.3 水化學控制因素 為確定水化學類型形成的控制因素，通過Gibbs圖來定性地判斷研究區域中巖石、大氣降水及蒸發-濃縮作用等對水化學類型影響。將2016年4月渭庫綠洲灌溉水、排堿渠水和地下水采樣水樣數據及2017年5月水樣描述在Gibbs模型中，如圖4所示。

3.2 地表水質空間變異特征分析

圖4 2016、2017年渭庫綠洲水樣水化學Gibbs圖Fig.4 Gibbs distribution map of water chemistry in Ugan-Kuche river oasis in 2016 and 2017

類別Types變異函數模型Theory model塊金值 NuggetCo基臺值 SillCo+C塊金值/基臺值Nugget/Sill Co/Co+C/%變程Variation/km殘差平方和Residual square sum決定系數R2K+指數模型Exponential0.1390.94285.21.2060.1570.758Na+球狀模型Spherical0.624.59886.51.7861.860.757Ca2+線性模型Linear0.2510.65161.50.6770.1240.495Mg2+高斯模型Gaussian0.5222.94382.31.5950.3380.819Cl-高斯模型Gaussian0.5083.02683.21.2540.7120.827SO2-4高斯模型Gaussian0.4472.90484.61.4720.4820.808HCO-3指數模型Exponential0.0630.31880.35.9970.0140.322pH指數模型Exponential0.0140.12388.70.1133.80E-030.298TDS高斯模型Gaussian0.0080.01750.30.8991.81E-040.253EC高斯模型Gaussian0.3142.13285.31.4840.2240.827

Notes: TDS: Total dissolved solids. EC: Electrical conductivity. The same below

圖5 克里格插值結果圖Fig.5 Result graph by Kriging interpolation

4 結論與討論

4.1 地表水水質變化特征

4.2 地表水質空間分布特征

通過半方差函數和Kriging插值發現各水質指標總體特征在庫車河中下游表現較為顯著，該結果與張培楠[16]研究結論相一致，研究區地表水隨著海拔降低，農業活動等人為因素對水中離子濃度的貢獻增加；且渭-庫綠洲土壤質地以輕壤和沙壤為主，地層黏粒含量高、顆粒細，地下水徑流不暢，蒸發作用強烈，大氣降雨沖刷地表物質和土壤，使土壤顆粒和可溶物質隨水流發生運移，使渠水和淺層地下水各種離子濃度增加，將鹽分攜至地表，極易產生積鹽[12]，加劇鹽漬化程度，使生態環境遭到破壞。

綜上所述，開展對渭干河—庫車河三角洲綠洲地表水水質空間分布特征研究是非常必要的，后續的研究中應該加強水質季節性的特征研究，探討河流水質季節性、時間尺度及其空間尺度上的特征變化，將有助于深入分析地表水水質特征的研究。