葉爾羌河流域典型區地下水化學特征分析

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部分面積8.44×104km2，西部山區和東部平原區面積分別為5.84×104km2和2.89×104km2。流域地形復雜多變，山區巖相從西南到東北表現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，蒸發強烈。根據調查結果，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向補給；地表水入滲轉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 月對研究區展開樣本采集，共采集到60組樣品。水化學樣品、氫氧穩定同位素樣品均由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膜塑封瓶口。

水樣測試主要在新疆自然資源與生態環境研究中心實驗室內進行，采用《地下水質量標準》所要求的測試方法。具體而言，采用Multi3420型水質測試儀現場檢測水樣的pH值、電導率和水溫。水化學組分由中心技術人員采用ICAP6300型等離子體發射光譜儀進行檢測，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人員通過MAT-253型質量光譜分析儀進行測定，測定結果采用依托VSMOW標準的千分值表示，并將測定結果精度控制在0.50‰以內。

葉爾羌河流域典型區地下水水化學特征試驗結果略。

3 地下水水化學特征分析

3.1 水化學分類

文章采用舒卡列夫分類法進行葉爾羌河流域典型區水化學類型分類，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。典型區地下水內包含23 種水化學類型，環境及成因較為復雜；SO4·HCO3—Na·Mg、HCO3—Ca·Mg·Na、HCO3—Mg·Ca·Na、HCO3—Ca·Mg、HCO3·SO4—Ca為五種主要化學類型；根據以上分類，將典型區分成Ⅰ區和Ⅱ區兩個區，每個區又進一步分成2～3 個亞區。其中Ⅰ1 為HCO3·SO4—Ca型分區；Ⅰ2為HCO3—Ca·Mg分區；Ⅱ1為咸淡水過渡帶；Ⅱ2 為HCO3—Mg·Ca·Na、HCO3—Ca·Mg·Na 分區；Ⅱ3 為SO4·HCO3—Na·Mg分區。

以上分區中Ⅰ區為淡水區，溶解性總固體含量位于0.25～0.94 mg/L 范圍內，均值0.49 mg/L；pH 值則位于7.40～7.98 范圍內，均值為7.68；且地下水類型主要表現為HCO3·SO4—Ca型和HCO3—Ca·Mg型。該分區中亞區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，因該亞區臨近西部山區，地層巖性較為復雜，地下水化學類型也頗為復雜，除HCO3·SO4—Ca 型外，還包括HCO3—Ca·Na、SO4·HCO3—Na·Ca、HCO3·Cl—Ca型水化學類型。亞區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Ⅰ1相比，TDS略低，pH值略高。

分區中Ⅱ區為咸水區，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區所不同的是，該分區內地下水中SO42-、Na+含量較大，TDS及pH 值也相應較大。其中亞區Ⅱ1 為Ⅰ區和Ⅱ區的過渡帶，地下水化學類型主要表現為HCO3—Mg·Ca·Na、SO4·HCO3—Na·Mg 型，TDS 0.45～0.48 mg/L，pH 值7.60～8.09；Ⅱ2 亞區內地下水主要為HCO3—Na·Mg型，且Na+含量比較大，是該亞區內主要的陽離子；Ⅱ3 亞區內地下水中除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，水質較差。

3.2 水化學Piper三線圖

根據葉爾羌河流域典型區地下水水化學Piper 三線圖，淺層地下水采樣較多分布于圖形左側，意味著淺層地下水內堿土離子含量比堿金屬離子含量高，其中僅Ⅱ2亞區內少數點堿土金屬離子含量低于堿金屬離子。采樣內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特征參數中最能體現總體化學組分的參數，也是表征地下水徑流條件、體現水文地球化學作用過程的重要指標，故采用TDS反映葉爾羌河流域典型區地下水內物質組分總體分布特征及變動趨勢規律。

揭示兩組變量相關關系的數理統計方法能有效體現出典型區地下水水化學組分之間的相似性、相異性以及來源的差異性和一致性。為此，根據采樣結果內TDS和其余離子具體含量的相關系數繪制相關關系圖。

在進行典型區淺層地下水TDS與其余組分相關系數計算及相關性分析的基礎上，還應進行典型區淺層地下水TDS與其余組分的回歸分析。根據Ⅰ分區內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與其余離子的關系。顯然，Ⅰ分區內地下水TDS與其余組分間線性相關性較好，相關性方程及相關系數取值具體見表2，表中x為離子含量，y為礦化度。根據表中擬合結果，Ⅰ分區內地下水礦化度和Ca2+、SO42-、Cl-離子相關性最好，與HCO3-離子相關性較弱。

表2 Ⅰ分區內地下水TDS與其余組分間線性關系表

根據Ⅱ分區內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內地下水TDS與其余組分間線性相關性具體見表3。根據表中擬合結果，該分區內地下水TDS和其余組分含量均表現為較好的線性相關性，僅與HCO3-離子相關性較弱。

表3 Ⅱ分區內地下水TDS與其余組分間線性關系表

3.4 地下水化學類型成因

葉爾羌河流域典型區地下水化學類型的形成是地質條件、氣候、徑流等綜合作用的結果，受地質結構及沉積物巖性的影響和控制，并主要表現為地下水化學成分的濃縮和溶濾作用。典型區內地下水整體呈由西向東徑流的趨勢，西部山區（即Ⅰ區）地層中燕山期巖體出露，巖性復雜，并在長期溶濾影響下，巖層內硫酸鹽和氯化物大量析出，形成該區域內以重碳酸鈣、碳酸硫酸鈣為主的水化學類型。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，水化學類型也轉變為重碳酸鈣鎂型。葉爾羌河流域典型區內東部平原區（即Ⅱ區）徑流弱，地下水埋深淺，在垂直蒸發的作用下，含鹽量提高，Na+和SO42-離子含量增大，地下水化學類型也從重碳酸鈣鎂型逐漸轉變為重碳酸鈉鎂和硫酸鈉鎂型。

4 結論

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