呼倫貝爾高原地下水化學分析及動態變化評價

［摘要］隨著社會經濟的不斷發展，呼倫貝爾高原地下水水質狀況不斷改變，從而也深深影響著當地生態環境。本文主要介紹呼倫貝爾高原地下水化學類型，分析呼倫貝爾高原地下水補徑排條件及各項離子遷移轉化規律，并對區域地下水水質進行動態評價，地下水水質類型主要為Ⅳ類水及Ⅴ類水，主要超標組分為COD、鈉離子、總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、氟化物、氨氮，考慮影響因素為牧業污染。

［關鍵詞］呼倫貝爾高原；地下水；水質分析；動態評價

1 研究區自然地理概況

（1）氣象

呼倫貝爾高原所在區域屬于寒溫帶半干旱大陸性氣候。冬季嚴寒，夏季涼爽，春季短暫且多風，而夏季則常有東南風，冬季則以西北風為主，四季之間的溫差較大。根據海拉爾區的觀測資料，該地區年平均降雨量為25.93 mm，其中最大月降雨量出現在7月，為177.5 mm；而最小月降雨量則在2月，僅為0.8 mm。降水主要集中在夏季。年平均蒸發量為53.15 mm，其中5月份的最大蒸發量達到142.5 mm，而7月份的最小蒸發量為106.7 mm。該地區年平均氣溫為-0.21℃，最高氣溫可達35℃，最低氣溫則下降至－36℃。無霜期持續120天。凍土期從9月下旬延續至翌年4月下旬，最大厚度可達23 cm。而永久凍土層厚度約為2.23 m。該區域內最大風速記錄達到20.7 m/s。

（2）地質條件

研究區區內構造運動較頻繁，發生在石炭系晚期的造山運動，使得研究區大幅度隆起，石炭系地層出露地表，接受剝蝕，這一過程持續到侏羅系晚期才結束，這直接導致研究區缺失了自石炭系中統至侏羅系中統的大量地層。侏羅系晚期，在燕山運動的影響下，研究區開始大幅度坳陷，海拉爾盆地即是在此情況下形成的，盆地底部沉積了侏羅系上統火山巖，中部、上部沉積了白堊系、新近系地層。第四紀以來，在地形低洼處又沉積了第四系地層，從而形成了研究區內現在的地層分布格局。

（3）水文地質條件

區域的一級水文地質單元屬于內蒙古北部高原水文地質區，二級水文地質單元則劃分為高平原碎屑巖類裂隙孔隙水亞區及河谷松散巖類孔隙水亞區。由于北部、東部和南部山區基巖風化嚴重從而形成風化帶。同時，由于構造作用的影響，該地區出現了大量構造帶。這些風化裂隙帶與構造帶的存在，為地下水儲存提供了空間，因此該區域分布有不連續的基巖裂隙水，其含水層主要由火山巖系和花崗巖組成。經過多期構造變動和長期外力作用，這些地層經歷了強烈的褶皺與斷裂，使得地質體支離破碎，并且巖石節理與裂隙發育。整體而言，基巖裂隙水的富集性較差，其含水層位也極為不連續。該區域單井涌水量一般小于80 m3/d，而局部地區涌出量可達200～1000 m3/d。此外，該區域地下水質量較好，其礦化度通常低于1 g/L，主要呈現HCO3SO4-Na·Mg及HCO3-Na·Ca型等幾種化學類型。該區域地下水補給來源主要為大氣降雨，通過地表或基巖裂縫向溝谷及高平原區徑流，從而成為重要的地下水補給區。（圖1）

高平原地區在新近系和白堊系時期經歷了碎屑巖沉積。該地區新近系和白堊紀系的砂巖和礫砂巖的膠結程度較低，為地下水儲存創造了有利條件。地下水系統主要由礫砂巖和砂巖組成，厚度通常在40～90 m。地下水含水層的分布相對連續，但富水性較弱，單井出水量通常不足80 m3/d。在沉積巖中的裂隙水和孔隙水的補給來源主要是地下徑流，在與河流連接的陡崖處流入河流，從而形成區域地下水徑流區。河谷平原是由海拉爾河及其支流形成的沖積平原，由于其位居區域最低地貌位置且匯集條件極佳，因此基巖山區與高平原區的地下水最終均匯聚至此，使得該地區普遍展現出良好的富水性，是區域內強烈徑流及排泄的重要區域。該區域通常具有良好的含水性能，是強徑流和排水的重要區域。該地區的地下水補給來源包括降水、地下水徑流和地表水徑流，通過蒸發、人工開采和地下徑流進行排泄。海拉爾河一級支流的也主要由圓礫和礫石砂組成，局部地區含有中砂、細砂和粉砂，具有相當的厚度和良好的含水性能，單井出水量通常在800～2000 m3/d。海拉爾河二級支流主要由圓礫和細砂組成，相對薄弱，含水性能較差，單井出水量通常在80～800 m3/d。此外，在海拉爾河二級階地出現的地方，含水層主要由細砂和粉砂組成，由于所處位置偏高且匯集條件欠佳，因此供給不足，一般單井涌出量少于80 m3/d。

呼倫貝爾高原位于大興安嶺山脈西部的呼倫貝爾草原，地下水資源較為豐富。對呼倫貝爾高原進行地下水水質狀況分析及動態變化評價可以為區域性生態保護與生態修復提供依據。研究區由于人口相對較少，大多為牧區，工農業活動少，加之本區地下水資源相對豐富，目前與地下水有關的環境問題主要為地下水水質污染，主要本底超標離子為鐵、錳、氟、砷、碘及鈉，由地下水引起的其他地質環境問題尚不明顯。

本次數據來源于國家地下水監測工程運行維護和地下水質監測工作，國家政府和各個職能部門的共同所需，可以為內蒙古自治區規劃和建設部門提供地下水動態信息，指導地表地下水資源的優化配置，為水資源評價和綜合規劃提供更加精準的監測數據。能夠為自然資源部門、環保部門、水利部門提供長期連續的翔實數據，滿足不同領域不同部門對地下水狀況的把握和利用。能夠為內蒙古自治區重大工程實施及建成后的效益評估提供科學依據，為生態建設和環境保護相關工作提供技術支撐，大力提高自治區水資源管理和配置水平，在實現戰略部署，推動重大工程建設方面發揮積極作用，從而高效有力地服務國計民生。

4 地下水化學類型分析

呼倫貝爾高原地下水依據地貌類型及水文地質單元劃分為河谷松散巖類孔隙水亞區及高平原碎屑巖類孔隙水亞區。

（1）河谷松散巖類孔隙水亞區水化學特征

由于所處地勢較低，地下水埋藏淺，含水層顆粒較粗，厚度較大，徑流順暢，且地表水較豐富，地下水與地表水交換強烈，因此，水質好，水化學類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型為主，礦化度一般0.2～0.6 g/L；河谷后緣中，由于水位埋藏較淺，蒸發強烈，地下水徑流較緩，與地表水交換作用變弱，因此，水質稍差，水化學類型以HCO3-Na、HCO3-Na·Ca、HCO3-Na·Ca·Mg型為主，局部為Cl·SO4-Ca·Mg型水，礦化度一般0.3～1.0 g/L，局部水位較淺、徑流緩慢的地帶較大，最大為3.6 g/L。綜上所述，研究區內潛水水化學分帶性較明顯，即河谷平原中心水質好，河谷階地水質次之，而礦化度也隨著這個變化規律逐漸增大，總體礦化度均較低，一般小于1 g/L，僅局部小范圍內礦化度大于1 g/L。

（2）高平原碎屑巖類孔隙水亞區水化學特征

碎屑巖類孔隙裂隙水在研究區西南部的波狀高平原上及河谷平原第四系地層下部大面積分布。根據本次水樣分析結果，水化學類型較雜，含HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3·SO4-Mg·Na、Cl·SO4-Na、HCO3·SO4-Mg·Na、HCO3·Cl·SO4-Na、HCO3·Cl-Na、HCO3·Cl-Na、Mg、Cl-Na型水，分布不均，整體水化學類型以蒸發濃縮作用為主，礦化度范圍0.7～4.6 g/L，一般大于1 g/L。綜上所述高平原碎屑巖類孔隙水亞區水質較差。

5 地下水補徑排條件分析

區內高平原地區為地下水的徑流區，河谷區為地下水的徑流和排泄區。

區內西部和南部的波狀高平原由于地形地貌條件，海拔較高，在接受大氣降水后，這些地區以地表徑流的形式將水分排泄至河谷區。區內碎屑巖類承壓水，由于含水層埋藏深度較大，不易接受降水補給，也難以蒸發和開采。然而，由于這些承壓水與盆地周圍基巖的風化帶及構造裂隙帶直接接觸，因此能夠獲得來自風化裂隙和構造裂隙的側向補給。這種補給自南向北流動，在局部陡坎處則可能直接排泄至河谷，或通過頂托方式補給到河谷區潛水。河谷區潛水的主要補給來源包括河谷上游、北部丘陵以及南部波狀高平原區地下水的側向供給，同時也接受來自大氣降水的垂直滲入。此外，該區域內地表水與地下水之間關系也較為密切但主要表現為地下水對地表水的供給。關于潛水的徑流特征，高平原整體呈現由東南向西北方向流動，其地下水補給呼倫湖，并在局部陡坎處直接匯入河谷。潛水的排泄途徑主要包括蒸發排泄、地下徑流、補給河水以及人工開采等，其中以蒸發作為最主要的排泄方式。

6 地下水演化分析

（1）河谷松散巖類孔隙水亞區地下水演化分析

從圖2河谷松散巖類孔隙水亞區piper三線圖可以看出，大部分水樣均落點于弱酸大于強酸區域。分析原因可能是河谷區地表水豐富，地表水補給地下水，地下水交替循環較快，SO4與Cl離子不易富集，同時，水樣中HCO3及Ca、Mg離子含量普遍增多，也說明了河谷區地下水化學成分的形成以溶濾作用為主。

（2）高平原碎屑巖類孔隙水亞區水化學特征

從圖3高平原碎屑巖類孔隙水亞區piper三線圖可以看出，由于地貌形態屬于波狀起伏，加之地下水水位埋深較淺、承壓小、蒸發強度較大，地下水以蒸發作用為主，地下水中相對富集SO4和Cl離子，從而形成SO4、Cl型水。

7 地下水水質動態變化評價

呼倫貝爾高原地下水2020年度地下水共計采樣57組，水質化驗指標為37項，為取得客觀評價地下水質量動態變化情況，去除部分離子如：色度（受樣品存放時間影響），鐵離子、錳離子（受抽水設施及水管等設備影響），氟化物、砷離子及碘離子（原生組分離子）等。本年度與2019年地下水質量動態變化評價采取21項離子進行評價，包含：總硬度、溶解性總固體、氯化物、氨氮、硫酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、鉻（六價）、揮發酚、氰化物、COD、鈉、銅、鉛、鋅、鎘、汞、鋁、硒、硫化物、陰離子表面活性劑。

水質單指指標評價方法參照《地下水質量標準GB/T 14848-2017》，評價結果為：Ⅰ類4組，占取樣總數7%，呈點狀分布；Ⅱ類3組，占取樣總數5.2%，呈點狀分布；Ⅳ類水37組，大范圍分布，占取樣總數65%；Ⅴ類水13組，較大范圍分布，占取樣總數22.8%。

水質綜合變化趨勢是將每個水質監測點本年度與2019年比較：57組水樣對比統計得：區內水質變化基本以穩定為主，水質穩定29組，占據監測點數量50.8%；水質變好次之，共計18組，占據監測點數量31.6%；水質變差共計10組，占據監測點數量17.6%。地下水主要超標組分為COD、鈉離子、總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、氟化物、氨氮。呼倫貝爾高原主要的地下水污染源為牧業牛羊糞便等。

8 結語

通過對呼倫貝爾高原地下水化學類型、補徑排條件、水質演化的分析以及地下水水質的動態變化得出呼倫貝爾高原地下水水化學類型多樣，主要區域為地下水徑流區，地下水交替循環較快，地下水水質類型主要為Ⅳ類水及Ⅴ類水，主要超標組分為COD、鈉離子、總硬度、溶解性總固體、硝酸鹽、氟化物、氨氮，考慮影響因素為牧業。

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