新疆焉耆盆地地下水地球化學特征

麥麥提吐爾遜·艾則孜, 米熱古麗·艾尼瓦爾,麥爾丹·阿不拉, 古麗孜巴·艾尼瓦爾

(1.新疆師范大學 新疆干旱區湖泊環境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054; 2.新疆師范大學地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054; 3.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046)

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新疆焉耆盆地地下水地球化學特征

麥麥提吐爾遜·艾則孜1,2, 米熱古麗·艾尼瓦爾3,麥爾丹·阿不拉2, 古麗孜巴·艾尼瓦爾2

(1.新疆師范大學 新疆干旱區湖泊環境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054; 2.新疆師范大學地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054; 3.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046)

地下水; 地球化學特征; 統計分析; 焉耆盆地

地下水是陸地水資源的重要組成部分之一，是影響生態環境系統的一個重要因子之一[1]。在干旱區綠洲可利用的淡水資源中，地下水資源以其水質優良，水量較豐富和供應穩定而成為干旱區綠洲主要水源[2]。對于干旱區綠洲，地下水資源形成條件差，綠洲的發育與演化對地下水資源具有極強的依賴性，地下水資源不僅是維持干旱區綠洲社會經濟發展的重要供水水源，而且也是保護綠洲生態安全與穩定性的重要因素[3]。由于地下水資源是干旱區植被建設中的限制性因子之一，決定著干旱區植被生長與土壤上層的積鹽程度，影響地表生態環境[4-5]。

地下水的地球化學特征包括地下水的礦化度、電導率、pH值與主要離子含量，是地下水質監測與評價的基本內容[6]。干旱區綠洲淺層地下水更有其特殊性，對綠洲地下水地球化學特征的了解，有利于地下水資源的合理開發與利用。干旱區地下水礦化度較高并埋深較小的地區，在強烈蒸發作用下，溶解于地下水中的鹽分離子沿毛管水流在土壤表層積累，使土壤發生鹽漬化，不利植物生長，威脅綠洲土地資源可持續開發利用[7]。因此，對水資源缺乏的干旱區綠洲地下水地球化學特征進行研究十分必要。

目前，有關天山南部焉耆盆地地下水地球化學特征方面的研究較少。近年來，新疆焉耆盆地綠洲面積的擴展，增加了對綠洲水土資源的需求，產生了一系列生態環境問題[8]。隨著焉耆盆地不合理的水土資源開發活動的影響下，地下水礦化度日益增加，導致綠洲內部部分區域土壤次生鹽漬化，已明顯阻礙了該區域農業的可持續發展，造就焉耆盆地生態環境日益退化[9]。因此，本研究利用2013年對焉耆盆地地下水檢測資料，分析地下水資源的地球化學特征，以期為焉耆盆地地下水資源開發利用和管理的科學化提供參考。

1　研究區概況

新疆焉耆盆地地處新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州境內，為南天山山脈之間的中生代斷陷盆地，是一個典型的干旱區綠洲—荒漠交錯地區。焉耆盆地地勢北高南低、西高東低，海拔高程1 050～2 000 m，盆地最低處為我國最大的內陸淡水湖—博斯騰湖。本研究選擇的典型采樣區域(85°50′—87°50′E，41°40′—42°20′N)位于開都河下游綠洲。該區域行政上屬于新疆巴音郭楞自治州焉耆縣、和碩縣、博湖縣與和靜縣，是焉耆盆地人類活動對自然生態系統的干擾最劇烈的區域之一[8]。

焉耆盆地在氣候上屬暖溫帶大陸性干旱氣候，熱量與光照豐富，多年平均氣溫8.6℃，年降水量50～80 mm，年蒸發能力2 000～2 450 mm。在行政區劃上包括巴音郭楞蒙古自治州的焉耆、和靜、和碩與博湖四縣平原部分。焉耆盆地土壤類型多為灌耕土、沼澤土、鹽土、草甸土、棕漠土、潮土、風化土等。自然植被以羅布麻(Apocynumvenetum)、駱駝刺(Alhagisparsifolia)、紅柳(Tamarixramosissima)、麻黃(EphedraprzewalskiiStapf)、蘆葦(Phragmitescommunis)和甘草(Glycyrrhizauralensis)為主的荒漠植被[8-9]。

2　材料與方法

2.1樣品采集

在研究區內共布設了48眼地下水監測點，用GPS對每個監測點定位。在2013年4月，7月，10月，通過三次相同標準的野外調查，在研究區內總采集了48個地下水監測點總144個地下水樣品。

2.2樣品處理與分析

3　結果與分析

3.1焉耆盆地地下水化學特征

把地下水樣品按照礦化度的大小分為5個等級，即淡水(<1 g/L)、微咸水(1～24 g/L)、咸水(24～35 g/L)、鹽水(35～50 g/L)和鹵水(>50 g/L)[11]。分析結果表明，研究區內25.56%地下水樣呈淡水，39.12%為微咸水，22.85%為咸水，12.47%為鹽水。由于在焉耆盆地獨特的地貌特征及水文地質條件，造就了明顯的水文地球化學場的分帶性。在山前傾斜平原地下水水質較好，地下水化學類型主要為HCO3-Ca(Mg)型和HCO3-Ca-Na型，地下水礦化度小于1 g/L，為淡水。盆地中部平原區地下水水質較差，礦化度較大。從開都河上游向盆地中部灌溉區，地下水礦化度由0.21 g/L增加到37.45 g/L，地下水水化學類型依次為HCO3型、HCO3-SO4型、SO4-Cl型以及Cl-SO4型。可以看出，盆地內人類灌溉活動的影響導致盆地內地下水水質的變化[12]。

3.2地下水化質年內變化特征

灌區引水灌溉對發展綠洲農業生產和改善農業生態環境有著重要作用，但其產生的負面效應也是顯著的。引水灌溉導致地下水位居高不下，潛水蒸發嚴重，礦化度增大，最終導致土壤次生鹽漬化[13]。表1為焉耆盆地春季(4月)、夏季(7月)、秋季(10月)地下水中礦化度、pH值、電導率和各離子濃度的最小值、最大值、平均值、標準差以及變異系數。

表1　研究區不同時期地下水鹽分及離子組成描述統計結果

注:礦化度與離子組成單位為g/L；電導率單位為mS/cm。

3.3不同土地利用方式下地下水質變化

不同土地利用/覆被(LUCC)方式下，因地下水開采、灌水入滲與蒸發等引起地下水中溶質被移走或帶入，淺層地下水水質也會發生時空變化[14]。因此，分耕地、林地、草地和荒漠等4種土地利用/覆被類型，對比分析了研究區不同土地利用方式下的地下水化學成分(表2)。

表2　不同土地利用方式地下水鹽分及離子組成變化

注:礦化度與離子組成單位為g/L；電導率單位為mS/cm。

3.4地下水化學成分相關分析

地下水礦化度是地下水各組分濃度的總指標，礦化度的變化可以反映地下水化學組分濃度的變化，因此它能很好地反映地下水中物質組分總體的分布特征和變化趨勢[15]。為了解鹽分在地下水中的存在形態，采用相關分析法分析了地下水中礦化度、pH值、電導率與主要離子的內在關系，分析結果見表3。

表3　地下水化學成分相關關系矩陣(n=144)

注:a相關系數在0.01水平上顯著；b相關系數在0.05水平上顯著。

3.5地下水鹽分離子間主成分分析

表4　主成分的因子負荷矩陣(特征向量)、特征值及貢獻率(n=144)

4　結 論

[1]黃一帆,劉俊民,姜鵬,等.基于Modflow的涇惠渠地下水動態及預測研究[J].水土保持研究,2014,21(2):273-278.

[2]曉利,盧玲.黑河中游張掖綠洲地下水時空變異性分析[J].中國沙漠,2009,29(4):777-784.

[3]Hamid Y, Mamattursun E, Mihrigul M, et al. Variations in groundwater levels and salinity in Ili River Irrigation Area, Xinjiang, north-west China:A geostatistical approach[J]. International Journal of Sustainable Development and World Ecology,2011,18(1):56-65.

[4]郝興明,陳亞寧,李衛紅,等.塔里木河中下游荒漠河岸林植被對地下水埋深變化的響應[J].地理學報,2008,63(11):1123-1129.

[5]張俊,趙振宏,馬洪云,等.于物種生存域的干旱半干旱區地下水與植被關系研究[J].水土保持研究,2014,21(5):240-243.

[6]麥麥提吐爾遜·艾則孜,海米提·依米提,艾尼瓦爾·買買提.天山西部伊犁河灌區地下水地球化學特征[J].地球化學,2011,40(2):179-187.

[7]麥麥提吐爾遜·艾則孜,海米提·依米提,艾尼瓦爾·買買提,等.天山西部伊犁河流域土壤鹽分特征[J].環境科學研究,2010,23(6):774-781.

[8]麥麥提吐爾遜·艾則孜,海米提·依米提,祖皮艷木·買買提,等.焉耆盆地土地利用變化對生態服務價值的影響[J].水土保持研究,2012,19(6):137-141.

[9]Zulpiya M, Hamid Y, Ruozi A, et al. Source identification and hazardous risk delineation of heavy metal contamination in Yanqi Basin, northwest China[J]. Science of the Total Environment,2014,493(15):1098-1111.

[10]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京:中國農業科技出版社,2000.

[11]黃錫荃.水文學[M].北京:高等教育出版社,1985.

[12]王水獻,王云智,董新光,等.開孔河流域淺層地下水礦化度時空變異及特征分析[J].水土保持研究,2007,14(2):293-296.

[13]宋長春,鄧偉.吉林西部地下水特征及其與土壤鹽漬化的關系[J].地理科學,2000,20(3):246-250.

[14]馬興旺,朱靖蓉,李保國.綠洲土地利用對地下水礦化度時空變化影響的定量評估[J].自然資源學報,2009,24(3):466-475.

[15]趙楓.新疆阿其克蘇河沿岸地下水水質與主要離子關系研究[J].干旱區資源與環境,2011,25(11):161-164.

Geochemical Characteristics of Groundwater in Yanqi Basin, Xinjiang Mamattursun·Eziz1, 2, Mihrigul·Anwar3, Mardan·Abla2, Gulziba·Anwar2

(1.XinjiangLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China; 2.CollegeofGeographicalScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China; 3.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China)

groundwater; geochemical characteristics; statistical analysis; Yanqi Basin

2015-08-06

2015-08-22

新疆維吾爾自治區高等學校科研計劃項目(XJEDU2014S037);國家自然科學基金資助項目(41201032,U1138302)

麥麥提吐爾遜·艾則孜(1981—),男(維吾爾族),新疆喀什人,副教授,博士,碩士生導師,主要從事干旱區水資源與生態環境演變研究。E-mail:oasiseco@126.com

P592; P641.3

A

1005-3409(2016)04-0263-06