吐魯番盆地區域地下水質量評價分析

韓 鵬，李曉平

吐魯番盆地區域地下水質量評價分析

韓 鵬，李曉平

（新疆地礦局第一水文工程地質大隊，烏魯木齊 830091）

在對吐魯番盆地區域地形地貌、氣象特征、水文特征等條件分析的基礎上，對研究區區域地下水質量進行了評價和分區，并對影響指標和影響因素進行了分析。研究結果表明：研究區50組樣品中優良的有0組，良好的有18組，較好的有0組，較差的有24組，極差的有8組。根據分析指標，將該區域地下水質量劃分為水質優良區、水質良好區、水質較好區、水質較差區、水質極差區。根據研究，影響盆地內地下水質量的主要因素為自然條件。

地下水；地下水質量評價；影響因素；吐魯番盆地

吐魯番盆地南北高，中部低，是典型的封閉式盆地。以新疆吐魯番盆地區域地下水為研究對象，在野外調查和室內資料整理分析的基礎上，結合研究區區域地形地貌、氣象特征、水文特征等條件，并參考相關研究成果[1-10]，對新疆吐魯番盆地的區域地下水質量進行了評價和分區，并對影響指標和影響因素進行了分析。通過對吐魯番盆地區域地下水質量的評價和分區，可以為該地區地下水的污染防治、地下水資源保護以及保障飲水安全提供科學依據。

圖1 吐魯番盆地南北向地形特征圖

1 區域地質概況

1.1 地形地貌

1）地形：吐魯番盆地南北高中部低，是典型的封閉式盆地。博格達山山勢高大，冰川發育，海拔最高點5 445m。天格爾山，山勢高大，冰川發育，工作區內海拔最高點為4 448m。覺羅塔格山，山勢較緩，地形西部高東部低，平均海拔1 500～2 000m。鹽山-火焰山山勢較緩，最高海拔851m，呈近東西向條帶狀分布，東西向延伸216km，在吐魯番市附近，鹽山與火焰山不連續，之間的缺口寬度約為10km，在鄯善縣附近，火焰山被寬度約為16km的缺口所分開。

吐魯番北盆地平原區海拔高度在100～1 200m之間，地勢北部高南部低，地形坡度在0.8%～3％之間，北盆地南北寬度約15～30km，東西長約170km，呈東西走向的狹長帶狀盆地，面積約4 900km2。吐魯番南盆地平原區海拔高度在-154.31～1 500m之間，地勢南北高中部低，地形坡度在0.3%～2%之間，南盆地南北寬度約40km，最大寬度約50km，東西長約180km，南盆地總面積約7 100km2，海拔0m以下的低地面積約為3 450km2。此外，庫木塔格沙漠也包含在南盆地中，是具有獨特地形特征的沙漠。吐魯番盆地南北向地形特征見圖1所示。

2）地貌：吐魯番盆地地貌按形態類型可分為山地、平原和沙漠，按成因類型可分為侵蝕構造作用、構造剝蝕作用和堆積作用（洪積、沖洪積、湖積、化學沉積、沼澤沉積、風積和沖-風積）。

1.2 氣象特征

1）氣溫：吐魯番盆地及哈密盆地均地處亞歐大陸腹地，遠離海洋，屬于典型的大陸性暖溫帶干旱沙漠氣候。其特點是：冬季寒冷，夏季酷熱，降水稀少，蒸發強烈，春秋短暫且多風沙，晝夜溫差大。吐魯番盆地平原區多年平均氣溫在11～17℃之間變化；吐魯番市多年平均氣溫最高，托克遜縣居次，鄯善縣最低。多年氣溫變化幅度都較小，在3℃以內，但氣溫都呈逐年上升的趨勢。氣溫上升，冰雪融水量增加，對平原區地下水的補給將產生正向影響。

2）降水：吐魯番盆地降水量分析選用了山區和平原區共12個站點，實測資料最長的從1952～2010年，最短的1992～2000年。吐魯番北盆地的山區，由北向南，年降水量從600mm減少到150mm；平原區，由北向南，年降水量從150mm減少到10mm。吐魯番南盆地的天格爾山區，由西向東，年降水量從400mm減少到50mm；托克遜縣城以西平原區，由西向東，年降水量從50mm減少到10mm，托克遜縣城以東平原區年降水量均小于10mm。

3)蒸發：吐魯番盆地蒸發量隨高程的變化規律與降水量隨高程的變化規律相反，一般山區小于平原，隨高程的降低，水面蒸發量逐漸增大。盆地北部山區，由北向南，年蒸發量從800mm增加到1 200mm，平原區，由北向南，年蒸發量從1 200mm增加到1 600mm。南盆地的天格爾山區，由西向東，年蒸發從800mm增加到1 600mm，南盆地平原區西部，由西向東，年蒸發量從1 600mm增加到1 800mm，在中部和東部，由北向南，年蒸發量從1 600mm增加到1 800mm。

1.3 水文特征

1）河流：吐魯番盆地水系均發源于西、北部中高山區，共有大小河流14條，分別屬于博格達山水系和天格爾山水系。吐魯番盆地內除了14條主要河流外，在水文站控制點以下的非控制區內，分布有數條洪溝，也是地區地表水和地下水產流量的一部分，一般分布于海拔1 000～1 200m淺山區和平原地帶，部分洪溝分布在2 000～3 000m之間荒漠的干旱淺山區。研究統計的山洪溝有89條，總面積6 502.7km2，產流面積為4 265.9km2，地表水資源量為0.466 3×108m3（徑流深為7.04mm），降水總量為5.292×108m3（降水深為80.4mm）。

2）冰川：吐魯番盆地阿拉溝山北坡天格爾山南坡（阿拉溝河上游、艾維爾溝上游）、博格達山南坡（白楊河上游、大河沿、塔爾朗、煤窯溝、黑溝、二塘溝和柯柯亞上游）均分布有少量冰川，其他河流上游無冰川分布。

3）湖泊：吐魯番盆地內歷史上天然湖泊較多，由于人類活動影響，來自上游的入湖水系被人為截流，加劇了湖泊的萎縮和消亡，如烏尊布拉克湖和沙爾得蘭布拉克湖區早已消亡，艾丁湖也只留下的是一片鹽漠。由于艾丁湖受地質構造活動、氣候及人類活動的共同作用的影響，由淡水湖逐漸變成鹽水湖，湖水面也不斷縮小。

2 區域地下水質量評價

2.1 評價方法

主要參照《地下水質量標準》（DZ/T0290-2015）中單項組分評價和綜合評價兩種方法，具體要求與步驟如下：

1）進行各單項組分評價，依據地下水分類指標（表1）劃分組分所屬地下水質量類別。

2）類別按綜合評價分值劃分標準（公式1），分別確定單項組分評價值Fi。

3）按以下公式計算綜合評價分值F，按表2劃分質量級別。

2.2 評價指標和數據篩選

1）評價指標：參照地下水質標準（DZ/T0290-2015），將地下水質劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類等五類水。

2）數據篩選：將2014年7～8兩個月取的50組野外樣品作為本次統計數據分析的基礎。采樣點類型主要包括水源地、民井、河流渠道（地表水）、工業園區、坎兒井（地表水）、機井等。依據前評價方法，打分評價出50組樣品中優良的0組，良好的18組，較好的0組，較差的24組，極差的8組。

表1 綜合評價分值F劃分標準

2.3 檢出率和超標率統計分析

檢出率是指化驗報告中有具體數值的項占取樣總數的百分比，超標率是指檢出指標減去三類水標準值的差除以三類水標準值的商的百分比。通過對比分析超標項的分布與土地利用及污染源分布無明顯關系，超標原因為地下水背景值高。

表2 地下水質量分級標準

通過試驗數據統計，吐魯番地區的50組樣品中有檢出的單項指標為11個（圖2），其中百分之百檢出的有7個，分別為氟化物、硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度、pH。其余4個檢出率分別為六價鉻26%、碘化物46%、氨氮32%、亞硝酸鹽70%。超標的單項共有8個（圖3），超標率分別為硫酸鹽38%、亞硝酸鹽36%、溶解性總固體32%、總硬度30%、硝酸鹽22%、氯化物22%、氟化物4%、氨氮4%。

2.4 區域地下水質量評價分區

1）水質優良區:主要分布在阿拉溝-白楊河山區地帶、大河沿-柯柯亞河北盆地帶、坎兒其河地下水亞地帶、西鹽池盆地。區內地下水類型主要為凍結層水、基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水及第四系松散巖類孔隙水等幾種。其中①凍結層水在喀拉烏成山西端分水嶺的東側呈小面積分布，在北部博格達山區分布于阿克蘇溝至煤窯溝之間的北部高山區；②基巖裂隙水在喀拉烏成山區主要分布于白楊河流域及克爾堿溝流域的范圍內，地下水單項組分評價基本為Ⅰ-Ⅱ類，但個別點硫酸鹽、總硬度超標；在北部博格達山區分布于阿拉溝-白楊河、大河沿-柯柯亞河及坎兒其河系統內，多數地下水單項組分評價為Ⅰ-Ⅱ類；③碎屑巖類裂隙孔隙水零星分布于阿拉溝～白楊河山區地帶、坎兒其河山區地帶；④第四系松散巖類孔隙水主要分布于煤窯溝-黑溝沖洪積扇兩扇之間的扇間地帶，在白楊河-大河沿河之間的前山帶也有小面積分布。

圖2 吐魯番地區單項檢出率統計表

圖3 吐魯番地區單項超標率統計表

2）良好水質區:主要分布在阿拉溝-白楊河地帶、大河沿-柯柯亞河北盆地、南盆地亞系統的平原區、坎兒其河地帶、西鹽池盆地。區內地下水類型主要為凍結層水、基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水及第四系松散巖類孔隙水等幾種。其中①凍結層水主要分布于在西部喀拉烏成山及北部博格達山的高山區，合計面積約120.46km2，占良好水質區總面積的3.06%，為良好水質區分布面積最小的地下水類型；②基巖裂隙水僅分布于西部喀拉烏成山區的阿拉溝流域范圍內，多數地下水單項組分評價為Ⅰ-Ⅱ類，但少數控制點的硫酸鹽、總硬度及鎘評價為Ⅲ類；③碎屑巖類裂隙孔隙水在西部喀拉烏成山區及北部博格達山區僅零星分布；④第四系松散巖類孔隙水分布于前述第四系松散巖類裂隙孔隙水優良水質區的下游周邊地帶，同時在二塘溝-柯柯亞河之間的扇間地帶、鹽山-火焰山構造缺口的西端下游及東端也有一定面積的分布，為良好水質區分布面積最廣的地下水類型。

3）水質較好區:主要分布在阿拉溝-白楊河地帶、大河沿-柯柯亞河地地帶、坎兒其河地帶。

區內地下水類型主要為凍結層水、基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水及第四系松散巖類孔隙水4種。其中①凍結層水僅在西部喀拉烏成山區呈小面積分布，為較好水質區分布面積最小的地下水類型；②基巖裂隙水僅在南部的卻勒塔格山區零星分布；③碎屑巖類裂隙孔隙水的的較好水質區在西部喀拉烏成山區和北部博格達山區分布面積較廣；④第四系松散巖類孔隙水的較好水質區在西部喀拉烏成山區及北部博格達山區主要的溝谷、山間洼地之中和南北盆地的平原區均廣泛分布，為較好水分布面積最大的地下水類型。

4）水質較差區:主要分布在阿拉溝-白楊河地帶、大河沿-柯柯亞河北盆、南盆地、坎兒其河地帶。

區內地下水類型主要為基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水及第四系松散巖類孔隙水。其中①基巖裂隙水分布于西部喀拉烏成山區的魚兒溝上游的夏爾格達坂、鐵克達坂一帶，呈條帶狀展布；②碎屑巖類裂隙孔隙水在西部喀拉烏成山區和北部博格達山區均有分布。在西部喀拉烏成山區分布于魚兒溝南坡及克爾堿洼地一帶。除物理指標評價為Ⅰ類外，其它各單項組分評價基本為Ⅱ-Ⅲ類，個別點的氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體等項目為Ⅳ類或Ⅴ類；③第四系松散巖類孔隙水，主要位于城鎮化程度較高、人口集中的區域以及各河流中下游細土帶的集中農田灌溉區，地下水的水化學成份受人類社會經濟活動影響較明顯，單項組分指標無規律性特征，但一般溶解性總固體評價為Ⅴ類，多數控制點上陰離子中的硫酸鹽或（及）氯鹽、陽離子中的鈣離子或（及）鎂離子評價類別較高。

5）水質極差區:主要分布在阿拉溝-白楊河地帶、大河沿-柯柯亞河北盆地的平原區、南盆地、坎兒其河平原區、坎兒其河的下巴哥-七克臺山地帶、庫姆塔格東。該區涉及的地下水類型主要為基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水及第四系松散巖類孔隙水等幾種。其中①基巖裂隙水的的極差水質區主要分布于南部的卻勒塔格山區，由于其主要依靠暴雨洪流入滲補給，蒸發排泄是主要的排泄方式，總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物均評價為Ⅴ類；②碎屑巖類裂隙孔隙水在南部的卻勒塔格山區局部分布；③第四系松散巖類孔隙水主要分布于艾丁湖湖區及其周邊地帶，多數控制點主要單項組分指標均達Ⅴ類。

3 區域地下水質量影響指標和影響因素分析

3.1 影響指標分析

根據層級階梯評價法對新疆吐魯番地區區域地下水水質進行評價，評價結果可以看出：吐魯番地區地下水無I類水和II類水，III類水、IV類水及V類水分別占56％、8％和36％。影響地下水IV類水的指標主要有硫酸根、氯離子、TDS、鈉、耗氧量等5項，其中硫酸根是最主要的影響指標。導致地下水位V類的影響指標有硫酸根、氯離子、TDS、總硬度、鎂、鈉、耗氧量等7項，其中硫酸根、總硬度、氯離子是最主要的影響指標，對V類水的貢獻率分別為38%、24%、19%。

3.2 影響因素分析

吐魯番盆地為內陸盆地，海拔地勢較低，氣候干燥、炎熱，蒸發作用強烈，年平均蒸發量遠大于降水量，地下水的補給完全依靠上游側向徑流補給。吐魯番盆地地下水質量為IV類及V類的基本分布在盆地之中及南部區域，根據以往資料對比分析，地下水化學類型及地下水質量在近30年內并無明顯變化。

地下水質量差的原因主要是在地下水自山前徑流至盆地內部及南部的過程中經過不斷的溶濾作用，致使地下水含鹽量不斷升高，造成中下游地下水水質較差。調查過程中并未發現明顯造成地下水質量差的人為因素，因此影響盆地內地下水質量較差的主要因素為自然條件因素。

4 結論

1）研究區內地下水水質分布具有明顯的分帶規律。吐魯番地區由北向南水質逐漸變差，各類水大體呈東西向條帶狀分布。

2）依據層級階梯評價法對吐魯番地區地下水水質進行評價，評價結果為吐魯番地區地下水無I類水和II類水，III類水、IV類水及V類水分別占56％、8％和36％。影響地下水IV類水的指標主要有硫酸根、氯離子、TDS、鈉、耗氧量等5項，其中硫酸根是最主要的影響指標。

3）地下水質量差的原因主要是在地下水自山前徑流至盆地內部及南部的過程中經過不斷的溶濾作用，致使地下水含鹽量不斷升高，造成中下游地下水水質較差。因此，影響盆地內地下水質量較差的主要因素為自然條件因素。

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Evaluation of Regional Groundwater Quality in the Turpan Basin

HAN Peng LI Xiao-ping

(The First Hydrogeologic and Engineering Geologic Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, ürümqi 830091)

This paper evaluates regional groundwater quality in the Turpan basin based on regional landform, meteorology and hydrogeological data. The analyses for 50 sets of the groundwater samples indicate that 18 sets are good in quality, 24 sets—worse in quality and 8 sets—worst in quality. The Turpan basin may be divided into excellent water quality area, good water quality area, better water quality area, worse water quality area and worst water quality area. Natural landscape is main influence factor of groundwater quality.

groundwater; quality evaluation; influence factor; Turpan basin

2018-06-12

韓鵬（1985-），男，河南省商丘市，工程師，主要從事水文地質、工程地質和環境地質方面的工作

P641.8

A

1006-0995（2019）02-0272-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.019