石嘴山市星海湖天然補給水量及氟離子量分析研究

李 陽

（寧夏回族自治區水文環境地質勘察院，銀川 750021）

水中的氟離子含量過高或過低都會影響動植物的生長發育，它不僅會增加人體的齲齒發病率，侵蝕骨骼等礦化組織，還會影響動植物的新陳代謝[1]。氟過量攝入導致的氟中毒現象在我國內陸地區十分普遍，以氟過剩為特征的氟中毒主要集中于干旱及半干旱區[2]。通過認識氟的空間分布規律及高氟水形成的環境特征，人們可以有效控制病源水體，從根本上防止氟中毒的發生，保護人畜健康，探索有效利用高氟水的途徑，使干旱區本就貧乏的水資源不至于浪費[3]。本文通過查明星海湖與周邊地下水的補排關系，分析石嘴山市星海湖湖水的各類補給源，使用均衡法計算天然狀態下進入湖水的水量和氟離子量。

星海湖位于寧夏回族自治區石嘴山市大武口區東南部，與市區相接。星海湖總面積43 km2，湖區分為北域、東域、西域、中域、新域和南域六部分。常年性水域面積23 km2，平均深度1.5 m，北域、東域、西域、中域與新域最大水深在2 m左右，中域最大水深在4 m左右。星海湖周圍主要渠系有第二農場渠，賀蘭山區與星海湖相通的排洪溝有大武口溝、韭菜溝、歸德溝、大風溝和小風溝等5條溝谷。大武口溝與星海湖北域相通；韭菜溝與歸德溝連接形成歸韭溝，與星海湖中域相通；大風溝與小風溝連接形成大風溝，與星海湖南域相通。

1 星海湖各域湖水補給源分析及補排條件

在對星海湖水文地質條件進行分析后，經過野外勘查，筆者發現，星海湖湖水的主要補給來源有渠系引黃河水補給、側向地下水徑流補給以及洪水補給與大氣降水補給，主要的排泄是蒸發排泄和向地下水排泄。但調查發現，由于地形高差等原因，不同湖區的補給和排泄又有不同。

根據本次調查，星海湖東域主要接受第二農場渠引黃補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄，水位過高時還會通過開閘放水向排水溝排泄；星海湖北域主要接受第二農場渠引黃補給、大武口溝排洪溝泄洪補給、側向地下水補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄，水位過高時還會通過開閘放水向東域和中域排泄；星海湖西域主要接受地下水側向補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄。

星海湖中域主要接受第二農場渠引黃補給、歸韭溝排洪溝泄洪補給、側向地下水補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄，水位過高時還會通過開閘放水向南域排泄；星海湖新域主要接受第二農場渠引黃補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄，水位過高時還會通過開閘放水向排水溝排泄；星海湖南域主要接受第二農場渠引黃補給、大風溝排洪溝泄洪補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發排泄；星海湖北域、西域，中域和南域接受地下水側向補給，東域和新域不接受地下水側向補給，甚至反向補給地下水，但西域不接受引黃補給，且湖域面積較小，因此本次均衡計算的對象是星海湖北、中、南三域。

2 星海湖北、中、南三域氟離子含量情況

近年來，星海湖各域氟離子濃度均處于比較高的狀態[4]。星海湖各域位置及取樣點分布如圖1所示。自2017年3月以來，星海湖北域氟離子最高值出現在2017年5月，為2.41 mg/L；最低值出現在2018年5月，為1.64 mg/L。中域最高值出現在2018年6月，為1.45 mg/L；最低值出現在2017年8月，為0.8 mg/L。南域最高值出現在2018年6月，為1.28 mg/L；最低值出現在2018年2月，為0.86 mg/L。

圖1 星海湖各域位置及取樣點分布示意圖

3 補給水源攜帶進入星海湖中的氟離子

3.1 星海湖側向補給地下水氟離子含量

為了解星海湖補給地下水中的氟離子含量，筆者對大武口溝與北域交匯處地下水、歸韭溝與中域交匯處地下水、大風溝與南域交匯處地下水進行取樣化驗，取樣層位均為與星海湖有水利聯系的潛水含水層，氟離子化驗方法為離子色譜法[5]。取樣點位置如圖1所示，地下水氟離子含量如表1所示。

表1 側向補給地下水氟離子物含量

3.2 第二農渠引黃河水氟離子含量

星海湖的主要補給來源是渠系引黃補給，補給渠系為第二農場渠。在星海湖北域第二農場渠閘口進行取樣。二農渠引黃氟離子含量為0.838 mg/L。

3.3 排洪溝補給洪水與雨水氟離子含量

2018年7月22日，石嘴山市大武口區突降暴雨，導致山洪暴發，排洪溝水位暴漲，7月23日對大武口溝、歸韭溝與大小風溝洪水進行取樣。洪水與雨水氟離子含量如表2所示。

表2 洪水與雨水氟離子含量

由于雨水中氟離子濃度很低，對星海湖氟離子濃度變化影響較小，因此本次均衡計算不考慮雨水的影響。

4 星海湖北域、中域、南域氟離子補給量評價

為了解星海湖北域、中域和南域天然狀態下接受黃河水補給、側向地下水補給、洪水補給后湖水中氟離子濃度變化，筆者對2017年星海湖北域、中域和南域進行水量和氯離子均衡計算，在不考慮含水層阻滯、吸附、解吸附、溶濾和沉淀等水物理化學變化條件下，使用均衡法計算北域、中域和南域接受補給后湖區氟離子變化，如表3至表6所示。

表3 星海湖三域接受渠系引黃河水補給量以及氟離子補給量

表4 星海湖三域接受排洪溝泄洪量以及氟離子量

表5 星海湖三域接受地下水側向補給量以及氟離子量

表6 湖區接受補給后均衡計算出的氟離子濃度及湖區原年平均氟離子濃度

5 結論

根據估算，在接受引黃水補給、側向地下水補給及洪水補給后，星海湖北域、中域、南域均衡計算出的氟離子濃度分別為0.95 mg/L、0.80 mg/L、0.73 mg/L，但實際監測發現氟離子濃度高于估算值。經分析，筆者認為，原因是周圍地層中與沉積物中氟化物含量較高，星海湖周邊巖土層中氟離子溶濾進入湖中，星海湖湖底沉積物溶濾及解吸附進入湖中，為氟離子濃度升高提供來源，而湖水連通性差、流通不暢以及蒸發濃縮作用強烈等作用進一步加劇了氟離子的富集。