新疆塔里木盆地灌區地下水水質空間變化及其影響因素

閆志雲，曾妍妍*，周金龍，孫 英

新疆塔里木盆地灌區地下水水質空間變化及其影響因素

閆志雲1,2,3，曾妍妍1,2,3*，周金龍1,2,3，孫 英1,2,3

（1.新疆農業大學 水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術研究中心，烏魯木齊 830052；3.新疆水利工程安全與水災害防治重點實驗室，烏魯木齊 830052）

【目的】研究新疆塔里木盆地灌區地下水水質空間變化及影響因素?！痉椒ā恳罁? 292組地下水水質檢測資料，通過描述性統計分析方法和Piper三線圖解法分析地下水化學組分特征及水化學類型，采用水質指數法、USSL圖和Wilcox圖解法對灌區地下水水質進行了評價，運用克里金插值法、因子分析和離子比值等方法對灌區地下水水質空間變化及其影響因素進行了分析?！窘Y果】山前礫質傾斜平原區地下水質量優于中下游的細土平原區，地下水從山前礫質傾斜平原區流動到細土平原區的過程中，經過巖石的溶濾作用，致使地下水中離子量增多，水質逐漸趨于劣化。灌區地下水可溶性鹽濃度過高，通過強烈的蒸發作用使埋藏較淺的地下水中的鹽類離子析出，使得鹽分積聚地表，會加重土壤鹽漬化；灌區地下水水質優劣排序為：單一結構潛水>承壓水>承壓水區潛水?！窘Y論】灌區地下水水質受蒸發濃縮和礦物溶解的復合作用、原生地質的氧化還原環境以及人為活動的影響，除此之外，還受到含水層類型、地下水補徑排條件和陽離子交換作用的影響。

地下水；質量評價；空間變化；因子分析；塔里木盆地灌區

0 引 言

【研究意義】在干旱區，隨著地下水資源在灌區廣泛的應用，地下水水質引起了諸多學者的關注。人類活動的日益加劇，廢物的排放使地下水水質遭受到了污染。與地表水相比，地下水更新速度慢且埋藏較深，其污染隱蔽，不易發現，一旦污染很難修復[1]；為提高農作物的產量而過度使用農藥和化肥，使其殘留物經過大氣降水或灌溉水的淋濾作用會對灌區的土壤、植被以及地下水造成污染[2]。若在灌區使用水質較差的地下水進行灌溉，會破壞土壤結構和土壤肥力，抑制植物生長[3]。故有必要對灌區地下水水質進行評價。【研究進展】王昭等[4]對華北平原進行水質評價，確定影響水質質量的主要指標為溶解性總固體、硝酸鹽等；高振凱等[5]發現寧夏吳靈灌區大多為I—Ⅳ類水，極少V類水，該區地下水水質差的主要原因是農業污染；劉中培等[6]發現從1996—2016年河南省人民勝利渠灌區地下水水質惡化明顯，且多為復合指標超標。當今國內采用較多的灌溉水水質評價方法有灌溉系數法、模糊綜合評價法和鈉吸附比法等[7]；USSL圖、Wilcox圖相結合的灌溉水分類圖方法綜合考慮了鹽、堿化指標，適用于干旱區灌溉水的質量評價[8]?！厩腥朦c】前人多對新疆喀什、和田等地區的地下水水質進行評價，但對整個塔里木盆地灌區的地下水水質方面的研究較少，且從空間變化的角度來闡述塔里木盆地灌區地下水水質的優劣和成因有待進一步研究?！緮M解決的關鍵問題】本文采用水質指數法對塔里木盆地灌區地下水飲用水水質進行評價，采用USSL和Wilcox圖解法進行灌溉水水質評價，同時系統分析了灌區地下水水質的空間變化規律及其主要影響因素，旨在為塔里木盆地灌區地下水可持續開發利用和污染防治提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

新疆塔里木盆地位于中國的西北內陸干旱區，地勢西高東低，向東傾斜，是中國面積最大的內陸盆地[9]。盆地南部為昆侖山-阿爾金山山脈，北部為天山山脈，盆地由山前的礫質平原向下過渡為細土平原、沙漠或湖泊，總體呈環狀分布[10]。年均降水量僅50～60 mm，年均蒸發量高達2 000～3 400 mm。盆地為暖溫帶大陸性干旱氣候，干旱少雨，日照時間長，春夏有較多風沙天氣，冬季氣溫較低[11]。

本文的研究區范圍為塔里木盆地灌區，灌溉水源主要為高山冰雪融水，灌區耕地面積2.50×104km2，有效灌溉面積1.82×104km2，主要種植小麥、玉米和棉花等農作物[12]。東至庫木塔格沙漠，南北西三面均至山前，環盆地沖洪積平原為向心狀。單一結構潛水主要分布于山前礫質傾斜平原區，以砂礫石、粗砂為主，主要受大氣降水入滲補給及山前基巖裂隙水的側向補給，水流交替條件較好；多層結構潛水-承壓水分布于細土平原區，上部承壓水區潛水，下部承壓水，該含水層介質顆粒較細，以細砂和粉砂為主，主要受河流、水庫、田間灌溉水的入滲補給。地下水排泄方式主要以蒸發、植物蒸騰為主，其次以泉、人工開采等方式排泄[13]。

1.2 樣品的采集與測試

2014—2018年采集地下水水樣1 292組（其中，單一結構潛水水樣518組，承壓水區潛水水樣198組，承壓水水樣576組）（圖1）。2014—2018年地下水水樣嚴格按《地下水環境監測技術規范（HJ/T 164—2004）》進行采集、保存和送檢。水樣測試由中國地質科學院水文地質環境地質研究所和新疆地礦局第二水文地質工程地質大隊實驗室完成，現場測定pH值、水溫和電導率（）等指標，實驗室測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、F-、Fe、總硬度（TH）和溶解性總固體（TDS）等指標，其中，K+、Na+和Fe采用火焰原子吸收分光光度法測定，TH、Ca2+、Mg2+和HCO3-采用乙二胺四乙酸二鈉滴定法，Cl-為硝酸銀容量法，SO42-為硫酸鋇比濁法測定，F-用離子電極法測定，TDS使用烘干稱質量法測定，除Fe和NO3-的檢測下限分別為0.03和0.02 mg/L，其他指標檢測下限均為0.10 mg/L。根據陰陽離子平衡檢驗方法，所測數據陰陽離子平衡誤差值皆＜±5%，說明所有數據均為可靠數據。

1.3 研究方法

1.3.1 飲用水水質評價

采用水質指數法（Water quality index,）對灌區地下水進行飲用適宜性評價[14]。

式中：表示樣品數量；ω表示第個樣品不同指標各級標準值的均值；X表示指標的測定值；W表示權重；S表示指標的標準限值，依據《地下水質量標準（GB/T 14848—2017）》Ⅲ類地下水限值劃定（表1）。根據值將地下水分為5類（表2）。

圖1 地下水取樣點分布圖

表1 水質評價指標的標準限值

注 pH值為無量綱，其余單位為mg/L。

表2 水質指數分類表

1.3.2 灌溉水水質評價

采用USSL圖（鈉吸附比（）與的相關關系）綜合考慮地下水堿害與鹽害對土壤的影響[15]，同時，采用Wilcox圖（鈉百分比（）和的相關關系）分析地下水水質對土壤和作物的影響，進行灌溉水水質分類[16]。

2 結果與分析

2.1 地下水水化學特征分析

采用描述性統計分析灌區地下水化學組分特征，pH值范圍為6.39～10.50；地下水中優勢陽離子以Na+為主，優勢陰離子以Cl-和SO42-為主（表3）。水樣中TDS為138.9～358 694.0 mg/L，均值為4 768.9 mg/L，其中淡水（TDS<1 g/L）、微咸水（TDS為1～3 g/L）、咸水（TDS為3～10 g/L）和鹽水（TDS為10～50 g/L）分別占總水樣的37.9%、36.3%、21.1%和4.7%。水樣中TH為1.5～47 536.2 mg/L，均值為1 262.5 mg/L。其中極軟水（TH≤75 mg/L）、軟水（75 mg/L450 mg/L）分別占總水樣的2.3%、3.4%、15.6%、16.4%、62.3%。

表3 地下水水化學指標特征參數統計表

注單位μS/cm；“ND”為未檢出；“-”表示無標準限值，不計超標率。

從Piper三線圖（圖2（a）—圖2（c））可以看出，研究區不同含水層其水化學環境也有差異，單一結構潛水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分別占陽離子總量的45.4%、28.8%和25.8%，SO42-、Cl-和HCO3-分別占陰離子總量的39.6%、35.9%和24.5%，水化學類型以SO4·Cl-Na（15.4%）和SO4·Cl-Na·Mg（12.0%）為主；在承壓水區潛水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分別占陽離子總量的47.3%、26.5%和26.2%，SO42-、Cl-和HCO3-分別占陰離子總量的44.3%、37.4%和18.3%，水化學類型以SO4·Cl-Na（23.0%）、SO4·Cl-Na·Ca（22.0%）和SO4·Cl-Na·Mg（15.5%）為主；在承壓水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分別占陽離子總量的46.3%、26.4%和27.3%，SO42-、Cl-和HCO3-分別占陰離子總量的47.5%、34.7%和17.8%，水化學類型以SO4·Cl-Na（20.5%）和SO4·Cl-Na·Mg（18.0%）為主。

圖2 地下水Piper三線圖

2.2 地下水水質評價結果

2.2.1 飲用水水質評價

為更加全面地反映地下水飲用適宜性，根據檢測結果選取8個超標指標（TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、F-和Fe）作為評價因子，根據水質指數法計算可知單一結構潛水水質未超標率為61.2%（I、II、III類水分別占比為7.2%、24.5%和29.5%），超標率為38.8%（IV類和V類水分別占比為14.1%和24.7%）；承壓水區潛水水質未超標率為36.3%（I、II、III類水分別占比為10.1%、13.1%和13.1%），超標率為63.7%（IV類和V類水分別占比為12.7%和51.0%）；承壓水水質未超標率為51.0%（I、II、III類水分別占比為7.1%、20.5%和23.4%），超標率為49.0%（IV類和V類水分別占比為12.2%和36.8%）（表4）；由不同含水層的超標率可知，按水質優劣排序：單一結構潛水＞承壓水＞承壓水區潛水。灌區單一結構潛水多分布在山前礫質傾斜平原區，受大氣降水入滲補給和山區基巖裂隙水的側向補給，水質相對較好；地下水從山前礫質傾斜平原區流動到細土平原區的過程中，受上游的側向補給，細土平原區地下水埋深較淺，受蒸發作用的影響，致使地下水中TDS升高趨于咸化，水質劣化。另外，水巖相互作用和承壓水區潛水的垂向補給，致使承壓水中離子超標，水質劣化。

表4 飲用水水質評價結果

2.2.2 灌溉水水質評價

由于水樣數據檢測較少，只選用含檢測數據的367組水樣用于灌溉水水質評價。USSL圖中鈉吸附比主要用于表征地下水對土壤的鈉害，即通過降低土壤的滲透性，進而抑制作物對水的吸收。根據和值大小將圖3劃分為16個區域，圖中C代表鹽化級別，值越大表示可溶性鹽質量濃度過高，用于灌溉會使土壤趨于鹽化；S代表堿化級別，值越大，土壤越趨于堿化[3]。單一結構潛水在C1-S1、C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C4-S3和C4-S4區域中分別占比1.3%、7.5%、42.8%、10.1%、7.5%、14.5%、8.8%和7.5%；承壓水區潛水在C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C4-S3和C4-S4區域中分別占比2.7%、17.3%、21.3%、1.4%、28.0%、20.0%和9.3%；承壓水在C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C3-S3、C4-S3、C3-S4和C4-S4區域中占比14.3%、21.1%、18.7%、3.0%、24.1%、1.5%、10.5%、0.8%和6.0%；只有C1-S1、C2-S1和C3-S1區域的地下水適宜灌溉，其他區域均不宜用于灌溉，適宜灌溉水樣占比為39.2%，不適宜灌溉水樣占比為60.8%。

Wilcox圖是根據和的大小將灌溉水水質劃分為5類，單一結構潛水在水質極好、水質良好、水質適宜、水質保留和水質不適宜區分別占比6.3%、6.3%、33.3%、20.8%和33.3%，承壓水區潛水分別占1.3%、1.3%、17.3%、6.7%和73.4%，承壓水分別占比13.5%、4.5%、19.5%、19.5%和43.0%。水質極好、水質良好和水質適宜區為可直接灌溉區域，水樣占比為37.6%；水質保留和水質不適宜區為不可直接灌溉區域，水樣占比為62.4%，與USSL圖中灌溉水評價結果較相近。在灌溉期灌區內的地下水埋深變淺，在蒸發作用下，鹽分累積于地表，導致鹽漬化，有研究表明在塔里木盆地的天山南麓山前平原區和喀什三角洲鹽漬化較為嚴重，盆地的東部鹽漬化較輕[17]。

圖3 灌溉水水質的USSL圖

圖4 灌溉水水質分類的Wilocx圖

2.3 灌區地下水水質空間變化

為了直觀反映塔里木盆地灌區地下水水質的空間變化，采用ArcGIS克里金插值法繪制出灌區各含水層地下水水質的空間分布圖（圖5）。

單一結構潛水含水層水質指數低值區（≤200）主要分布在喀什地區的喀什市、疏附縣和葉城縣，和田地區的和田市和墨玉縣，阿克蘇地區的拜城縣、溫宿縣和烏什縣等區域，其中水質中等類分布最廣，水質良好次之；水質指數高值區（＞200）主要分布在喀什地區的英吉沙縣、莎車縣和巴楚縣，和田地區的民豐縣，巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱“巴州”）的且末縣和若羌縣，阿拉爾市和阿克蘇地區的沙雅縣，其中水質極差類分布范圍最廣。

承壓水區潛水含水層水質指數低值區（≤200）主要分布在喀什地區的葉城縣，阿克蘇地區的阿克蘇市、庫車市和新和縣等區域，巴州的和靜縣、博湖縣和和碩縣等區域，其中水質中等類分布范圍最廣；水質指數高值區（＞200）主要分布在喀什地區，和田地區的民豐縣，巴州的且末縣、若羌縣、尉犁縣和庫爾勒市等地區，阿克蘇地區的阿克蘇市和沙雅縣，其中水質極差類分布范圍最廣。

承壓水含水層水質指數低值區（≤200）主要分布在喀什地區的葉城縣，阿克蘇地區的阿克蘇市、庫車市和溫宿縣等區域，巴州的和靜縣、和碩縣、若羌縣等區域，其中水質中等類分布范圍最廣；水質指數高值區（＞200）主要分布在喀什地區，巴州的且末縣、若羌縣、尉犁縣和庫爾勒市等地區，阿克蘇地區的阿克蘇市和沙雅縣，其中水質極差類分布范圍最廣。

綜上，I、II、III類水在喀什、阿克蘇等地區均有分布，但所占比例較小，IV、V類水主要分布在喀什地區，另外在阿克蘇地區和巴州的部分縣、市均有分布。

2.4 地下水水質空間變化的影響因素分析

2.4.1 因子分析

首先進行各指標間的相關性分析，由表5可知，Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、TDS和TH等指標之間都存在顯著相關關系，說明信息有重疊部分，為了便于分類分析，需要降維來進行因子分析。選取8項超標指標TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、F-和Fe等進行因子分析，另外由于Ca2+、Mg2+量對TDS、TH影響較大，HCO3-與諸多離子相關性較大，故也作為因子分析的指標。對11項指標進行檢驗和巴特利球體檢驗后，單一結構潛水、承壓水區潛水、和承壓水這3種不同含水層值分別為0.677、0.519、0.765，均可做因子分析。采用主成分分析分別提取出公因子4個、4個和2個，并利用最大方差法計算旋轉因子載荷[18]，由表6可知，3種含水層水樣的F1因子貢獻率均大于其他因子貢獻率，這表明F1因子對地下水水質影響重大。

表5 水化學指標相關系數矩陣

注 “*”表示在0.05水平下顯著相關；“**”表示在0.01水平下極顯著相關。

表6 水化學指標旋轉因子載荷矩陣

在單一結構潛水中F1因子載荷較高的指標為TDS、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-和TH，均與F1高度相關（因子載荷皆＞0.75），由圖6可知，取樣點多分布在受蒸發濃縮和巖石溶濾作用控制的區域，在強烈的蒸發濃縮作用下，易形成以Na+、Cl-為主的高TDS水，另外有少量取樣點分布在Gibbs圖之外，可能受到人類活動或者陽離子交換作用；（Ca2+/Na+）、（HCO3-/Na+）和（Mg2+/Na+）等離子比值關系可反映離子來源（圖7），灌區地下水水化學離子主要分布在蒸發鹽巖和硅酸鹽巖所控制的區域，另有少量離子分布在碳酸鹽巖控制區域，說明Na+離子主要受蒸發鹽巖的溶解，Ca2+、Mg2+等離子受硅酸鹽巖礦物的風化溶解作用，隨著Ca2+、Mg2+的增大，會導致TH的增大[19]。F2因子荷載較高的指標為HCO3-和F-，與F2因子高度相關，HCO3-來源于碳酸鹽的溶解，除此之外灌區存在大量油田，在油田附近的地下水中含有足量的有機物和微生物，可降解的有機物與SO42-、NO3-等氧化劑反應會產生大量CO2和HCO3-[20]，F-來源于螢石（CaF2）的溶解。F3因子載荷較高的指標為Fe，在還原環境中，溶解性增強，伴隨著鐵氧化物的還原性溶解，致使Fe2+增多，在氧化環境中，Fe2+被氧化沉淀，導致地下水中含鐵量增多[21]。F4因子載荷較高指標為NO3-，硝酸鹽污染較重地段分布于農田耕作區，由于污水排放和大量施用農業化肥，在降水和農業灌溉時NO3-下滲進入土壤，通過包氣帶進入地下水，使得地下水水質劣化[22]。

在承壓水區潛水中F1、F2因子中載荷較高的指標與單一結構潛水的中的指標一樣，其來源也相似，F3因子中載荷較高的因子為NO3-，F4因子中載荷較高的因子為Fe，F3的貢獻率大于F4的，表明在該含水層中NO3-對水質的影響程度大于Fe的，可能是在該層含水層中受到人類活動的影響較大。

圖6 Gibbs圖

圖7 Na端元圖

在承壓水中只有F1和F2因子，F1因子中載荷較高指標與F1高度正相關，F1因子也代表了蒸發濃縮和礦物溶解的復合作用，F2因子中HCO3-、F-和Fe載荷較高，F2代表了原生氧化還原環境和螢石等礦物的溶解作用。

2.4.2 其他影響因素分析

1）水文地質條件

塔里木盆地降水稀少，蒸發強烈，蒸降比為1∶40～1∶56，鹽類離子主要來源于土壤和巖石，內陸河從山區淋溶鹽分，通過地表水和地下水徑流，向盆地輸送，一部分通過強烈的蒸發作用使埋藏較淺的地下水中的鹽類離子析出，使得鹽分積聚地表，造成鹽漬化，另一部分隨著地下水徑流排向下游，最后注入湖泊或沙漠[10]。單一結構潛水多分布在山前礫質傾斜平原區，該區域含水層巖性為砂礫石或粗砂，地勢起伏顯著，水力梯度較大，超標離子易遷移；多層結構潛水-承壓水多分布在細土平原區，上部為潛水，下部為承壓水，該區域含水層巖性為細砂、黏土與亞砂土，地勢較為平緩，地下徑流遲緩，水力梯度相對較小，減緩了超標離子的運移，使地下水中超標離子增多，水質劣化。

2）人為因素

通過利用Ca2+、SO42-和NO3-的3項指標數據對人為影響因素進行定量計算，分析工礦活動、農業活動和生活污水對地下水水質的影響[3]，圖8表明單一結構潛水、承壓水區潛水和承壓水受工礦活動和農業活動影響較大，在灌區單一結構潛水區和承壓水區內有較多的工業區、石油和煤礦等，根據《新疆統計年鑒》2019年新疆工業廢水排放量1.59億t，工業廢水、廢渣的排放使得地下水中SO42-、Cl-量升高；為提高農作物產量，大量使用化肥和農藥，塔里木盆地化肥總使用量約為100.47萬t，化肥和農藥的施用，使得NO3-直接進入水體，另外NH4+可經過硝化作用氧化成NO3-[23]，大量的農業灌溉水垂直入滲補給地下水，同時鹽分和超標離子從土壤水遷移到地下水中，使得地下水水質劣化。

3）陽離子交換

當（Ca2++Mg2+-SO42--HCO3-）與（Na+-Cl-）的比值接近-1，則表示發生了陽離子交換作用[24]。由圖9（a）可以看出單一結構潛水、承壓水區潛水和承壓水的2分別為0.936、0.987和0.952，表明線性擬合效果極好；單一結構潛水、承壓水區潛水和承壓水直線斜率分別為-1.04、-1.01和-0.97，說明研究區水樣陽離子交換強弱為承壓水區潛水>承壓水>單一結構潛水，因為承壓含水層的地下水動力條件差，沉積物顆粒較細，使得陽離子交換更加明顯。

利用氯堿指數（-1和-2）進一步分析陽離子交換作用發生的強度和方向，若（-1和-2）均為負值，地下水中Ca2+、Mg2+與顆粒物上的Na+發生離子交換，使得地下水中Na+量升高，Ca2+、Mg2+量降低[25]；若二者均為正值，則反之。如圖9（b）所示，絕大部分采樣點-1和-2均小于0，表明發生了反向陽離子交換作用，氯堿指數減小，陽離子交換作用增強，地下水中Na+量增多，導致水質劣化。

圖9 γ(Ca2++Mg2+-SO42--HCO3-)/γ(Na+-Cl-)和氯堿指數圖

3 討 論

塔里木盆地灌區地下水水質在水平和垂向上呈現不同的規律，水平方向上，從山前礫質傾斜平原向中下游細土平原地下水水質逐漸變差；垂直方向上，地下水水質優劣呈現單一結構潛水>承壓水>承壓水區潛水的特點。由于山區降水豐富且常年積雪，大氣降水和冰雪融水為山前礫質傾斜平原的單一結構潛水提供了補給來源，水質相對較好，而位于細土平原區的承壓水區潛水受到強烈的蒸發濃縮作用，水質相對較差，這與尹立河等[26]對西北內陸河流域平原區所述結果一致。為了人們生活的需要，在河流上游段修建水庫或者人工渠系，將河水引入灌區，在河流的上、中游灌區內，地下水位上升，經地表的強烈蒸發后，鹽分留于土壤表層，再經過地表徑流的垂直入滲，致使地下水中值增大，不宜灌溉的水樣增多[27]；由灌溉水水質評價結果可知，可灌溉水樣與不可灌溉水樣占比約為2∶3。在灌溉期，地下水位上升，在蒸發作用下，地下水埋深較淺的地下水中的鹽分易于累積于土壤表層，加重鹽漬化現象。喬木等[17]對塔里木盆地灌區鹽漬化現象進行研究認為塔里木盆地灌區以硫酸鹽-氯化物、氯化物-硫酸鹽、氯化物等鹽分類型為主，總體是塔里木盆地東部和東南灌區鹽漬化較輕，北部和西部灌區鹽漬化較重。另外在原生環境下非鹽漬化區，地下水的強烈開采，會導致常量組分升高，TDS增大，污染組分和污染程度增加，也會致使水質劣化[27]；塔里木盆地灌區灌溉水對土壤鹽分的淋濾作用較強，而姚玲等[28]表明，河套灌區大氣降水對土壤的淋濾作用強于灌溉水，這可能是兩地氣候差異所致。河流和渠系污染源主要來自于工業廢水和生活污水，引水灌溉致使污染物進入到地下水中，水質劣化[29]，另外，灌區周邊有大量的農牧場，糞便和化肥農藥的不當處理，致使硝酸鹽量升高，這與秦景等[30]對北京市西南山前平原中的研究結果一致。本文結合水文地球化學方法對地下水水質成因進行分析。在今后的研究中，還可以考慮將遙感技術、同位素技術和水文地球化學等方法相融合，對研究區地下水水質劣化的成因進行深入探討。

4 結 論

1）塔里木盆地灌區地下水pH值范圍為6.39～10.50，TDS相對較高，多為高礦化度水。陽離子以Na+離子為主，陰離子以SO42-和Cl-為主，其中SO42-超標率最大，高達72.4%，地下水水化學類型主要為SO4·Cl-Na、SO4·Cl-Na·Mg和SO4·Cl-Na·Ca型。塔里木盆地灌區I、Ⅱ、III類水所占比例較小，IV類和V類水所占比例較大，含水層水質的優劣表現為單一結構潛水>承壓水>承壓水區潛水。

2）地下水水質主要受到蒸發濃縮作用以及巖石溶濾作用的影響，使得地下水中Na+、SO42-和Cl-等離子超標，山前礫質傾斜平原和細土平原區由于地勢和水動力條件的差異，使得細土平原區水質較差，另外，反向陽離子交換使得Na+量升高，地下水水質進一步劣化。

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Spatial Change in Groundwater Quality and Its Determinants in Irrigation Areas at Tarim Basin, Xinjiang

YAN Zhiyun1,2,3, ZENG Yanyan1,2,3*, ZHOU Jinlong1,2,3, SUN Ying1,2,3

(1. College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China;2. Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China;3. Xinjiang Key Laboratory of Hydraulic Engineering Security and Water Disasters Prevention, Urumqi 830052, China)

【Objective】This paper is to analyze the spatial change in groundwater quality and its determinants in irrigation areas in Tarim Basin in Xinjiang, in attempts to provide a baseline guidance for sustainable utilization of groundwater resources and alleviating groundwater pollution.【Method】The analysis was based on 1 292 groundwater quality measurement data, from which we analyzed the groundwater chemical composition and chemistry types using the descriptive statistical analysis method and the Piper trilinear diagram method. The groundwater quality was analyzed using the water quality index method, USSL diagram and Wilcox diagram; spatial variation in groundwater quality and its determinants were calculated using the Kriging interpolation, factor analysis and ion ratio methods. 【Result】Groundwater quality in the gravelly inclined plain in front of the mountain was better than that in the fine soil plain in the middle and low reaches of the basin. Dissolution of rocks increased ion contents in the groundwater, and groundwater quality deteriorates gradually from the gravelly inclined plain to the fine soil plain. The soluble salt concentration of groundwater in irrigation areas was considerably high; ions in shallow groundwater precipitated due to evaporation, resulting in salt accumulation on the soil surface. The factors affecting groundwater quality are ranked in the order: single structured unconfined groundwater>confined groundwater>unconfined groundwater in confined area. 【Conclusion】The groundwater quality in the irrigation areas was jointly affected by evaporation and mineral dissolution, the redox in original geology, and human activities, in addition to aquifer type, groundwater recharge-discharge, runoff and cation exchange.

groundwater; quality evaluation; spatial variation; factor analysis; irrigation area of Tarim Basin

閆志雲, 曾妍妍, 周金龍, 等. 新疆塔里木盆地灌區地下水水質空間變化及其影響因素[J]. 灌溉排水學報, 2022, 41(8): 70-79.

YAN Zhiyun, ZENG Yanyan, ZHOU Jinlong, et al. Spatial Change in Groundwater Quality and Its Determinants in Irrigation Areas at Tarim Basin, Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(8): 70-79.

1672 - 3317（2022）08 - 0070 - 10

P641.69

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021541

2021-11-04

新疆自治區自然科學基金項目（2019D01B18）；國家自然科學基金項目（42067035）；“新疆水利工程安全與水災害防治自治區重點實驗室”2021年開放課題（ZDSYS-JS-2021-10）

閆志雲（1995-），男，甘肅民樂人。碩士研究生，主要從事干旱區地下水水質評價相關研究工作。E-mail: d1259119257@163.com

曾妍妍（1989-），女，江西吉水人。副教授，碩士生導師，主要從事水土環境地球化學與劣質地下水處理等研究工作。E-mail: 644257818@qq.com

責任編輯：白芳芳