新疆焉耆盆地地下水地球化學(xué)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(xué) 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054; 2.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054; 3.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046)

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新疆焉耆盆地地下水地球化學(xué)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(xué) 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054; 2.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054; 3.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046)

地下水; 地球化學(xué)特征; 統(tǒng)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(tài)環(huán)境系統(tǒng)的一個重要因子之一[1]。在干旱區(qū)綠洲可利用的淡水資源中，地下水資源以其水質(zhì)優(yōu)良，水量較豐富和供應(yīng)穩(wěn)定而成為干旱區(qū)綠洲主要水源[2]。對于干旱區(qū)綠洲，地下水資源形成條件差，綠洲的發(fā)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(qū)綠洲社會經(jīng)濟發(fā)展的重要供水水源，而且也是保護綠洲生態(tài)安全與穩(wěn)定性的重要因素[3]。由于地下水資源是干旱區(qū)植被建設(shè)中的限制性因子之一，決定著干旱區(qū)植被生長與土壤上層的積鹽程度，影響地表生態(tài)環(huán)境[4-5]。

地下水的地球化學(xué)特征包括地下水的礦化度、電導(dǎo)率、pH值與主要離子含量，是地下水質(zhì)監(jiān)測與評價的基本內(nèi)容[6]。干旱區(qū)綠洲淺層地下水更有其特殊性，對綠洲地下水地球化學(xué)特征的了解，有利于地下水資源的合理開發(fā)與利用。干旱區(qū)地下水礦化度較高并埋深較小的地區(qū)，在強烈蒸發(fā)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(fā)生鹽漬化，不利植物生長，威脅綠洲土地資源可持續(xù)開發(fā)利用[7]。因此，對水資源缺乏的干旱區(qū)綠洲地下水地球化學(xué)特征進行研究十分必要。

目前，有關(guān)天山南部焉耆盆地地下水地球化學(xué)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(chǎn)生了一系列生態(tài)環(huán)境問題[8]。隨著焉耆盆地不合理的水土資源開發(fā)活動的影響下，地下水礦化度日益增加，導(dǎo)致綠洲內(nèi)部部分區(qū)域土壤次生鹽漬化，已明顯阻礙了該區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，造就焉耆盆地生態(tài)環(huán)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(xué)特征，以期為焉耆盆地地下水資源開發(fā)利用和管理的科學(xué)化提供參考。

1　研究區(qū)概況

新疆焉耆盆地地處新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，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(qū)綠洲—荒漠交錯地區(qū)。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(nèi)陸淡水湖—博斯騰湖。本研究選擇的典型采樣區(qū)域(85°50′—87°50′E，41°40′—42°20′N)位于開都河下游綠洲。該區(qū)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(tài)系統(tǒng)的干擾最劇烈的區(qū)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(fā)能力2 000～2 450 mm。在行政區(qū)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(fēng)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(qū)內(nèi)共布設(shè)了48眼地下水監(jiān)測點，用GPS對每個監(jiān)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(diào)查，在研究區(qū)內(nèi)總采集了48個地下水監(jiān)測點總144個地下水樣品。

2.2樣品處理與分析

3　結(jié)果與分析

3.1焉耆盆地地下水化學(xué)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(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)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(zhì)條件，造就了明顯的水文地球化學(xué)場的分帶性。在山前傾斜平原地下水水質(zhì)較好，地下水化學(xué)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(qū)地下水水質(zhì)較差，礦化度較大。從開都河上游向盆地中部灌溉區(qū)，地下水礦化度由0.21 g/L增加到37.45 g/L，地下水水化學(xué)類型依次為HCO3型、HCO3-SO4型、SO4-Cl型以及Cl-SO4型?？梢钥闯?，盆地內(nèi)人類灌溉活動的影響導(dǎo)致盆地內(nèi)地下水水質(zhì)的變化[12]。

3.2地下水化質(zhì)年內(nèi)變化特征

灌區(qū)引水灌溉對發(fā)展綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境有著重要作用，但其產(chǎn)生的負面效應(yīng)也是顯著的。引水灌溉導(dǎo)致地下水位居高不下，潛水蒸發(fā)嚴重，礦化度增大，最終導(dǎo)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(dǎo)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(shù)。

表1　研究區(qū)不同時期地下水鹽分及離子組成描述統(tǒng)計結(jié)果

注:礦化度與離子組成單位為g/L；電導(dǎo)率單位為mS/cm。

3.3不同土地利用方式下地下水質(zhì)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(fā)等引起地下水中溶質(zhì)被移走或帶入，淺層地下水水質(zhì)也會發(fā)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(qū)不同土地利用方式下的地下水化學(xué)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(dǎo)率單位為mS/cm。

3.4地下水化學(xué)成分相關(guān)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(xué)組分濃度的變化，因此它能很好地反映地下水中物質(zhì)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(tài)，采用相關(guān)分析法分析了地下水中礦化度、pH值、電導(dǎo)率與主要離子的內(nèi)在關(guān)系，分析結(jié)果見表3。

表3　地下水化學(xué)成分相關(guān)關(guān)系矩陣(n=144)

注:a相關(guān)系數(shù)在0.01水平上顯著；b相關(guān)系數(shù)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(jié) 論

[1]黃一帆,劉俊民,姜鵬,等.基于Modflow的涇惠渠地下水動態(tài)及預(yù)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(wèi)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(yīng)[J].地理學(xué)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(qū)地下水與植被關(guān)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(qū)地下水地球化學(xué)特征[J].地球化學(xué),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(huán)境科學(xué)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(tài)服務(wù)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(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000.

[11]黃錫荃.水文學(xué)[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(guān)系[J].地理科學(xué),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(xué)報,2009,24(3):466-475.

[15]趙楓.新疆阿其克蘇河沿岸地下水水質(zhì)與主要離子關(guān)系研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)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(qū)高等學(xué)?？蒲杏媱濏椖?XJEDU2014S037);國家自然科學(xué)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(dǎo)師,主要從事干旱區(qū)水資源與生態(tài)環(huán)境演變研究。E-mail:oasiseco@126.com

P592; P641.3

A

1005-3409(2016)04-0263-06