吐魯番盆地區(qū)域地下水質(zhì)量評價分析

韓 鵬，李曉平

吐魯番盆地區(qū)域地下水質(zhì)量評價分析

韓 鵬，李曉平

（新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，烏魯木齊 830091）

在對吐魯番盆地區(qū)域地形地貌、氣象特征、水文特征等條件分析的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)區(qū)域地下水質(zhì)量進(jìn)行了評價和分區(qū)，并對影響指標(biāo)和影響因素進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：研究區(qū)50組樣品中優(yōu)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(jù)分析指標(biāo)，將該區(qū)域地下水質(zhì)量劃分為水質(zhì)優(yōu)良區(qū)、水質(zhì)良好區(qū)、水質(zhì)較好區(qū)、水質(zhì)較差區(qū)、水質(zhì)極差區(qū)。根據(jù)研究，影響盆地內(nèi)地下水質(zhì)量的主要因素為自然條件。

地下水；地下水質(zhì)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(qū)域地下水為研究對象，在野外調(diào)查和室內(nèi)資料整理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)區(qū)域地形地貌、氣象特征、水文特征等條件，并參考相關(guān)研究成果[1-10]，對新疆吐魯番盆地的區(qū)域地下水質(zhì)量進(jìn)行了評價和分區(qū)，并對影響指標(biāo)和影響因素進(jìn)行了分析。通過對吐魯番盆地區(qū)域地下水質(zhì)量的評價和分區(qū)，可以為該地區(qū)地下水的污染防治、地下水資源保護(hù)以及保障飲水安全提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 吐魯番盆地南北向地形特征圖

1 區(qū)域地質(zhì)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(dá)山山勢高大，冰川發(fā)育，海拔最高點5 445m。天格爾山，山勢高大，冰川發(fā)育，工作區(qū)內(nèi)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(xù)，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(qū)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(qū)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(tài)類型可分為山地、平原和沙漠，按成因類型可分為侵蝕構(gòu)造作用、構(gòu)造剝蝕作用和堆積作用（洪積、沖洪積、湖積、化學(xué)沉積、沼澤沉積、風(fēng)積和沖-風(fēng)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(yuǎn)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(fā)強(qiáng)烈，春秋短暫且多風(fēng)沙，晝夜溫差大。吐魯番盆地平原區(qū)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(nèi)，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(qū)地下水的補給將產(chǎn)生正向影響。

2）降水：吐魯番盆地降水量分析選用了山區(qū)和平原區(qū)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(qū)，由北向南，年降水量從600mm減少到150mm；平原區(qū)，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(qū)，由西向東，年降水量從400mm減少到50mm；托克遜縣城以西平原區(qū)，由西向東，年降水量從50mm減少到10mm，托克遜縣城以東平原區(qū)年降水量均小于10mm。

3)蒸發(fā)：吐魯番盆地蒸發(fā)量隨高程的變化規(guī)律與降水量隨高程的變化規(guī)律相反，一般山區(qū)小于平原，隨高程的降低，水面蒸發(fā)量逐漸增大。盆地北部山區(qū)，由北向南，年蒸發(fā)量從800mm增加到1 200mm，平原區(qū)，由北向南，年蒸發(fā)量從1 200mm增加到1 600mm。南盆地的天格爾山區(qū)，由西向東，年蒸發(fā)從800mm增加到1 600mm，南盆地平原區(qū)西部，由西向東，年蒸發(fā)量從1 600mm增加到1 800mm，在中部和東部，由北向南，年蒸發(fā)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(fā)源于西、北部中高山區(qū)，共有大小河流14條，分別屬于博格達(dá)山水系和天格爾山水系。吐魯番盆地內(nèi)除了14條主要河流外，在水文站控制點以下的非控制區(qū)內(nèi)，分布有數(shù)條洪溝，也是地區(qū)地表水和地下水產(chǎn)流量的一部分，一般分布于海拔1 000～1 200m淺山區(qū)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(qū)。研究統(tǒng)計的山洪溝有89條，總面積6 502.7km2，產(chǎn)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(dá)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(nèi)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(qū)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(zhì)構(gòu)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(qū)域地下水質(zhì)量評價

2.1 評價方法

主要參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（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(jìn)行各單項組分評價，依據(jù)地下水分類指標(biāo)（表1）劃分組分所屬地下水質(zhì)量類別。

2）類別按綜合評價分值劃分標(biāo)準(zhǔn)（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(zhì)量級別。

2.2 評價指標(biāo)和數(shù)據(jù)篩選

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

2）數(shù)據(jù)篩選：將2014年7～8兩個月取的50組野外樣品作為本次統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。采樣點類型主要包括水源地、民井、河流渠道（地表水）、工業(yè)園區(qū)、坎兒井（地表水）、機(jī)井等。依據(jù)前評價方法，打分評價出50組樣品中優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)

2.3 檢出率和超標(biāo)率統(tǒng)計分析

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

表2 地下水質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

通過試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，吐魯番地區(qū)的50組樣品中有檢出的單項指標(biāo)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(biāo)的單項共有8個（圖3），超標(biāo)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(qū)域地下水質(zhì)量評價分區(qū)

1）水質(zhì)優(yōu)良區(qū):主要分布在阿拉溝-白楊河山區(qū)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(qū)內(nèi)地下水類型主要為凍結(jié)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(jié)層水在喀拉烏成山西端分水嶺的東側(cè)呈小面積分布，在北部博格達(dá)山區(qū)分布于阿克蘇溝至煤窯溝之間的北部高山區(qū)；②基巖裂隙水在喀拉烏成山區(qū)主要分布于白楊河流域及克爾堿溝流域的范圍內(nèi)，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(biāo)；在北部博格達(dá)山區(qū)分布于阿拉溝-白楊河、大河沿-柯柯亞河及坎兒其河系統(tǒng)內(nèi)，多數(shù)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(qū)地帶、坎兒其河山區(qū)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(qū)單項檢出率統(tǒng)計表

圖3 吐魯番地區(qū)單項超標(biāo)率統(tǒng)計表

2）良好水質(zhì)區(qū):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(tǒng)的平原區(qū)、坎兒其河地帶、西鹽池盆地。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為凍結(jié)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(jié)層水主要分布于在西部喀拉烏成山及北部博格達(dá)山的高山區(qū)，合計面積約120.46km2，占良好水質(zhì)區(qū)總面積的3.06%，為良好水質(zhì)區(qū)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(qū)的阿拉溝流域范圍內(nèi)，多數(shù)地下水單項組分評價為Ⅰ-Ⅱ類，但少數(shù)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(qū)及北部博格達(dá)山區(qū)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(yōu)良水質(zhì)區(qū)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(gòu)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(zhì)區(qū)分布面積最廣的地下水類型。

3）水質(zhì)較好區(qū):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(qū)內(nèi)地下水類型主要為凍結(jié)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(jié)層水僅在西部喀拉烏成山區(qū)呈小面積分布，為較好水質(zhì)區(qū)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(qū)零星分布；③碎屑巖類裂隙孔隙水的的較好水質(zhì)區(qū)在西部喀拉烏成山區(qū)和北部博格達(dá)山區(qū)分布面積較廣；④第四系松散巖類孔隙水的較好水質(zhì)區(qū)在西部喀拉烏成山區(qū)及北部博格達(dá)山區(qū)主要的溝谷、山間洼地之中和南北盆地的平原區(qū)均廣泛分布，為較好水分布面積最大的地下水類型。

4）水質(zhì)較差區(qū):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(qū)內(nèi)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(qū)的魚兒溝上游的夏爾格達(dá)坂、鐵克達(dá)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(qū)和北部博格達(dá)山區(qū)均有分布。在西部喀拉烏成山區(qū)分布于魚兒溝南坡及克爾堿洼地一帶。除物理指標(biāo)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(zhèn)化程度較高、人口集中的區(qū)域以及各河流中下游細(xì)土帶的集中農(nóng)田灌溉區(qū)，地下水的水化學(xué)成份受人類社會經(jīng)濟(jì)活動影響較明顯，單項組分指標(biāo)無規(guī)律性特征，但一般溶解性總固體評價為Ⅴ類，多數(shù)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(zhì)極差區(qū):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(qū)、南盆地、坎兒其河平原區(qū)、坎兒其河的下巴哥-七克臺山地帶、庫姆塔格東。該區(qū)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(zhì)區(qū)主要分布于南部的卻勒塔格山區(qū)，由于其主要依靠暴雨洪流入滲補給，蒸發(fā)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(qū)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(qū)及其周邊地帶，多數(shù)控制點主要單項組分指標(biāo)均達(dá)Ⅴ類。

3 區(qū)域地下水質(zhì)量影響指標(biāo)和影響因素分析

3.1 影響指標(biāo)分析

根據(jù)層級階梯評價法對新疆吐魯番地區(qū)區(qū)域地下水水質(zhì)進(jìn)行評價，評價結(jié)果可以看出：吐魯番地區(qū)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(biāo)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(biāo)。導(dǎo)致地下水位V類的影響指標(biāo)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(biāo)，對V類水的貢獻(xiàn)率分別為38%、24%、19%。

3.2 影響因素分析

吐魯番盆地為內(nèi)陸盆地，海拔地勢較低，氣候干燥、炎熱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，年平均蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，地下水的補給完全依靠上游側(cè)向徑流補給。吐魯番盆地地下水質(zhì)量為IV類及V類的基本分布在盆地之中及南部區(qū)域，根據(jù)以往資料對比分析，地下水化學(xué)類型及地下水質(zhì)量在近30年內(nèi)并無明顯變化。

地下水質(zhì)量差的原因主要是在地下水自山前徑流至盆地內(nèi)部及南部的過程中經(jīng)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(zhì)較差。調(diào)查過程中并未發(fā)現(xiàn)明顯造成地下水質(zhì)量差的人為因素，因此影響盆地內(nèi)地下水質(zhì)量較差的主要因素為自然條件因素。

4 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)分布具有明顯的分帶規(guī)律。吐魯番地區(qū)由北向南水質(zhì)逐漸變差，各類水大體呈東西向條帶狀分布。

2）依據(jù)層級階梯評價法對吐魯番地區(qū)地下水水質(zhì)進(jìn)行評價，評價結(jié)果為吐魯番地區(qū)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(biāo)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(biāo)。

3）地下水質(zhì)量差的原因主要是在地下水自山前徑流至盆地內(nèi)部及南部的過程中經(jīng)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(zhì)較差。因此，影響盆地內(nèi)地下水質(zhì)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(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作

P641.8

A

1006-0995（2019）02-0272-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.019