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(qū)水文環(huán)境地質(zhì)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(fā)育，它不僅會增加人體的齲齒發(fā)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(xiàn)象在我國內(nèi)陸地區(qū)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(qū)[2]。通過認識氟的空間分布規(guī)律及高氟水形成的環(huán)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(fā)生，保護人畜健康，探索有效利用高氟水的途徑，使干旱區(qū)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(guān)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(tài)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(qū)石嘴山市大武口區(qū)東南部，與市區(qū)相接。星海湖總面積43 km2，湖區(qū)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(nóng)場渠，賀蘭山區(qū)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(zhì)條件進行分析后，經(jīng)過野外勘查，筆者發(fā)現(xiàn)，星海湖湖水的主要補給來源有渠系引黃河水補給、側(cè)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(fā)排泄和向地下水排泄。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于地形高差等原因，不同湖區(qū)的補給和排泄又有不同。

根據(jù)本次調(diào)查，星海湖東域主要接受第二農(nóng)場渠引黃補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發(fā)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(nóng)場渠引黃補給、大武口溝排洪溝泄洪補給、側(cè)向地下水補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發(fā)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(cè)向補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發(fā)排泄。

星海湖中域主要接受第二農(nóng)場渠引黃補給、歸韭溝排洪溝泄洪補給、側(cè)向地下水補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發(fā)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(nóng)場渠引黃補給以及大氣降水補給，然后向地下水排泄、蒸發(fā)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(nóng)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(fā)排泄；星海湖北域、西域，中域和南域接受地下水側(cè)向補給，東域和新域不接受地下水側(cè)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(tài)[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(xiàn)在2017年5月，為2.41 mg/L；最低值出現(xiàn)在2018年5月，為1.64 mg/L。中域最高值出現(xiàn)在2018年6月，為1.45 mg/L；最低值出現(xiàn)在2017年8月，為0.8 mg/L。南域最高值出現(xiàn)在2018年6月，為1.28 mg/L；最低值出現(xiàn)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(cè)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(lián)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(cè)向補給地下水氟離子物含量

3.2 第二農(nóng)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(nóng)場渠。在星海湖北域第二農(nóng)場渠閘口進行取樣。二農(nóng)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(qū)突降暴雨，導致山洪暴發(fā)，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(tài)下接受黃河水補給、側(cè)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(qū)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(cè)向補給量以及氟離子量

表6 湖區(qū)接受補給后均衡計算出的氟離子濃度及湖區(qū)原年平均氟離子濃度

5 結(jié)論

根據(jù)估算，在接受引黃水補給、側(cè)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(jiān)測發(fā)現(xiàn)氟離子濃度高于估算值。經(jīng)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(fā)濃縮作用強烈等作用進一步加劇了氟離子的富集。