衛(wèi)寧平原地下水水化學(xué)特征及成因淺析＊

賈丹

（寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021）

1 研究區(qū)概況

衛(wèi)寧平原位于寧夏回族自治區(qū)中北部，介于衛(wèi)寧北山與香山—煙筒山—牛首山之間，西鄰騰格里沙漠。衛(wèi)寧平原西高東低，南北高中間低，分布在黃河兩岸，呈帶狀伸展，海拔高度在1 150～1 460 m之間。該區(qū)地處西北內(nèi)陸溫帶干旱區(qū)，屬大陸性氣候，冬長(zhǎng)夏短，干旱少雨，日照充足。區(qū)內(nèi)平均氣溫為9.7℃，多年平均為23.3℃。多年平均降水量173.6 mm，一般集中在6—9月這4個(gè)月，占全年降水量的78%；多年平均蒸發(fā)量1 477.53 mm，多集中于3—9月，占全年蒸發(fā)量的81%。衛(wèi)寧平原主要河流為黃河及其支流清水河，是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

衛(wèi)寧平原淺層地下水主要為第四系松散巖類(lèi)孔隙水，地下水補(bǔ)給主要接受渠系滲漏及田間灌溉入滲補(bǔ)給，其次是大氣降水入滲補(bǔ)給與兩側(cè)山區(qū)、丘陵臺(tái)地側(cè)向徑流補(bǔ)給。平原區(qū)含水層巖性以砂礫石為主，包氣帶地層顆粒較粗，給地下水的入滲創(chuàng)造了良好的條件，便于地下水入滲補(bǔ)給。地下水主要通過(guò)各排水溝流向黃河；由于衛(wèi)寧平原長(zhǎng)期灌溉，使得地下水位埋藏較淺，水位埋深多在3～5 m。包氣帶巖性松散，垂向蒸發(fā)排泄也是地下水排泄的主要方式之一，其次是人工開(kāi)采。

2 數(shù)據(jù)采集

2021年3 月至4月，項(xiàng)目組成員組織人員在衛(wèi)寧平原采集95組水樣，并分批次按時(shí)送往寧夏回族自治區(qū)地礦局實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，采樣過(guò)程經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量把控。測(cè)試內(nèi)容包括鈣、鎂、鉀、鈉、pH值、溶解性總固體、硬度、重碳酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、氯化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽。主要測(cè)定儀器有電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（DDYS-014）、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（DDYS-009）、滴定管，具體采樣點(diǎn)分布情況如圖1所示。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布圖

3 研究方法與結(jié)果分析

3.1 水化學(xué)類(lèi)型特征

利用舒卡列夫分類(lèi)法得出衛(wèi)寧平原水化學(xué)類(lèi)型比較簡(jiǎn)單，不同地下水化學(xué)類(lèi)型分布區(qū)，水化學(xué)特征也不盡相同，整體沿山區(qū)和黃河兩岸呈條帶狀分布規(guī)律，水化學(xué)類(lèi)型主要以H C O3·S O4·C l-C a型水和HCO3·SO4-Ca為主。溶解性總固體質(zhì)量濃度整體上小于3 g/L，整體平原區(qū)特征變化分為東西向和南北向。東西向黃河兩岸溶解性總固體質(zhì)量濃度均小于1 g/L，僅靠近山區(qū)部分區(qū)域溶解性總固體質(zhì)量濃度在1～3 g/L，南北向兩岸溶解性總固體質(zhì)量濃度大部分在1～3 g/L。

3.2 參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

地下水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值如表1所示。由表1[1]看出，地下水離子質(zhì)量濃度由大到小排序?yàn)棣眩℉CO3-）>ρ（SO42-）>ρ（Ca2+）>ρ（Cl-）>ρ（K++Na+）>ρ（Mg2+）[2]，陰離子質(zhì)量濃度由大到小排序?yàn)棣眩℉CO3-）>ρ（SO42-）>ρ（Cl-），HCO3-的質(zhì)量濃度是Cl-的2.2倍，最大質(zhì)量濃度為677.83 mg/L，最小質(zhì)量濃度為97.99 mg/L，地下水陰離子類(lèi)型以HCO3-為主。陽(yáng)離子質(zhì)量濃度由大到小排序?yàn)棣眩–a2+）>ρ（K++Na+）>ρ（Mg2+），Ca2+的質(zhì)量濃度是Mg2+的2.34倍，最大質(zhì)量濃度為608.00 mg/L，最小質(zhì)量濃度為17.60 mg/L，地下水陽(yáng)離子以Ca2+為主。陰離子SO42-和Cl-的變異系數(shù)較大，變異系數(shù)達(dá)到了1.17和0.87。陽(yáng)離子K+、Na+和Ca2+的變異系數(shù)較大，變異系數(shù)達(dá)到了1.24、0.88、0.79。

表1 地下水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值（單位：mg/L）

以上數(shù)據(jù)說(shuō)明離子含量在空間差異上較大，得出地下水易受周?chē)h(huán)境影響，從主要陰陽(yáng)離子可以看出來(lái)源主要是鹽巖和硫酸鹽，都是易溶解巖，可以推測(cè)一方面受地理位置影響，是否靠近含鹽巖和硫酸鹽山區(qū)，地下水與山區(qū)圍巖發(fā)生溶慮作用；另一方面四五月份之前不是灌溉期，寧夏又是蒸發(fā)量較嚴(yán)重區(qū)，地下水水位下降，地下沉積了很多蒸發(fā)巖，四五月份開(kāi)始農(nóng)田灌溉，不同區(qū)域灌溉時(shí)間有差異，造成有的地方蒸發(fā)巖與灌溉期黃河水發(fā)生溶解，有些地區(qū)延后，所以造成此種情況。按溶解性總固體質(zhì)量濃度可將地下水劃分為淡水（＜1 g/L）、微咸水（1～3 g/L）、咸水（3～10 g/L）。研究區(qū)淡水占60%，微咸水占39%，咸水占1%。pH均值在7.53，整體呈弱堿性環(huán)境，但pH變異系數(shù)較大，說(shuō)明空間差異上較大，推測(cè)還是與地理位置和黃河灌溉有關(guān)。

3.3 相關(guān)性分析

離子之間的相關(guān)性可用來(lái)推斷離子的來(lái)源相異性和一致性[3]，水化學(xué)元素相關(guān)性系數(shù)矩陣如表2所示。由表2可看出衛(wèi)寧平原地下水離子相關(guān)性特征，Cl-和SO42-顯著相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.904，說(shuō)明來(lái)源一致[4]；其次是Na+與Cl-、SO42-相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.788、0.711，這說(shuō)明地下水中部分組分來(lái)自于鹽巖和硫酸鹽的溶解；最后是TDS與Cl-、SO42-、Na+、Mg2+相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.928、0.924、0.748、0.725，這表明在富含鹽巖和硫酸鹽的地區(qū)，這些離子貢獻(xiàn)率最大。

表2 水化學(xué)元素相關(guān)性系數(shù)矩陣

3.4 Piper三線(xiàn)圖分析

地下水Piper三線(xiàn)圖如圖2所示，利用水化學(xué)Piper三線(xiàn)圖[5]可用來(lái)分析地下水主離子類(lèi)型。由圖2看出，陽(yáng)離子三角圖中，調(diào)查點(diǎn)靠近Ca2+端，說(shuō)明地下水中陽(yáng)離子Ca2+含量較高；陰離子三角圖中，調(diào)查點(diǎn)更靠近HCO3-、SO42-端，說(shuō)明地下水中陰離子HCO3-、SO42-含量較高，由此得出地下水為中偏低礦化水，這和前面提到的水化學(xué)類(lèi)型特征和參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果相一致。

圖2 地下水Piper三線(xiàn)圖

4 水化學(xué)特征成因淺析

水化學(xué)特征主要受氣候、地形、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、沉積環(huán)境、補(bǔ)給循環(huán)條件及人類(lèi)活動(dòng)等因素的綜合影響。衛(wèi)寧平原地下水在接受周邊山區(qū)、臺(tái)地與沙漠地下水補(bǔ)給以及人為引黃灌溉的影響下，向黃河排泄的循環(huán)過(guò)程中，與圍巖發(fā)生溶慮和蒸發(fā)巖溶解作用，在以上綜合因素影響下，形成衛(wèi)寧平原現(xiàn)有水化學(xué)特征。

5 結(jié)語(yǔ)

地下水陰離子主離子為HCO3-和SO42-，陽(yáng)離子主離子為Ca2+，溶解性總固體質(zhì)量濃度小于3 g/L，研究區(qū)整體水質(zhì)占比為淡水占60%，微咸水占39%，咸水占1%，pH均值在7.53，整體呈弱堿性環(huán)境。

根據(jù)相關(guān)性分析，Cl-和SO42-顯著相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.904，其次是Na+與Cl-、SO42-相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.788、0.711，說(shuō)明有相同的來(lái)源，來(lái)自于鹽巖和硫酸鹽的溶解，推測(cè)該段時(shí)期地下水可能有蒸發(fā)巖溶解反應(yīng)發(fā)生。陰離子SO42-的變異系數(shù)較大，陽(yáng)離子K++Na+的變異系數(shù)較大，說(shuō)明離子含量在空間分布上差異較大。

衛(wèi)寧平原水化學(xué)特征形成一方面受地形、巖性和氣候的影響，另一方面受人為引黃灌溉的影響，向黃河排泄循環(huán)過(guò)程中，與圍巖發(fā)生溶慮和蒸發(fā)巖溶解作用。