新疆焉耆盆地地下水地球化学特征

麦麦提吐尔逊·艾则孜, 米热古丽·艾尼瓦尔,麦尔丹·阿不拉, 古丽孜巴·艾尼瓦尔

(1.新疆师范大学 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁木齐 830054; 2.新疆师范大学地理科学与旅游学院, 乌鲁木齐 830054; 3.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046)



新疆焉耆盆地地下水地球化学特征

麦麦提吐尔逊·艾则孜1,2, 米热古丽·艾尼瓦尔3,麦尔丹·阿不拉2, 古丽孜巴·艾尼瓦尔2

(1.新疆师范大学 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁木齐 830054; 2.新疆师范大学地理科学与旅游学院, 乌鲁木齐 830054; 3.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046)

地下水; 地球化学特征; 统计分析; 焉耆盆地

地下水是陆地水资源的重要组成部分之一，是影响生态环境系统的一个重要因子之一[1]。在干旱区绿洲可利用的淡水资源中，地下水资源以其水质优良，水量较丰富和供应稳定而成为干旱区绿洲主要水源[2]。对于干旱区绿洲，地下水资源形成条件差，绿洲的发育与演化对地下水资源具有极强的依赖性，地下水资源不仅是维持干旱区绿洲社会经济发展的重要供水水源，而且也是保护绿洲生态安全与稳定性的重要因素[3]。由于地下水资源是干旱区植被建设中的限制性因子之一，决定着干旱区植被生长与土壤上层的积盐程度，影响地表生态环境[4-5]。

地下水的地球化学特征包括地下水的矿化度、电导率、pH值与主要离子含量，是地下水质监测与评价的基本内容[6]。干旱区绿洲浅层地下水更有其特殊性，对绿洲地下水地球化学特征的了解，有利于地下水资源的合理开发与利用。干旱区地下水矿化度较高并埋深较小的地区，在强烈蒸发作用下，溶解于地下水中的盐分离子沿毛管水流在土壤表层积累，使土壤发生盐渍化，不利植物生长，威胁绿洲土地资源可持续开发利用[7]。因此，对水资源缺乏的干旱区绿洲地下水地球化学特征进行研究十分必要。

目前，有关天山南部焉耆盆地地下水地球化学特征方面的研究较少。近年来，新疆焉耆盆地绿洲面积的扩展，增加了对绿洲水土资源的需求，产生了一系列生态环境问题[8]。随着焉耆盆地不合理的水土资源开发活动的影响下，地下水矿化度日益增加，导致绿洲内部部分区域土壤次生盐渍化，已明显阻碍了该区域农业的可持续发展，造就焉耆盆地生态环境日益退化[9]。因此，本研究利用2013年对焉耆盆地地下水检测资料，分析地下水资源的地球化学特征，以期为焉耆盆地地下水资源开发利用和管理的科学化提供参考。

1　研究区概况

新疆焉耆盆地地处新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内，为南天山山脉之间的中生代断陷盆地，是一个典型的干旱区绿洲—荒漠交错地区。焉耆盆地地势北高南低、西高东低，海拔高程1 050～2 000 m，盆地最低处为我国最大的内陆淡水湖—博斯腾湖。本研究选择的典型采样区域(85°50′—87°50′E，41°40′—42°20′N)位于开都河下游绿洲。该区域行政上属于新疆巴音郭楞自治州焉耆县、和硕县、博湖县与和静县，是焉耆盆地人类活动对自然生态系统的干扰最剧烈的区域之一[8]。

焉耆盆地在气候上属暖温带大陆性干旱气候，热量与光照丰富，多年平均气温8.6℃，年降水量50～80 mm，年蒸发能力2 000～2 450 mm。在行政区划上包括巴音郭楞蒙古自治州的焉耆、和静、和硕与博湖四县平原部分。焉耆盆地土壤类型多为灌耕土、沼泽土、盐土、草甸土、棕漠土、潮土、风化土等。自然植被以罗布麻(Apocynumvenetum)、骆驼刺(Alhagisparsifolia)、红柳(Tamarixramosissima)、麻黄(EphedraprzewalskiiStapf)、芦苇(Phragmitescommunis)和甘草(Glycyrrhizauralensis)为主的荒漠植被[8-9]。

2　材料与方法

2.1样品采集

在研究区内共布设了48眼地下水监测点，用GPS对每个监测点定位。在2013年4月，7月，10月，通过三次相同标准的野外调查，在研究区内总采集了48个地下水监测点总144个地下水样品。

2.2样品处理与分析

3　结果与分析

3.1焉耆盆地地下水化学特征

把地下水样品按照矿化度的大小分为5个等级，即淡水(<1 g/L)、微咸水(1～24 g/L)、咸水(24～35 g/L)、盐水(35～50 g/L)和卤水(>50 g/L)[11]。分析结果表明，研究区内25.56%地下水样呈淡水，39.12%为微咸水，22.85%为咸水，12.47%为盐水。由于在焉耆盆地独特的地貌特征及水文地质条件，造就了明显的水文地球化学场的分带性。在山前倾斜平原地下水水质较好，地下水化学类型主要为HCO3-Ca(Mg)型和HCO3-Ca-Na型，地下水矿化度小于1 g/L，为淡水。盆地中部平原区地下水水质较差，矿化度较大。从开都河上游向盆地中部灌溉区，地下水矿化度由0.21 g/L增加到37.45 g/L，地下水水化学类型依次为HCO3型、HCO3-SO4型、SO4-Cl型以及Cl-SO4型。可以看出，盆地内人类灌溉活动的影响导致盆地内地下水水质的变化[12]。

3.2地下水化质年内变化特征

灌区引水灌溉对发展绿洲农业生产和改善农业生态环境有着重要作用，但其产生的负面效应也是显著的。引水灌溉导致地下水位居高不下，潜水蒸发严重，矿化度增大，最终导致土壤次生盐渍化[13]。表1为焉耆盆地春季(4月)、夏季(7月)、秋季(10月)地下水中矿化度、pH值、电导率和各离子浓度的最小值、最大值、平均值、标准差以及变异系数。

表1　研究区不同时期地下水盐分及离子组成描述统计结果

注:矿化度与离子组成单位为g/L；电导率单位为mS/cm。

3.3不同土地利用方式下地下水质变化

不同土地利用/覆被(LUCC)方式下，因地下水开采、灌水入渗与蒸发等引起地下水中溶质被移走或带入，浅层地下水水质也会发生时空变化[14]。因此，分耕地、林地、草地和荒漠等4种土地利用/覆被类型，对比分析了研究区不同土地利用方式下的地下水化学成分(表2)。

表2　不同土地利用方式地下水盐分及离子组成变化

注:矿化度与离子组成单位为g/L；电导率单位为mS/cm。

3.4地下水化学成分相关分析

地下水矿化度是地下水各组分浓度的总指标，矿化度的变化可以反映地下水化学组分浓度的变化，因此它能很好地反映地下水中物质组分总体的分布特征和变化趋势[15]。为了解盐分在地下水中的存在形态，采用相关分析法分析了地下水中矿化度、pH值、电导率与主要离子的内在关系，分析结果见表3。

表3　地下水化学成分相关关系矩阵(n=144)

注:a相关系数在0.01水平上显著；b相关系数在0.05水平上显著。

3.5地下水盐分离子间主成分分析

表4　主成分的因子负荷矩阵(特征向量)、特征值及贡献率(n=144)

4　结 论

[1]黄一帆,刘俊民,姜鹏,等.基于Modflow的泾惠渠地下水动态及预测研究[J].水土保持研究,2014,21(2):273-278.

[2]晓利,卢玲.黑河中游张掖绿洲地下水时空变异性分析[J].中国沙漠,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]郝兴明,陈亚宁,李卫红,等.塔里木河中下游荒漠河岸林植被对地下水埋深变化的响应[J].地理学报,2008,63(11):1123-1129.

[5]张俊,赵振宏,马洪云,等.于物种生存域的干旱半干旱区地下水与植被关系研究[J].水土保持研究,2014,21(5):240-243.

[6]麦麦提吐尔逊·艾则孜,海米提·依米提,艾尼瓦尔·买买提.天山西部伊犁河灌区地下水地球化学特征[J].地球化学,2011,40(2):179-187.

[7]麦麦提吐尔逊·艾则孜,海米提·依米提,艾尼瓦尔·买买提,等.天山西部伊犁河流域土壤盐分特征[J].环境科学研究,2010,23(6):774-781.

[8]麦麦提吐尔逊·艾则孜,海米提·依米提,祖皮艳木·买买提,等.焉耆盆地土地利用变化对生态服务价值的影响[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]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,2000.

[11]黄锡荃.水文学[M].北京:高等教育出版社,1985.

[12]王水献,王云智,董新光,等.开孔河流域浅层地下水矿化度时空变异及特征分析[J].水土保持研究,2007,14(2):293-296.

[13]宋长春,邓伟.吉林西部地下水特征及其与土壤盐渍化的关系[J].地理科学,2000,20(3):246-250.

[14]马兴旺,朱靖蓉,李保国.绿洲土地利用对地下水矿化度时空变化影响的定量评估[J].自然资源学报,2009,24(3):466-475.

[15]赵枫.新疆阿其克苏河沿岸地下水水质与主要离子关系研究[J].干旱区资源与环境,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

新疆维吾尔自治区高等学校科研计划项目(XJEDU2014S037);国家自然科学基金资助项目(41201032,U1138302)

麦麦提吐尔逊·艾则孜(1981—),男(维吾尔族),新疆喀什人,副教授,博士,硕士生导师,主要从事干旱区水资源与生态环境演变研究。E-mail:oasiseco@126.com

P592; P641.3

A

1005-3409(2016)04-0263-06