诺木洪河流域地下水水化学特征及演化规律研究

杨炳超,李小等,张　戈,李成柱

(中国地质调查局 西安地质调查中心，陕西 西安 710054)



诺木洪河流域地下水水化学特征及演化规律研究

杨炳超,李小等,张戈,李成柱

(中国地质调查局 西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

地下水；水化学特征；演化规律；诺木洪河流域

诺木洪河流域是青海省柴达木盆地内一个典型的内陆河流域。该流域内气候干旱、降水稀少、生态环境脆弱。区内农业灌溉、生产、生活和生态用水都来源于河水与地下水，人们在开发利用水资源的同时也影响了地下水循环条件，导致先前的天然地下水赋存环境发生改变，致使冲洪积平原区生态发生改变。土壤盐碱化、水质矿化等问题已经引起当地政府和有关部门的重视。建国以来，诺木洪河流域先后开展了1∶20万、1∶5万水文地质调查，基本查清了研究区水文地质特征和地下水循环机理，但是在地下水水化学演化规律方面认识不足。因此，本研究对青海省诺木洪河流域地下水水化学特征与演化规律进行了分析，不仅有助于当地合理开发利用水资源、保护生态环境，而且对柴达木盆地以及西北地区其他内陆盆地进行相关研究工作具有一定的借鉴意义。

1　研究区概况

研究区位于青海省都兰县宗加镇境内，地理坐标为东经96°07′～96°43′、北纬36°14′～36°46′，南北长约50 km，东西宽约60 km，流域总面积约 3 000 km2。地貌单元上可分为山区、戈壁滩、冲洪积平原和冲湖积平原区。位于冲洪积平原区的诺木洪农场南北宽度约5 km，东西长度近20 km，是我国最大的原生态野生枸杞群落林带，枸杞种植面积已突破60 km2。诺木洪河发源于南面的布尔汗布达山，途经戈壁滩、冲洪积平原和冲湖积平原区向北流入柴达木河，最终汇入南霍布逊尾闾湖，是区内农业灌溉用水的主要来源。

该地区地下水总流向由南向北，戈壁带地下水为潜水，含水层为砂卵砾石，水位埋深10～100 m；冲洪积平原地下水为上部潜水、下部多层承压水的结构特征，含水层为砂、砂砾石，潜水水位埋深1～10 m；冲湖积平原地下水也为上部潜水、下部多层承压水的结构特征，含水层为砂、含砾砂，潜水水位埋深小于5 m。

在图1所示的采样点Y30点以南，地下水接受诺木洪河河水补给，在Y30点以北地区形成地下水溢出带，以泉水或潜流方式的地下水补给河水。

图 1诺木洪河流域采样点分布图

Fig.1Sampling locations in Nuomuhong River Basin

2　研究方法

2.1样品采集与测试

2.2分析方法

综合运用Piper 三线图图示法和离子比例系数，系统研究地下水水化学的空间分布特征与演变规律。Piper三线图采用AquacChem V4.0水化学软件绘制，可以简单直观地展现主要离子的空间分布特征[2-3]。离子比例系数法通过对比分析水化学成分中各种组分含量之间比例系数的相互关系，来研究地下水化学形成及演化趋势[4-12]。

3　结果与分析

3.1地下水水化学空间分布特征

诺木洪河流域地下水水化学的空间分布与地下水循环特征紧密相关，由南向北沿着地下水径流主方向具有较强的分带性(图2)。在戈壁滩与冲洪积平原，地下水径流较快，地下水中各离子含量一般为20%～40%，表现为多元型水化学特征(图3)，水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Mg·Ca型、HCO3·Cl-Na·Mg·Ca型，矿化度一般小于1 g/L，基本为淡水；而在冲湖积平原区，地下水径流缓慢，水化学类型比较单一，主要为Cl-Na型，矿化度由1 g/L增至10 g/L以上，最大可达302 g/L，为咸水、卤水[13]。

图 2诺木洪河流域水化学图

Fig.2Hydrochemistry graph of Nuomuhong River Basin

从Piper三线图(图3)中可以看出，地下水的类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na型及Cl-Na型，表现为多元型水化学特征。在戈壁滩，地下水水化学类型以HCO3·SO4·Cl-Na·Mg·Ca型为主，反映了补给区的特征；在冲洪积平原，水化学类型以HCO3·Cl-Na·Mg为主，反映了径流区的特征；在冲湖积平原，水化学类型以Cl-Na型为主，反映了排泄区的特征。

图 3诺木洪河流域水化学Piper三线图

Fig.3Hydrochemistry Piper graph of Nuomuhong River Basin

3.2地下水化学离子组分来源及演化趋势

3.2.1r(Na+)-r(Cl-)与r(Na+/Cl-)-r(Cl-)的相互关系首先，分析地下水中r(Na+)与r(Cl-)的相互关系，结果(图4)显示，沿径流方向地下水中Na+和Cl-浓度都在增长；在河水和潜水中，r(Na+/Cl-)近似等于1，说明潜水受石盐(NaCl)溶滤作用和蒸发浓缩作用的影响；在承压水中，r(Na+/Cl-)略大于1，说明承压水中Na+的来源不仅与石盐的溶滤作用有关，而且受到石膏、苏打和硅酸纳盐型矿物溶解的影响[14-15]。

由r(Na+/Cl-)与r(Cl-)的关系(图5)可以看出，在地下水径流过程中，河水和潜水中Na+与Cl-两者增长的速率大致相当，r(Na+/Cl-) /r(Cl-)在1附近，表明区内河水和潜水主要受石盐溶滤作用和蒸发浓缩作用的影响。而承压水中Na+浓度增长的速率明显大于Cl-，r(Na+/Cl-)/r(Cl-)值则呈1∶1增长趋势，说明区内在发生石盐溶滤的同时，还发生着硅酸钠盐矿物溶滤作用和强烈的Ca-Na阳离子交换作用，使得Na+浓度迅猛升高。

图 4　诺木洪河流域地下水r(Na+)与r(Cl-)的相互关系Fig.4　Relation of r(Na+) and r(Cl-) of groundwater in Nuomuhong River Basin图 5　诺木洪河流域地下水r(Na+/Cl-)与r(Cl-)的相互关系Fig.5　Relation of r(Na+/Cl-) and r(Cl-) of groundwater in Nuomuhong River Basin

图 6　诺木洪河流域地下水r(Ca2+)与)的相互关系Fig.in Nuomuhong River Basin图 7　诺木洪河流域地下水r(Ca2++Mg2+)与的相互关系Fig.groundwater in Nuomuhong River Basin

3.2.4r(Mg2+/Ca2+)与r(Na+/Ca2+)的相互关系从r(Mg2+/Ca2+)与r(Na+/Ca2+)的相互关系(图8)可以看出，区内所有水样r(Na+/Ca2+)的值均大于1，说明区内发生了Na-Ca阳离子交换吸附作用。潜水中大部分r(Mg2+/Ca2+)值小于1，表明潜水在径流过程中受石膏、萤石和方解石等矿物溶解的影响。部分承压水和少部分潜水中r(Mg2+/Ca2+)值大于1，说明局部地区存在着氟镁石类含镁矿物的溶滤作用[18]。

图 8　诺木洪河流域地下水r(Mg2+/Ca2+) 与r(Na+/Ca2+)的相互关系Fig.8　Relation of r(Mg2+/Ca2+ ) andr(Na+/Ca2+) of groundwater in Nuomuhong River Basin图 9　诺木洪河流域地下水与的相互关系Fig.groundwater in Nuomuhong River Basin

3.2.6Na-Ca阳离子交换地下水中Na-Ca阳离子交换在地下水的形成和演化方面具有重要意义。通常采用钠吸附比(SAR)来表征Na-Ca阳离子交换。其计算公式为：

(1)

由区内地下水SAR与距出山口距离关系图(图10)可以看出，戈壁滩地下水SAR值基本不变，进入冲洪积平原(即距离出山口25～35 km处)后，潜水和承压水中SAR值沿着地下水径流方向均在逐渐变大，表明戈壁滩区地下水中阳离子交换作用几乎不发生，在冲洪积平原和冲湖积平原区(即距离出山口35～45 km处)，阳离子交换作用逐渐增强，而且潜水中SAR值增幅明显大于承压水，这与潜水径流速度要快于承压水有关。从承压水中阳离子浓度的变化(图11)可以明显看到，Na+含量不断增加，到冲湖积平原区(距离出山口40 km处)后急剧增高；Mg2+含量略有所增加，比较稳定；Ca2+含量波动变化，先是缓慢增加，在冲洪积平原区其含量明显减少，之后又缓慢增加，表明承压水在冲洪积平原区发生了强烈的Na-Ca阳离子交换作用[19-20]。

图 10诺木洪河流域地下水SAR与距出山口距离的关系

Fig.10Relation of SAR and distance of groundwater in Nuomuhong River Basin

图 11诺木洪河流域承压水中阳离子浓度的变化

Fig.11Change of cations of confined water in Nuomuhong River Basin

4　结　论

1)诺木洪河流域地下水水化学特征具有明显的分带性，与地下水从补给-径流-排泄的循环规律相吻合。沿着冲洪积扇轴线方向由南而北，地下水水化学类型和矿化度呈环带状变化。在戈壁滩地下水补给区，地下水水化学作用以溶滤作用为主，水化学类型以HCO3·SO4·Cl-Na·Mg·Ca型为主，矿化度小于1 g/L，为淡水；在冲洪积平原地下水径流区，溶滤作用占主导地位，并伴有阳离子交换作用，水化学类型以HCO3·Cl-Na·Mg、SO4·Cl-Na·Mg型为主，地下水矿化度从1 g/L增至5 g/L，为微咸-咸水；在冲湖积平原地下水排泄区，水化学作用以蒸发浓缩作用和阳离子交换作用为主，水化学类型以Cl-Na型为主，矿化度增至5 g/L以上，最大可达302 g/L，为咸水-卤水。

2)溶滤作用、蒸发浓缩作用和阳离子交换作用是诺木洪河流域地下水主要的水化学形成作用，溢出带以南主要为溶滤作用，自溢出带以北以蒸发浓缩作用和阳离子交换作用占主导；沿地下水径流方向，主要发生了石盐、石膏和长石的溶解反应、方解石和白云石的沉淀反应及Ca-Na 阳离子交换反应，致使地下水由HCO3·SO4·Cl-Na·Mg·Ca型淡水逐渐向Cl-Na型卤水演变过渡，盐分在冲湖积平原区不断富集。

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Hydrochemistry characteristics and evolution of groundwater in Nomhon River Basin in Qinghai

YANG Bingchao,LI Xiaodeng,ZHANG Ge,LI Chengzhu

(Xi’anCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Xi’an,Shaanxi710054,China)

groundwater;hydrochemistry characteristics;evolution law;Nomuhong River Basin

时间:2016-09-0709:03DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.10.030

2015-03-30

中国地质调查局地质调查项目“柴达木盆地循环经济试验区1∶5万水文地质调查”(1212011220974)

杨炳超(1977-)，男，陕西西安人，硕士，助理研究员，主要从事水文地质与水环境化学研究。E-mail:abing24@163.com

P641.12

A

1671-9387(2016)10-0214-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160907.0903.060.html