石嘴山市星海湖天然补给水量及氟离子量分析研究

李 阳

（宁夏回族自治区水文环境地质勘察院，银川 750021）

水中的氟离子含量过高或过低都会影响动植物的生长发育，它不仅会增加人体的龋齿发病率，侵蚀骨骼等矿化组织，还会影响动植物的新陈代谢[1]。氟过量摄入导致的氟中毒现象在我国内陆地区十分普遍，以氟过剩为特征的氟中毒主要集中于干旱及半干旱区[2]。通过认识氟的空间分布规律及高氟水形成的环境特征，人们可以有效控制病源水体，从根本上防止氟中毒的发生，保护人畜健康，探索有效利用高氟水的途径，使干旱区本就贫乏的水资源不至于浪费[3]。本文通过查明星海湖与周边地下水的补排关系，分析石嘴山市星海湖湖水的各类补给源，使用均衡法计算天然状态下进入湖水的水量和氟离子量。

星海湖位于宁夏回族自治区石嘴山市大武口区东南部，与市区相接。星海湖总面积43 km2，湖区分为北域、东域、西域、中域、新域和南域六部分。常年性水域面积23 km2，平均深度1.5 m，北域、东域、西域、中域与新域最大水深在2 m左右，中域最大水深在4 m左右。星海湖周围主要渠系有第二农场渠，贺兰山区与星海湖相通的排洪沟有大武口沟、韭菜沟、归德沟、大风沟和小风沟等5条沟谷。大武口沟与星海湖北域相通；韭菜沟与归德沟连接形成归韭沟，与星海湖中域相通；大风沟与小风沟连接形成大风沟，与星海湖南域相通。

1 星海湖各域湖水补给源分析及补排条件

在对星海湖水文地质条件进行分析后，经过野外勘查，笔者发现，星海湖湖水的主要补给来源有渠系引黄河水补给、侧向地下水径流补给以及洪水补给与大气降水补给，主要的排泄是蒸发排泄和向地下水排泄。但调查发现，由于地形高差等原因，不同湖区的补给和排泄又有不同。

根据本次调查，星海湖东域主要接受第二农场渠引黄补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄，水位过高时还会通过开闸放水向排水沟排泄；星海湖北域主要接受第二农场渠引黄补给、大武口沟排洪沟泄洪补给、侧向地下水补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄，水位过高时还会通过开闸放水向东域和中域排泄；星海湖西域主要接受地下水侧向补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄。

星海湖中域主要接受第二农场渠引黄补给、归韭沟排洪沟泄洪补给、侧向地下水补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄，水位过高时还会通过开闸放水向南域排泄；星海湖新域主要接受第二农场渠引黄补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄，水位过高时还会通过开闸放水向排水沟排泄；星海湖南域主要接受第二农场渠引黄补给、大风沟排洪沟泄洪补给以及大气降水补给，然后向地下水排泄、蒸发排泄；星海湖北域、西域，中域和南域接受地下水侧向补给，东域和新域不接受地下水侧向补给，甚至反向补给地下水，但西域不接受引黄补给，且湖域面积较小，因此本次均衡计算的对象是星海湖北、中、南三域。

2 星海湖北、中、南三域氟离子含量情况

近年来，星海湖各域氟离子浓度均处于比较高的状态[4]。星海湖各域位置及取样点分布如图1所示。自2017年3月以来，星海湖北域氟离子最高值出现在2017年5月，为2.41 mg/L；最低值出现在2018年5月，为1.64 mg/L。中域最高值出现在2018年6月，为1.45 mg/L；最低值出现在2017年8月，为0.8 mg/L。南域最高值出现在2018年6月，为1.28 mg/L；最低值出现在2018年2月，为0.86 mg/L。

图1 星海湖各域位置及取样点分布示意图

3 补给水源携带进入星海湖中的氟离子

3.1 星海湖侧向补给地下水氟离子含量

为了解星海湖补给地下水中的氟离子含量，笔者对大武口沟与北域交汇处地下水、归韭沟与中域交汇处地下水、大风沟与南域交汇处地下水进行取样化验，取样层位均为与星海湖有水利联系的潜水含水层，氟离子化验方法为离子色谱法[5]。取样点位置如图1所示，地下水氟离子含量如表1所示。

表1 侧向补给地下水氟离子物含量

3.2 第二农渠引黄河水氟离子含量

星海湖的主要补给来源是渠系引黄补给，补给渠系为第二农场渠。在星海湖北域第二农场渠闸口进行取样。二农渠引黄氟离子含量为0.838 mg/L。

3.3 排洪沟补给洪水与雨水氟离子含量

2018年7月22日，石嘴山市大武口区突降暴雨，导致山洪暴发，排洪沟水位暴涨，7月23日对大武口沟、归韭沟与大小风沟洪水进行取样。洪水与雨水氟离子含量如表2所示。

表2 洪水与雨水氟离子含量

由于雨水中氟离子浓度很低，对星海湖氟离子浓度变化影响较小，因此本次均衡计算不考虑雨水的影响。

4 星海湖北域、中域、南域氟离子补给量评价

为了解星海湖北域、中域和南域天然状态下接受黄河水补给、侧向地下水补给、洪水补给后湖水中氟离子浓度变化，笔者对2017年星海湖北域、中域和南域进行水量和氯离子均衡计算，在不考虑含水层阻滞、吸附、解吸附、溶滤和沉淀等水物理化学变化条件下，使用均衡法计算北域、中域和南域接受补给后湖区氟离子变化，如表3至表6所示。

表3 星海湖三域接受渠系引黄河水补给量以及氟离子补给量

表4 星海湖三域接受排洪沟泄洪量以及氟离子量

表5 星海湖三域接受地下水侧向补给量以及氟离子量

表6 湖区接受补给后均衡计算出的氟离子浓度及湖区原年平均氟离子浓度

5 结论

根据估算，在接受引黄水补给、侧向地下水补给及洪水补给后，星海湖北域、中域、南域均衡计算出的氟离子浓度分别为0.95 mg/L、0.80 mg/L、0.73 mg/L，但实际监测发现氟离子浓度高于估算值。经分析，笔者认为，原因是周围地层中与沉积物中氟化物含量较高，星海湖周边岩土层中氟离子溶滤进入湖中，星海湖湖底沉积物溶滤及解吸附进入湖中，为氟离子浓度升高提供来源，而湖水连通性差、流通不畅以及蒸发浓缩作用强烈等作用进一步加剧了氟离子的富集。