淺層地下水是干旱區重要的生態水文過程要素[1-2]，地下水位埋深及鹽度大小直接影響干旱區生態植被的生長[1，3]。在我國極端干旱區，如黑河下游具有重要生態防護功能的天然綠洲區，淺層地下水化學的變化將直接影響整個生態系統的動態平衡[4]。

　　摘要：以額濟納三角洲2011年生態輸水期間（4月）和生態輸水間歇期（8月）兩次巡測水樣的水化學數據為基礎，運用Kriging插值、Piper圖等方法，綜合分析單次生態輸水情況下額濟納三角洲河岸帶、戈壁帶和農田綠洲區淺層地下水化學特征變化及其主要影響因素。結果表明：與4月相比，8月研究區淺層地下水化學類型未發生明顯改變，但TDS（總溶解固體）（22117～29743mg/L）、總硬度（2515～3573mg/L）以及各主要離子含量顯著增加，空間變異系數增大（1126～1575）；空間上，地下水化學表現出明顯的變化特征，沿地下水徑流方向，地下水TDS由小于1000mg/L增高到大于3000mg/L，垂直河道方向，距河道一定距離存在TDS峰值帶；額濟納三角洲淺層地下水化學特征的影響因素主要包括潛水蒸散發、生態輸水和抽水灌溉等。

　　關鍵詞：國家級論文發表,淺層地下水,水化學特征,干旱區,額濟納三角洲

　　額濟納綠洲區的生態環境問題已引起了國內學者的極大關注[5-12]，已有研究表明，自2000年實施黑河輸水措施后，額濟納三角洲地下水整體趨于淡化，但部分地區地下水TDS持續增加，仍存在嚴重生態環境危機。前人對額濟納的地下水化學變化特征以及演化機理研究主要集中在實施生態輸水工程前后淺層地下水化學的變化及影響因素分析[6，9，11]。而長期影響效果是單次生態輸水影響的累積，研究額濟納三角洲河岸帶、戈壁帶和農田綠洲區不同地帶的地下水化學在單次生態輸水情況的各主要影響因素，能更加深入了解生態輸水對不同地區地下水化學恢復的影響程度及機理，為生態輸水管理和生態環境恢復決策提供重要參考，也為進一步分析與預測自然因素與人類活動共同影響下的水質演化過程提供依據。

　　1研究區概況

　　額濟納盆地地處我國西北河西走廊，黑河流域的最下游。南與甘肅省鼎新盆地相鄰，西以馬鬃山剝蝕山地東麓為限，東接巴丹吉林沙漠，北抵中蒙邊境[10，13]，整體地勢由西南向東北逐漸傾斜。該地區深居我國西北內陸腹地，為典型的大陸性干旱氣候區，降水稀少，蒸發強烈，溫差大，風大沙多。據額濟納旗氣象站1960年-2011年觀測，額濟納綠洲區多年平均降水量為34mm，蒸發能力為1413mm[14]。降水多集中在每年的6月-9月，單次降水量>10mm的降水場次十分稀少，因此大氣降水對地表徑流、地下水的直接補給作用十分微弱[15]，但由于降水能有效抑制潛水蒸發作用，因此大氣降水對研究區地下水補給作用不容忽視。額濟納三角洲地下水的補給，主要來自黑河水季節性垂向滲漏補給、大氣降水的入滲補給、相鄰鼎新盆地與額濟納盆地東南部巴丹吉林沙漠潛水的側向徑流補給。地下水系統的排泄主要包括潛水的蒸發、植被的蒸騰及工農業生產和居民生活對地下水的開采。本次研究區為額濟納旗境內狼心山以北的額濟納三角洲，介于東經99°30′-102°00′，北緯40°20′-42°30′之間，見圖1。

　　額濟納盆地主要含水層為第四系含水層，根據垂直方向上的含水層結構分為單一結構含水層、雙層結構含水層和多層結構含水層區。額濟納盆地西南部屬于單層結構的潛水系統，向東北方向逐漸過渡為雙層或多層結構的潛水-承壓水系統[13]。盆地自西南向東北，含水層巖性顆粒漸細，地下水水位埋深漸淺，含水層的富水性由強變弱，含水層層次增多[16]。

　　2研究方法

　　地下水監測點的布設應考慮監測結果的代表性、實際采樣的可行性以及監測工作的連續性，宏觀上能控制不同的水文地質單元，反映所在區域地下水質量空間變化。本次研究布設的地表水-地下水水樣點，在空間分布上南起狼心山水文站，北至東居延海（圖1），水樣點沿著額濟納東、西河的上、中、下游分布在典型的河岸帶、戈壁灘與農田綠洲區，且均采自長期觀測井，符合地下水監測點布設要求。共采集水樣34個，其中4月和8月淺層地下水水樣各14個（各觀測井井深48～15m，均位于潛水含水層），居延海湖水水樣各1個；4月份生態輸水河水水樣4個。現場采用CyberScanPC300手提pH/EC測定儀測出pH。水樣的室內水化學簡分析在中國科學院地理科學與資源研究所理化分析中心完成，CO32-和HCO3-采用滴定法（001NH2SO4）實驗分析，其他的陰陽離子分別利用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）和電感耦合等離子體光譜儀（ICP-OES）測定。TDS為八大主要離子質量濃度之和。對于所分析的水樣通過陰陽離子平衡計算驗證，其實驗誤差不超過5%。

　　3淺層地下水化學特征

　　3.1空間變化特征

　　額濟納三角洲淺層地下水化學特征在兩次采樣期的空間分布基本一致；從上游沖洪積扇區到下游東、西居延海附近呈現明顯的水平分帶性。南部的沖洪積扇區及河岸帶，淺層地下水的TDS<1000mg/L，屬于淡水，河岸帶TDS空間變異小，均值也最小；中部及北部的大部分戈壁帶，TDS介于1000～3000mg/L之間，屬于微咸水，戈壁帶TDS普遍較大，空間變異小；東河下游農田綠洲地區的部分TDS>3000mg/L，屬于咸水，農田綠洲區TDS空間變異大，多出現極高值，見圖2。

　　3.1.1沿河道方向

　　自額濟納三角洲南部的沖洪積扇區至東河下游農田綠洲區，淺層地下水化學類型變化明顯：由狼心山水文站（GW1）的SO4-HCO3-Mg-Na型漸變為I斷面（包括GW2、GW3、GW4）的SO4-HCO3-Na-Mg型，至II斷面（包括GW5、GW6、GW7、GW8）和東河下游額濟納農田綠洲區演化為SO4-Cl-Na-Mg型；沿河道河水的水化學類型未發生改變，均為SO4-HCO3-Mg-Na型[東居延海湖水的水化學類型為Cl-SO4-Mg-Na型（4月20日水樣）或SO4-Cl-Na-Mg型（8月10日水樣）。可見沿河道地下水化學類型由南部與河水水化學類型相同逐漸變為下游農田綠洲區與東居延海湖水水化學類型相同，淺層地下水沿河道TDS（最大增幅123641mg/L）、總硬度（最大增幅13843mg/L）以及各主要離子沿河流方向顯著增加。3.1.2垂直河道方向

　　以Ⅱ斷面為例，在垂直河道方向上TDS在生態輸水期間和生態輸水間歇期變化趨勢一致：隨著距河道距離的增加，呈現出增加-減少-平穩的變化趨勢，見圖3。距西河5500m處的觀測井GW6的TDS最高，并顯著高于其他3個觀測井。有研究表明，在極端干旱區的末端，包氣帶中鹽分因蒸發濃縮作用聚集而豐富，生態輸水的河水水質較好，大量的河水補給導致近河床位置淺層地下水中TDS和離子含量下降[但同時生態輸水使河床上沉積的大量易溶鹽類溶解在水中，造成水頭到達之處的地下水鹽分升高[17]；而遠離河道的戈壁帶地區，如GW7和GW8距東、西河均超過9000m，它們并不受生態輸水的影響[18]，地下水TDS較低且穩定，因此呈現出上述增加-減少-平穩的變化趨勢。綜上所述，在距西河一定距離的位置存在淺層地下水TDS峰值帶，即本次生態輸水的河水影響范圍邊界[17，19]。

　　3.2時間變化特征3.2.1水化學特征分析

　　由額濟納三角洲河水、東居延海湖水及淺層地下水Piper圖可以看出，全部地表-地下水水樣都分布在菱形圖第4區，其水化學特征為強酸>弱酸，就見圖4。

　　與4月相比，8月淺層地下水pH均值略有下降（78～76）；總硬度均值增加1058mg/L（2515～3573mg/L）；TDS均值增加7626mg/L。4月的TDS均值為22117mg/L，最小值為7807mg/L，出現在西河上游河岸帶的GW2觀測井；最大值為102296mg/L，出現在東河下游農田綠洲區的GW13觀測井。8月的TDS均值為29743mg/L，最小值7585mg/L，出現在東河下游農田綠洲區GW9觀測井；最大值為131225mg/L，出現在東河下游農田綠洲區的GW10觀測井。8月70%以上觀測井的TDS呈現增加趨勢，尤其是斷面Ⅰ和斷面Ⅱ，除距離東河河道非常近的GW4略微下降，其余所有觀測井的TDS均顯著增加。東河下游農田綠洲區部分觀測井的TDS略顯下降，變化規律不顯著。但淺層地下水化學類型在Piper圖中的位置幾乎無變動，水化學類型中少量的變化并沒有體現地下水鹽化的趨勢。其中，50%的觀測井水化學類型完全沒有改變，發生變化的觀測井有GW2、GW5、GW10和GW12，分別由Na-Mg-SO4-HCO3型變為Na-Mg-HCO3-SO4型、Na-Mg-SO4-HCO3型變為Na-Mg-SO4-Cl型，Na-Mg-SO4-Cl型變為Na-Mg-SO4型、Na-Mg-SO4-HCO3型變為Ca-Na-SO4-HCO3型。

　　3.2.2主要離子特征分析

　　淺層地下水各主要離子與TDS變化規律相似，見表1。與4月相比，8月的主要離子成分最小值沒有顯著變化，但最大值和平均值都不同程度增加。陰離子中SO42-平均濃度增加3379mg/L（8852～12230mg/L），HCO3-增加736mg/L（3433～4170mg/L），Cl-增加了632mg/L（3178～3810mg/L）；陽離子中Na++K+平均濃度增加最多，增加1905mg/L（4056～5961mg/L），Mg2+增加725mg/L（1570～2296mg/L），Ca2+增加333mg/L（945～1278mg/L）。8月各主要離子的變異系數也均增大，變異系數反映單位均值上的離散程度，變異系數增大，表明生態輸水間歇期，額濟納三角洲淺層地下水各離子空間分布不均勻性增加。其中增加最多的是Na++K+，約增加1倍，其次是Cl-、SO42-和Mg2+，淺層地下水中含量較少的HCO3-和Ca2+的變異系數一直較小，沒有明顯變化。

　　4影響因素分析

　　觀測井所處的位置及其地下水水位和河水的動態關系，決定了觀測井的類型，按照戈壁帶、河岸帶和農田綠洲區三種不同類型具體分析地下水化學的影響因素，見圖5。

　　4.1戈壁帶

　　在干旱區，強烈的蒸散發作用致使淺層地下水“水去鹽留”，鹽分的不斷積累導致水化學向鹽化方向演化[2，13]。額濟納三角洲戈壁帶（觀測井GW7、GW8）地下水化學變化的主要影響因素是潛水蒸散發作用。如圖5類型一所示，觀測井地下水位在夏季緩慢下降，在蒸散發的持續作用下，戈壁帶地下水TDS較高，并且隨時間不斷增大，與4月相比，8月的TDS均值升高了828mg/L（11916～12744mg/L）。

　　4.2河岸帶

　　2011年4月12至21日采樣時，東、西河已分別連續生態輸水97天、120天，處于該年第一次生態輸水期間，此時，東、西河已分別輸水14284×104m3和5869×104m3，約占全年輸水總量的1/3；8月13至18日采樣時，東、西河已分別停止生態輸水27天、123天，處于第一次生態輸水間歇期。黑河間歇性生態輸水的河道滲漏補給是研究區淺層地下水的主要補給源[13]。在距河道100m以內的河岸帶（觀測井GW4、GW5），如圖5類型二所示，地下水位動態對生態輸水過程的響應顯著，地下水位在兩次來水期間均有不同程度的回升。因此，河岸帶地下水化學變化在受到潛水蒸散發作用影響的同時，主要受到生態輸水條件下的河流入滲補給影響，故與戈壁帶相比，河岸帶的淺層地下水TDS整體偏低。受生態輸水分配的影響，東河沿岸地下水較西河沿岸更加淡化，TDS也明顯偏小。這主要是因為東河多年平均生態輸水量是西河的3倍多，因此東河沿岸的地下水受入滲河水的淡化作用更顯著。同時，在河水入滲補給地下水的過程中，河岸帶地下水中的鹽分成條帶狀向遠離河道方向緩慢運動，并在距河岸帶一定距離的位置存在一個淺層地下水TDS峰值帶[16]。

　　4.3農田綠洲區

　　在農田灌區，春季河水漫灌和夏季地下水開采回灌是影響淺層地下水水位（如圖5類型三所示）與水化學動態的主要因素，此外，作用于整個額濟納三角洲的潛水蒸散發作用以及生態輸水作用也對大部分位于河流附近的農田灌區地下水水化學產生影響。與4月相比，8月灌區地下水的TDS平均增加了24112mg/L（48230～72341mg/L），但受灌溉面積及抽水量大小的影響，不同觀測點的地下水TDS變化幅度差異較大。其中觀測井GW10位于農田中，其控制灌溉面積約為2667hm2，每年灌溉抽水量約為204×104m3，在地下水抽取-回灌的過程中，淺層地下水受到反復的蒸發濃縮作用，鹽分不斷淋濾累積，其TDS在4月至8月期間增加了94453mg/L。淺層地下水化學特征及其變化規律受氣候、水文、地形特征、巖性等因素的綜合影響，同時受地下水補給、徑流、排泄條件的制約[8]。結合研究區淺層地下水位動態變化特征[14]，分析出額濟納三角洲河岸帶、戈壁帶和農田綠洲區地下水化學主要受到潛水蒸散發、生態輸水、抽水灌溉等因素綜合作用。

　　5結論

　　（1）自額濟納三角洲南部的沖洪積扇區至東河下游農田綠洲區，沿河流方向淺層地下水化學類型由SO4-HCO3-Mg-Na型變為SO4-Cl-Na-Mg型，TDS、總硬度以及各主要離子沿地下水徑流方向顯著增加。

　　（2）與生態輸水期（2011年4月）相比，生態輸水間歇期（2011年8月）的地下水TDS、總硬度以及各主要的離子含量均顯著增加，空間變異系數增大，但地下水化學類型并未發生改變。

　　（3）在垂直河道方向上，地下水TDS隨著距河道距離的增加，呈現出"增加-減少-平穩"的變化趨勢，表明在距河岸一定距離的位置存在一個TDS最高的水平帶。

　　（4）額濟納三角洲淺層地下水化學特征變化的主要影響因素包括蒸散發、生態輸水和抽水灌溉等。在戈壁帶，潛水蒸散發使水化學鹽化，而生態輸水過程中的河水入滲補給使河岸帶地下水化學得到淡化；在三角洲下游的農田綠洲區，由于抽水灌溉使地表水與地下水之間的多次轉換，造成地下水TDS不斷增加。

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