李艷龍 秦冬時(shí) 李佳洋

內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院 呼和浩特 010020

巴彥浩特鎮(zhèn)位于賀蘭山西麓沖洪積平原，地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄明顯受地質(zhì)構(gòu)造、地貌條件、氣象等因素的嚴(yán)格控制，取決于大氣降水的強(qiáng)度、地下水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、巖性特點(diǎn)以及與地表水體的水量交換關(guān)系和人類活動(dòng)的影響強(qiáng)度。

區(qū)內(nèi)地下水的徑流方向、徑流途徑和強(qiáng)度受巖性、地形地貌與地下水賦存空間等因素的影響和控制。地下水總體上由東部向巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)徑流，補(bǔ)給巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)地下水。東部邊界是區(qū)內(nèi)最主要的側(cè)向徑流補(bǔ)給邊界，東部賀蘭山區(qū)基巖裂隙水通過地下徑流補(bǔ)給巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)地下水。與腰壩盆地只有東側(cè)邊界的側(cè)向補(bǔ)給不同，格靈布隆盆地地下水還接受一定的西部沙地地下水的側(cè)向補(bǔ)給。受地下水分水嶺控制，腰壩盆地和格靈布隆盆地流場特征差異明顯，腰壩盆地在本區(qū)具獨(dú)立完整的補(bǔ)給—徑流—排泄系統(tǒng)，東部賀蘭山區(qū)為地下水補(bǔ)給帶，山前沖洪積平原為地下水徑流帶，沖洪積平原前緣巴彥達(dá)萊湖地區(qū)為地下水的匯集排泄區(qū)。受開采影響，在腰壩的農(nóng)業(yè)開采區(qū)已經(jīng)形成較大范圍的降落漏斗，使腰壩盆地地下水流場形成了近似“啞鈴形”的形態(tài)，工作區(qū)內(nèi)水力坡度從東部的2‰左右逐漸變化到中部的0.5‰左右。

除少量的大氣降水入滲補(bǔ)給外，地下水主要接受賀蘭山區(qū)地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

大氣降水是巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源之一。巴彥浩特鎮(zhèn)大部分地區(qū)地下水埋深較大,不利于大氣降水的入滲補(bǔ)給。大氣降水補(bǔ)給區(qū)主要分布在巴彥浩特鎮(zhèn)西部地下水淺埋區(qū),該區(qū)域地下水埋深小于10m,包氣帶巖性以粉細(xì)砂、細(xì)砂為主,利于降水滲入。

影響大氣降水對(duì)地下水補(bǔ)給的因素主要有：降水性質(zhì)、包氣帶的巖性、厚度、地形和植被等。

降水量的大小對(duì)地下水的補(bǔ)給起著控制作用，工作區(qū)位于干旱——半干旱氣候帶，年降水量200mm左右，降水相對(duì)不足、降水量年內(nèi)分配不均，變率大是本地區(qū)大氣降水的基本特征。

巴彥浩特鎮(zhèn)地區(qū)屬我國典型干旱區(qū)，干旱少雨，風(fēng)大沙多，冬寒夏熱，四季氣候特征明顯，晝夜溫差大。據(jù)阿拉善左旗巴彥浩特氣象站資料，多年平均降水量203mm。

極端最低氣溫-36.4℃；極端最高氣溫41.7℃。無霜期130～165天。降雨多以暴雨形式，集中于6～9四個(gè)月（見圖1），約占全年降水量的62.7%。多年平均蒸發(fā)量2347.4mm；為多年平均降水量的11.5倍。多年平均氣溫7.4℃。每年3～5月為風(fēng)季，最大風(fēng)速34m/s。

區(qū)內(nèi)受地形影響，降水量由東向西逐漸減少。賀蘭山頂高山氣象站可達(dá)426mm；到西部沙漠區(qū)遞減為146.1mm；蒸發(fā)量在平面分布上，與降水量相反，由東向西逐漸增大，從賀蘭山區(qū)的1，400mm，到西部沙漠區(qū)漸增為23，16.5mm。

圖1 巴彥浩特鎮(zhèn)多年月平均氣象要素值

巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)降水量年際變化較大，根據(jù)阿拉善左旗巴彥浩特氣象站資料，最大348mm（1977年），最小112mm（1965年）。

根據(jù)阿拉善左旗氣象站資料，區(qū)內(nèi)大氣降水多以暴雨的形式出現(xiàn)，根據(jù)前人研究成果，降水強(qiáng)度較大的次降水（暴雨），對(duì)地下水的補(bǔ)給具有重要意義。但2009年由于降水偏少（僅130mm），對(duì)補(bǔ)給地下水有影響的次降水量＞10mm的降水僅占總降水量的69%。

表1 巴彥浩特鎮(zhèn)多年月平均氣象要素一覽表

區(qū)內(nèi)大氣降水的波動(dòng)規(guī)律性較強(qiáng)，年際間降水量較大時(shí)，大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給強(qiáng)度也較大，反之，則較小。本次工作調(diào)查結(jié)果，就反映了這種的規(guī)律，2009年降水量較2008年降水量小50%左右，對(duì)應(yīng)的地下水位，2010年5月較2009年5月地下水位平均下降0.06m左右（強(qiáng)開采區(qū)除外）。

為了研究巴彥浩特鎮(zhèn)地下水的形成環(huán)境、年齡；地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件；地表水（湖水）與地下水的補(bǔ)排關(guān)系，在充分分析已有資料的基礎(chǔ)上，在該區(qū)共采集同位素樣（T、D、18O樣）17組，其中大氣降水樣1組，湖水樣1組，地下水樣15組，所有樣品均同時(shí)采集水質(zhì)全分析樣。

同位素測試結(jié)果見表2。

表2 同位素測試結(jié)果一覽表

在水循環(huán)的每一階段，受大氣蒸汽源的同位素組成、水汽凝結(jié)和蒸發(fā)過程中的同位素分餾作用、土壤和地表水的蒸發(fā)作用以及不同水體的混合作用等影響，水中的18O和D具有不同的演化規(guī)律和組成特征。

1.大氣降水與地表水的同位素特征

巴彥浩特鎮(zhèn)內(nèi)沒有開展過系統(tǒng)的同位素研究工作，不能建立當(dāng)?shù)卮髿饨邓€(wěn)定同位素雨水線方程，僅以鄰近本區(qū)的銀川地區(qū)大氣降水穩(wěn)定同位素雨水線方

程作為本地區(qū)的參考方程。

δDSMOW=6.48δ18OSMOW-7.069（n=8）

在巴彥浩特鎮(zhèn)中部采集了雨水同位素樣1件，測試結(jié)果為δD-65.78‰，δ18O-9.3‰。結(jié)果大致落在銀川地區(qū)大氣降水穩(wěn)定同位素雨水線上（見圖2）。

圖2 地下水、雨水及地表水δ18O與δD關(guān)系圖

在巴彥達(dá)萊湖分別采集了一件同位素樣，測試結(jié)果分布在當(dāng)?shù)赜晁€的右下方，相比于地下水，湖水的重同位素要富集許多,表明湖水受蒸發(fā)作用影響強(qiáng)烈。

2.地下水的同位素特征

采集地下水同位素樣測試結(jié)果表明，其同位素分布范圍δD為-45.04‰～-86.03‰、δ18O為-6.123‰～-11.78‰，同時(shí)，地下水中δ18O和δD值多位于雨水線的下方，表明地下水主要由東部賀蘭山區(qū)大氣降水、融雪水和基巖裂隙水補(bǔ)給，或者說相對(duì)與大氣降水，來自賀蘭山區(qū)的基巖裂隙水的補(bǔ)給量占絕對(duì)優(yōu)勢。

在腰壩盆地，沿地下水徑流方向,環(huán)境同位素逐漸富集,尤其δ18O更為明顯,環(huán)境同位素含量偏低，而隨著徑流途徑的增加，地下水位埋深逐漸減小，表現(xiàn)出一定的蒸發(fā)效應(yīng)（見圖3），環(huán)境同位素含量逐漸富積，在農(nóng)場牧業(yè)隊(duì)以西，還表現(xiàn)出δ18O和δD濃度的背離。而格靈布隆盆地，在取樣剖面上，穩(wěn)定同位素濃度變化不大，可能與取樣點(diǎn)水位埋深較大，徑流途徑較短有關(guān)。

在ZK07、ZK10孔中分段采集了同位素樣，從測試結(jié)果可以看出,下段地下水中D、18O濃度較上段都略有減少，但相差不大，尤其ZK07孔，上下段水D、18O濃度極為接近，而ZK10孔，上下段水D、18O濃度有一定的差異，上段水相對(duì)富集，其主要原因是該處地下水埋深較小，上段水受一定的蒸發(fā)影響，同時(shí)能夠接受大氣降水的直接補(bǔ)給。

圖3 腰壩盆地沿地下水徑流方向同位素濃度變化曲線

三、地下水氚年齡

根據(jù)地下水是否受到核爆試驗(yàn)期間產(chǎn)生的大量核爆氚的標(biāo)記，可將地下水形成時(shí)間劃分為核爆試驗(yàn)前和核爆試驗(yàn)后兩個(gè)階段。核爆試驗(yàn)前（1953年前）天然情況下大氣降水的氚濃度為10TU，這種含氚的降水入滲進(jìn)入地下水之后，按照同位素放射性衰變方程，到取樣時(shí)間時(shí)，地下水的氚濃度衰減為0.5TU以下，小于氚的測試本底。因此若地下水的氚濃度小于此數(shù)值，一般可認(rèn)為其年齡大于50年；若地下水的氚濃度大于0.5TU，則表明地下水為核爆試驗(yàn)開始后補(bǔ)給的，其年齡小于50年。

地下水中氚的濃度變化因素受多種因素的影響，不僅與大氣降水及地表水輸入到地下水中的氚濃度有關(guān)，還與含水介質(zhì)的構(gòu)造、巖石性質(zhì)、地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律等因素有一定的關(guān)系。

從本次采集樣品測試結(jié)果可以看出潛水中的氚值與大氣降水中的氚值大多相差較大,除巴彥浩特鎮(zhèn)外圍扇頂部所采集樣品測試結(jié)果>10TU,接近于大氣降水外,區(qū)內(nèi)地下水測試結(jié)果都<5TU,說明大氣降水補(bǔ)給直接補(bǔ)給區(qū)內(nèi)地下水較為困難，地下水中氚含量最小為1.03TU，其年齡較大，但也應(yīng)為核爆試驗(yàn)開始后補(bǔ)給的，其年齡也應(yīng)小于50年。