王凌芬，胡伏生，于艷青，王文霞

(1.北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038;2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083;3.寧夏地質(zhì)工程勘察院，寧夏 銀川 750011;4.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048)

銀川平原位于中國西北部，在中國西北干旱內(nèi)陸地區(qū)它不僅是重要的工農(nóng)業(yè)基地，也是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要核心區(qū)。銀川平原主要依靠來自黃河的地表水用于灌溉，但這并不能滿足內(nèi)陸干旱地區(qū)的用水需求，地下水是工業(yè)和城市生活用水的主要來源，而且工業(yè)和城市生活地下水資源的利用率高達(dá)95%。銀川平原是全球最干旱的地區(qū)之一，其特點是高溫，蒸發(fā)強(qiáng)度大，降雨稀少，在如此干旱和半干旱的環(huán)境下，地下水對于生活飲用和灌溉都發(fā)揮著重要的作用，因此，合理開發(fā)利用地下水資源對于維持生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。

地下水作為環(huán)境變化的受體和信息載體，地下水的水化學(xué)信息可以用于表征地下水系統(tǒng)的行為(Han et al.2009).有很多關(guān)于地下水水化學(xué)類型的報道(Alan E Fryar.et.2001，Hem JD 1989，M Gabriela Garcia.et.2001.Stephen Y Acheampong.et.1998，SUN Ya-qiao.et.2006，F(xiàn)rank D.Eckardt.et.2008，W.M.Edmunds2009)。目前，流場的分析往往與水化學(xué)場的分析相脫節(jié)。然而，地下水資源的合理開發(fā)和管理需要更好地了解地下水水化學(xué)特征，這些對于研究地下水的起源同樣重要((Su et al.2009)。本研究以銀川平原地下水為對象，采用水化學(xué)資料，在很好地了解水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，提出了一種使用水化學(xué)指標(biāo)來確定地下水的補(bǔ)給和排泄的方法。具體目標(biāo)是:(1)確定補(bǔ)給來源(2)確定排泄方式。本研究對于協(xié)助政府制定中國西北地區(qū)合理的水資源利用戰(zhàn)略和政策具有重要的理論意義。

1 研究區(qū)概述

銀川平原由西部的賀蘭山，南部的牛首山和東部的鄂爾多斯高原圈閉，形成了盆地式的平原，銀川平原自西向東、自南向北緩傾，東西方向梯度大，南北方向梯度小，海拔高度1 090～1 400 m，為寧夏回族自治區(qū)最低處。平原內(nèi)自西向東由賀蘭山前傾斜平原、沖洪積平原、黃河沖積平原組成(見圖1)。

按中國氣候區(qū)劃，銀川平原地處中溫帶干旱區(qū)，其特征是冬長夏短，干旱少雨，日照充足，氣溫年、日差較大，風(fēng)大沙多，屬大陸性氣候。銀川平原年平均氣溫9.0℃，最低一月份平均氣溫 -7.3℃，極端最低氣溫 -30.6℃，最高七月份平均氣溫23.5℃，極端最高氣溫41.4℃;年平均降水量 185 mm，多集中在6～9月，占全年降水量的68.1%;年蒸發(fā)量1 825 mm，接近降雨量的10倍，年平均濕度為55%。

圖1 銀川平原地形略圖

2 地質(zhì)和水文地質(zhì)

第四系廣泛分布于整個平原區(qū)，沉積厚度達(dá)1 000 m，據(jù)地球物理和鉆孔數(shù)據(jù)分析，銀川平原為一地塹式的斷陷盆地，盆地的中心位于平羅-賀蘭-銀川-永寧一線，盆地的最深處位于平羅-銀川以西。銀川斷陷盆地整體構(gòu)造概貌為中部斷落較深，向兩側(cè)以斷階狀或斜坡狀抬升，呈西陡東緩的巨大的寬緩向斜形態(tài)?；椎牟▌悠鸱鼪Q定了第四系的沉積厚度，地下水賦存于第四系松散沉積層中。銀川平原第四系松散巖類地下水在水平方向上具有明顯的分帶特征，由西向東，自南而北，從洪積扇及沖積扇單一潛水逐漸過渡為細(xì)土平原帶的多層結(jié)構(gòu)的潛水-承壓水。本文以淺層潛水為研究對象。

3 數(shù)據(jù)

為進(jìn)行水化學(xué)分析，共采集269個地下水樣品(2005年4月)，地下水采樣點分布如圖2所示，均取自淺層潛水。

圖2 地下水采樣點分布圖

4 分析

4.1 水化學(xué)特征

水化學(xué)分析結(jié)果顯示，地下水pH值范圍7.3～8.7，顯示堿性環(huán)境，TDS值范圍 280.30～19 400.02 mg/L，平均值1 683 mg/L，根據(jù) TDS分類，64.68%的地下水，屬于咸水型(TDS＞1 000 mg/L)，其余是淡水(TDS＜1 000 mg/L)。陽離子鈣，鎂，鈉，鉀離子的濃度范圍分別為 13.6 ～ 575.35，7.11～1 058.51，14 ～9 237.51 和 0.75 ～62.00 mg/L，平均值分別為 95.01，75.37，297.60 和 5.28 mg/L，它們的離子濃度(毫摩/升的基礎(chǔ)上)分別為 12，16.3，71 和 0.7% ，豐度的順序為 Na＞鎂 ＞鈣 ＞K。溶解的陰離子氯，SO4，HCO3(mg/L)的范圍分別為 12.18 ～ 11 978.31，1.95 ～ 7 180.00，104.75～1066.61mg/L，平均值分別為 295.81，386.15 和 433.34 mg/L，它們的離子濃度分別為 45.5，20.4 和 34.1% ，順序為Cl＞HCO3＞SO4。

使用269個水樣進(jìn)行水化學(xué)類型分類。水化學(xué)類型是比較它們的分布很有用的信息(Uphori and Toth 1989;Dipankar Saha et al.2010)。最主要的類型為 Na-HCO3，隨后是 Na-Cl(見表1)。在空間上，Mg2+和 HCO3-為主的類型，例如 Mg– Na-HCO3and Mg-Ca-HCO3，覆蓋約17%的面積。Ca2+和HCO3-為主的類型(Ca-Mg-HCO3和 Ca-NA-HCO3)占據(jù)19%的面積。近60%的面積被以鈉為主的地下水類型覆蓋著，即 Na– Mg– SO4-Cl，Na– HCO3，Na-Cl和 Na-SO4，這表明陽離子交換作用顯著。Ca-SO4和 Mg-SO4類型的地下水僅僅覆蓋一個小區(qū)域，約4%。

黃河以西，地下水礦化度較低，在 0.4～1.0 g/L之間，pH 值介于 8.02～8.14之間，為 HCO3-SO4-Ca-Mg、HCO3-SO4-Mg-Ca水及SO4-HCO3-Ca-Na型水。沿地下水流向，由SW→NE，地下水礦化度由低向高轉(zhuǎn)化，即由 ＜1 g/L→1～3 g/L→3～6 g/L→6～10 g/L→ ＞10 g/L。南部地下水化學(xué)類型以 HCO3-SO4-Mg-Na為主，礦化度1～1.3 g/L，中部(銀川市一帶)，地下水化學(xué)類型成多元分布的特點，為HCO3-SO4-Ca-Mg、SO4-HCO3-Ca-Na及 HCO3-Cl-Mg-Na交錯分布。向北，隨著地下水礦化度的增高，地下水化學(xué)類型以Cl-SO4-Na–Ca型為主。

黃河以東，南部地下水礦化度1～3 g/L，地下水化學(xué)類型以 SO4-Cl-Na– Mg、Cl-SO4-Na– Ca型為主。平原中北部，地下水礦化度由 ＜1 g/L逐漸過渡為3～6 g/L，水化學(xué)類型由 HCO3-SO4-Ca– Mg向 SO4-Cl-Na– Mg、Cl-SO4-Na-Ca型水轉(zhuǎn)變。

表1 269個水樣水化學(xué)類型分類 mg/L

4.2 礦化度及離子等值線圖

銀川平原地下水自西向東、自南向北流動過程中，地下水中 SO4、Cl、Na、Mg離子呈逐步升高態(tài)勢，見圖 3，水化學(xué)類型由 HCO3-SO4-Na-Ca型水向 Cl-SO4-Na– Ca型水轉(zhuǎn)化。表明地下水隨徑流途徑，大陸鹽化及蒸發(fā)作用逐漸增強(qiáng)。平原北部地下水礦化度高，Cl、Na、Mg離子富集，進(jìn)一步證實了該地區(qū)地下水徑流滯緩，蒸發(fā)作用成為平原北部地區(qū)地下水的主要排泄途徑。

4.3 水化學(xué)特征解釋地下水的補(bǔ)給

西部賀蘭山洪積扇地下水水化學(xué)類型在南、中、北段各不相同的分布特點，直接反映了地下水的不同補(bǔ)給來源。(1)南部洪積扇群，地下水補(bǔ)給受流經(jīng)第三系丘陵臺地的奧陶系基巖裂隙水影響，形成礦化度0.42～2.44 g/L的 Cl-SO4-Na–Mg型地下水。(2)中部洪積扇群，地下水類型以HCO3-Cl-Ca– Na型為主，與泉水水化學(xué)類型基本一致，表明地下水接受賀蘭山基巖裂隙水的補(bǔ)給，在徑流過程中，受到不同程度的蒸發(fā)作用的影響。(3)北部賀蘭山洪積扇群，地下水類型為SO4-HCO3-Ca-Na型，水化學(xué)類型主要受賦存于賀蘭山山體北段石炭，二疊煤系地層，SO4離子含量偏高的基巖裂隙水的補(bǔ)給影響。

圖3 銀川平原礦化度及離子等值線圖

平原中南部大面積分布礦化度1～2 g/L的HCO3-SO4-Ca–Mg水，推測地下水的補(bǔ)給源以低礦化高碳酸含量的黃河水為主(礦化度0.5 g/L，水化學(xué)類型HCO3-SO4-Na-Ca水)。否則，自南西向北東流動的過程中，隨蒸發(fā)作用，地下水將向高礦化的SO4-Cl或Cl-SO4型水演化。此處是由于人工引黃灌溉改變了地下水的水化學(xué)類型，大量的低礦化高碳酸含量的黃河水經(jīng)引黃渠系及田間灌溉滲入補(bǔ)給地下水，稀釋了原有高礦水，限制了平原四周高礦水的擴(kuò)散。平原中部(銀川市一帶)，淺層地下水化學(xué)類型成多元分布。引黃農(nóng)灌區(qū)，水化學(xué)類型仍然以礦化度 ＜1 g/L的 HCO3-SO4-Ca– Mg為主，銀川周邊地區(qū)，為 SO4-HCO3-Ca-Na及HCO3-Cl-Mg– Na交錯分布，HCO3-Cl-Mg– Na型水的出現(xiàn)，與山前洪積扇地下水類型相吻合，說明市區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給來源于引黃灌溉入滲水及山前洪積斜平原的側(cè)向補(bǔ)給。平原北部為地下水的排泄區(qū)。

5 結(jié)語

在銀川平原開展地下水水化學(xué)類型調(diào)查，旨在更好的了解地下水的補(bǔ)給和排泄，通過分析研究得到如下主要結(jié)論:

(1)補(bǔ)給區(qū)地下水類型以 HCO3– Mg為主，礦化度較低。沿地下水流向，地下水類型逐漸轉(zhuǎn)化為 SO4– Cl– Na– Mg型或者 Cl– SO4– Na– Mg型，礦化度1～3 g/L。至排泄區(qū)，地下水類型最終過渡為 Cl– Na型，礦化度大于3 g/L。

(2)區(qū)域地下水水化學(xué)特征反映研究區(qū)自南向北，形成多個局部徑流系統(tǒng)，主要接受大氣降水、基巖裂隙水、引黃灌溉渠系及田間滲漏補(bǔ)給，循環(huán)深度小于60 m，地下水排泄以蒸發(fā)、向地表水排泄、人工開采為主。

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