王曉艷，蔣纏文，劉 丹

(1.渭南師范學(xué)院 農(nóng)商學(xué)院， 陜西 渭南 714099；2.陜西省河流濕地生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714099)

【現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)研究】

沋河流域下游水化學(xué)特征分析

王曉艷1,2，蔣纏文1，2，劉 丹1,2

(1.渭南師范學(xué)院 農(nóng)商學(xué)院， 陜西 渭南 714099；2.陜西省河流濕地生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714099)

水化學(xué)類型；離子濃度；巖石風(fēng)化；TDS；沋河

河流作為天然的地表水，與周圍的自然和人文環(huán)境有著頻繁的交流，并受區(qū)域環(huán)境的影響。[1]一個地區(qū)的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟發(fā)展狀況均受水質(zhì)優(yōu)劣的影響，而水質(zhì)通?？梢酝ㄟ^對水化學(xué)特征的研究來鑒定和分析。[2]近年來，國內(nèi)外學(xué)者通過對河流水化學(xué)特征的分析與研究，來判斷河流主要離子的地球化學(xué)來源與區(qū)域環(huán)境的關(guān)系。[3]沋河作為渭河的一條支流，是渭南市城市用水和工農(nóng)業(yè)用水的主要水源，在經(jīng)濟發(fā)展中的作用比較明顯。本文基于沋河流域下游沿線的5個樣點，結(jié)合前人多年相關(guān)分析經(jīng)驗及該地區(qū)的地質(zhì)地貌、巖石、土壤等狀況，對該河流流域下游的主要常規(guī)離子進行了系統(tǒng)的研究和分析，揭示出沋河流域下游的水化學(xué)組成特征、水化學(xué)類型和影響因素等，以期為該區(qū)域的地球化學(xué)研究、區(qū)域的水化學(xué)研究積累數(shù)據(jù)，也為沋河的合理開發(fā)與綜合治理提供可靠的數(shù)據(jù)資料。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

沋河流域位于陜西省渭南市，地理位置介于108°50′～110°38′E和34°13′～35°52′N之間，發(fā)源于秦嶺北麓，是渭河下游的一條支流。沋河有東西兩個源頭：東源的清水河(流經(jīng)花園至史家村)和西源的稠水河(流經(jīng)姜洞坡至史家村)，清、稠二水流至史家村合流成為沋河，在蔣家村一帶形成沋河水庫，水庫進庫站位于壩址上游3.5 km處，控制流域面積為179 km2，是渭河南山支流河上的一座中型水庫。該水庫所控制的流域面積為224 km2，灌溉面積為40.27 km2，有效灌溉面積為33.73 km2。沋河年平均徑流量為3.36×10-2km3。[4-6]

1.2 地形地貌、土壤、降水和氣候

該流域?qū)儆谌A北地帶的陜甘寧盆緣區(qū)，南北隆起，中部屬于地塹構(gòu)造。中部低、南北高、東西開闊。南北為石質(zhì)山地，主要的巖石類型是花崗巖，其次是變質(zhì)巖，主要礦物是白云石(CaMg[CO3]2)和方解石(CaCO3)，棕壤—褐土是其基本的土壤組成類型，加之有關(guān)中特有的農(nóng)業(yè)土壤為塿土。[5]暖溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候是該流域典型的氣候類型，四季分明，光照充足，年平均氣溫13.6 ℃；雨量適中，年降水量600 mm左右，春季氣候多變，夏季炎熱多雨，冬季干冷。根據(jù)厚子鎮(zhèn)的觀測資料，稠水河流域年平均降雨量917.8 mm，年最大降雨量1 151.8 mm，最小降雨量626.1 mm。全年降雨多集中在6～9月，占全年降雨的57.6%，以暴雨出現(xiàn)最多，且多集中在24小時內(nèi)。[5]

2 采樣與分析

2.1 布點與采樣

沿河流經(jīng)區(qū)域分別在花園村(HY)、河西村(HX)、雷家村(LJ)、河流入庫口(RKK)和河流出庫口(CKK)布點(見圖1和表1)。采樣之前，需用該流域的水流震蕩清洗塑料瓶3次，且要盡量在河水自然流動的狀態(tài)下進行，不可攪動河水，以免影響樣品的代表性。采樣時，要戴上一次性手套，用蒸餾水洗滌過的500 mL塑料瓶進行采集。樣品采集結(jié)束后，要按照要求貼上標簽，并進行密封保存。所有樣品從野外帶回來之后保存溫度為4℃左右。

圖1 沋河流域水系圖

采樣點海拔(m)經(jīng)度(E)緯度(N)花園(HY)570109°33'18″34°20'43″河西(HX)410109°31'17″34°24'32″雷家村(LJ)390109°30'56″34°26'44″入庫口(RKK)440109°31'3″34°26'16″出庫口(CKK)400109°31'24″34°37'38″

2.2 樣品分析

Cl-用AgNO3滴定法測定，用鉻酸鉀溶液作為指示劑，根據(jù)公式Cl-%=CAgNO3×(V2-V1)×35.5/V，計算得到數(shù)值，其中V1、V2均為消耗AgNO3的體積。

圖2 沋河流域下游水化學(xué)的吉布斯分布模式

采樣點Cl-SO2-4NO-3HCO-3Ca2+Mg2+Na+K+花園(HY)9.237.207.7063.1319.183.117.231.43河西(HX)18.469.268.5391.6124.447.4111.320.80雷家村(LJ)14.568.237.7087.0821.816.7010.301.43入庫口(RKK)16.333.547.29109.3424.447.1813.371.64出庫口(CKK)14.917.616.8877.8719.185.7411.321.42

各采樣點的EC(電導(dǎo)率)和TDS(總可溶性固體)用型號為DDSJ-308A電導(dǎo)率儀檢測、pH 用型號為pHS-3C的pH計測得(見表3)。

2.3 主要儀器與試劑

主要儀器：WFX-200原子吸收分光光度計、DDSJ-308A電導(dǎo)率儀、pHS-3C的pH計及酸堿滴定管。

主要試劑：濃硝酸、AgNO3溶液、鉻酸鉀溶液、碳酸氫鈉溶液、濃硫酸、濃磷酸、鉬酸銨、二苯胺磺酸鈉、乙酸銨、重鉻酸鉀、FeSO4標準液、AgNO3溶液、甲基紅、氨水(1∶1)、鹽酸(1∶1)及氯化鉀溶液。

3 結(jié)果與討論

3.1 沋河流域下游水化學(xué)特征

表3 各采樣點EC(μg/cm)、TDS(mg/L)、 pH的特征值

3.2 主要離子來源及其影響因素

控制水化學(xué)特征的因素是多樣的，河流水體離子的主要來源是大氣降水、巖石風(fēng)化、礦物風(fēng)化和人類活動，人類活動包括農(nóng)業(yè)活動輸入和工業(yè)活動輸入。[12-13]Gibbs認為控制天然河水組成的因素可以分為：降水控制型、巖石風(fēng)化型以及蒸發(fā)/結(jié)晶型，并認為這三種可以用來定性地判斷一個區(qū)域的降水、巖石風(fēng)化和蒸發(fā)/結(jié)晶作用對河流水化學(xué)特征的影響。[14]水中溶解物質(zhì)的控制因素可以用Na+/(Na++Ca2+)與TDS的關(guān)系來確定。[15]按此關(guān)系全球所有的離子組成大體上都分布在該圖中[16]。圖2中縱坐標代表河水中總可溶性固體的總量，且為對數(shù)坐標，橫坐標是Na+/(Na++Ca2+)的離子比值。通常河水中的 Na+/(Na++Ca2+)比值較高(接近于1)，其礦化度也就比較低(離子總量10 mg/L)，一般分布在Gibbs圖的右下角，說明了大氣降水對該流域離子來源的影響；Na+/(Na++Ca2+)比值較低(小于0.5)的河流，TDS含量中等(離子總量為70～300 mg/L)，一般分布在Gibbs圖的左側(cè)中部，反映了巖石對該河流離子來源的影響；Na+/(Na++Ca2+)比值和TDS的總量都較高，其分布在Gibbs圖的右上角，說明了蒸發(fā)/沉淀作用對沋河水化學(xué)特征的影響。[4]沋河流域下游的水化學(xué)特征(如圖2所示)：TDS含量中等，Na+/(Na++Ca2+)比值在0.43左右，離子比值較低?？梢?，這與上述的第二種描述相符合，所以，沋河流域下游主要離子的來源是巖石的風(fēng)化作用，而蒸發(fā)/沉降和大氣降水對該流域離子來源的貢獻不大。

圖3 主要離子組成三角圖

表4 沋河流域下游部分離子濃度比值

4 結(jié)語

通過對沋河流域下游水化學(xué)的研究和分析，可以得出以下結(jié)論：

(2) 該流域下游的離子來源主要是巖石的風(fēng)化作用以及一些巖溶礦物的溶解，蒸發(fā)/沉降作用和大氣降水在離子來源方面所起的作用甚微。

(4) 該流域下游的水化學(xué)組成在一定程度上受到了人類活動的影響。

[1] 伍光和,王乃昂,胡雙熙,等.自然地理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2] 劉永林,雒昆利,李玲,等.新疆天然水化學(xué)特征區(qū)域分異及其地質(zhì)原因[J].地理科學(xué),2016,36(5):794-802.

[3] 葉宏萌,袁旭音,葛敏霞,等.太湖北部流域水化學(xué)特征及其控制因素[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(1):23-27.

[4] 孫一博,劉朋飛,王文科,等.渭河流域地下水的水化學(xué)特征及形成機制[J].南水北調(diào)與水利科技,2016,14(2):152-158.

[5] 李昭淑,黃春長,李志峰,等.沋河水庫產(chǎn)沙條件的研究[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1982,(4):53-62.

[6] 左建.地質(zhì)地貌[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

[7] Mitamura O, Seike Y, Kondo K, et al.First investigation of ultra-oligotrophic alpine Lake Puma Yumco in the pre-Himalaya,China[J].Limnology,2003,(4)：167-175．

[8] Murakami T, Terai H, Yoshiyama Y, et al. The second investigation of Lake Puma Yum Co located in the Southern Tibetan Plateau, China[J].Limnology, 2007,(8)：331-335.

[9] Hopkinson C, English M C. Spatio-temporal variations of δ18O isotope signatures of hydrological components within a glacierised mountainous basin[C]//Proceedings of the 58th Eastern Snow Conference. Ottawa, Ontario, Canada, 2001．

[10] Liu F J, Williams M W, Caine N. Source waters and flow paths in an alpine catchment, Colorado Front Range, United States[J].Water Resources Research,2004,40:1-16.

[11] GB5750-2006 生活飲用水標準檢驗方法[S].北京:中華人民共和國衛(wèi)生部和中國國家標準化管理委員會,2007.

[12] 武小波,李全蓮,賀建橋,等.黑河上游夏半年河水化學(xué)組成及年內(nèi)過程[J].中國沙漠,2008,28(6):1190-1196.

[13] 溫小虎,仵顏卿,許建平,等.額濟納盆地地下水鹽化特征及機理分析[J].中國沙漠,2006,26(5):836-841.

[14] Gibbs R J. Mechanisms controlling world water chemistry[J].Science,1970,3962:1088-1090.

[15] 李甜甜,季宏兵,江用彬,等.贛江上游河流水化學(xué)的影響因素及DIC的來源[J].地理學(xué)報，2007,62(7):764-775.

[16] 王曉艷,李忠勤,周平,等.天山哈密榆樹溝流域春洪期水化學(xué)特征及其控制因素研究[J].干旱區(qū)地理,2014,37(5): 922-930.

[17] 陳靜生.河流水質(zhì)及中國河流水質(zhì)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[18] 沈照理,朱宛華,鐘佐燊.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,1993.

[19] 蒲燾,何元慶,朱國鋒,等.麗江盆地地表—地下水的化學(xué)特征及其控制因素[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(1):48-54.

[20] 徐志方.西江流域環(huán)境河水地球化學(xué)研究[D].北京:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所碩士學(xué)位論文，2002.

[21] 陳靜生,陶澎,鄧寶山,等.水環(huán)境化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1978.

[22] 蔡云標.哈密市榆樹溝流域地表水天然水化學(xué)特征分析[J].新疆水利,2012,(5):9-11.

[23] 于奭,杜文越,孫平安,等.亞熱帶典型河流水化學(xué)特征、碳通量及影響因素[J].水文，2015,35(4):33-41.

【責任編輯 馬小俠】

Analysis on Water Chemistry Characteristics in Downstream of the Youhe River Basin

WANG Xiao-yan1, 2, JIANG Chan-wen1,2, LIU Dan1, 2

(1. School of Chemistry and Environment, Weinan Normal University, Weinan 714099, China;2. Key Laboratory for Ecology and Environment of River Wetlands in Shaanxi Province, Weinan 714099, China)

hydrochemical type; ionic concentrations; TDS; rock weathering; Youhe River

P342

A

1009-5128(2017)04-0038-06

2016-04-13

陜西省軍民融合基金項目：秦嶺黑河流域地表徑流來源研究(16JMR13)；渭南師范學(xué)院科研計劃項目：基于環(huán)境同位素技術(shù)的秦嶺黑河流域地表徑流來源示蹤研究(16ZRRC03)；渭南市創(chuàng)新團隊專項計劃項目：秦東濕地資源開發(fā)與生態(tài)保護創(chuàng)新團隊(2015TCTD-2)

王曉艷(1984—)，女，山東臨沂人，渭南師范學(xué)院農(nóng)商學(xué)院講師，理學(xué)博士，主要從事同位素水化學(xué)研究。