唐利君,康錦輝,劉桂環(huán),張 薇

(寧夏國(guó)土資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院,寧夏 銀川 750002)

0 引 言

地下水作為一種重要的水資源,在城市生活用水、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面發(fā)揮著重要作用。地下水在循環(huán)過(guò)程中不斷與周?chē)鷰r石圈、生物圈和大氣圈進(jìn)行物質(zhì)與能量交換,使其形成獨(dú)特的地下水化學(xué)特征,反映地下水化學(xué)成分的演化過(guò)程[1-4]。同時(shí),地下水變化也能影響周?chē)鷳B(tài)環(huán)境。例如,地下水水位高低、礦化度大小與土壤鹽堿化密切相關(guān)。高礦化度且埋藏淺的地下水在土壤毛細(xì)作用下上升到土壤表層,水分蒸發(fā)后鹽分殘留在土壤中,導(dǎo)致土壤鹽堿化[5-6]。同時(shí),土壤鹽堿化程度的增加,也會(huì)在一定程度上影響地下水化學(xué)特征。因此,對(duì)地下水化學(xué)特征的研究,有助于揭示地下水的來(lái)源與演變過(guò)程。

銀川平原地勢(shì)平坦,是黃河流域上游地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)基地和工業(yè)基地,也是寧夏回族自治區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域[7]。該區(qū)地處西北地區(qū),氣候干旱少雨,蒸發(fā)強(qiáng)烈,局部土壤鹽堿化嚴(yán)重。地下水資源是農(nóng)業(yè)以及居民生活用水的重要來(lái)源。近年來(lái),隨著寧夏引黃灌溉區(qū)水量的壓減,研究區(qū)部分農(nóng)業(yè)采用地下水作為灌溉水源,加大了地下水的開(kāi)采量。長(zhǎng)期不合理開(kāi)發(fā)地下水導(dǎo)致地下水位下降以及水質(zhì)惡化。此外,采用礦化度較高的地下水灌溉會(huì)加重土壤鹽漬化,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。因此,對(duì)地下水進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)至關(guān)重要,對(duì)銀川平原地下水資源合理的開(kāi)發(fā)以及保護(hù)具有重要意義。已有學(xué)者對(duì)銀川平原地下水水化學(xué)特征及演化規(guī)律進(jìn)行了研究[8-9],然而,對(duì)于銀川地區(qū)微咸地下水及其灌溉用水評(píng)價(jià)的相關(guān)研究較少。

本研究基于銀川平原潛水和承壓水水化學(xué)特征,分析地下水水化學(xué)類型及離子組分來(lái)源,對(duì)地下水進(jìn)行灌溉用水質(zhì)量評(píng)價(jià),以期為該地區(qū)地下水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

銀川平原位于寧夏回族自治區(qū)北部,南起青銅峽,北至石嘴山,西靠賀蘭山,東倚鄂爾多斯臺(tái)地。南北長(zhǎng)165 km,東西寬42～60 km。地處中溫帶干旱區(qū),干旱少雨,日照充足,晝夜溫差大。

平原內(nèi)地貌單元由西向東依次為賀蘭山山前沖洪積傾斜平原、黃河沖積平原和沖湖積平原。廣泛分布的第四系沉積物是主要的含水層。其中,賀蘭山山前洪積扇和青銅峽口沖積扇屬單一潛水區(qū),含水層巖性主要為礫石、砂礫石層夾礫中粗砂。沖積平原與沖洪積平原為潛水-承壓水多層水區(qū),含水層結(jié)構(gòu)不均一,水力聯(lián)系密切,含水層巖性以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主,隔水層為黏土與砂黏土。研究區(qū)潛水主要補(bǔ)給來(lái)源包括大氣降水、灌溉入滲,承壓水則受山前平原潛水側(cè)向徑流補(bǔ)給。由于平原內(nèi)承壓水的大量開(kāi)采,使?jié)撍桓哂诔袎核^,導(dǎo)致上覆潛水越流成為承壓水另一補(bǔ)給來(lái)源。自西向東,地下水水力坡度減小,徑流條件變差,潛水排泄方式自西向東逐漸由以側(cè)向徑流排泄為主向以蒸發(fā)排泄為主轉(zhuǎn)變[10]。

2 樣品采集與測(cè)試

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Hydrogeological map and distribution of sampling points in the study area

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水化學(xué)特征

表1 研究區(qū)地下水化學(xué)指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Descriptive statistics of groundwater chemical indicators in the study area

圖2 潛水、承壓水TDS空間分布Fig.2 Spatial distribution of TDS in unconfined and confined water

圖3 研究區(qū)水樣元素濃度箱線圖Fig.3 Box and whisker plots of element concentrations of water samples in the study area

圖4為研究區(qū)地下水Piper三線圖,能直觀反映地下水水化學(xué)組分特征。圖4表明,銀川平原潛水水化學(xué)類型復(fù)雜多樣,具體為HCO3-Ca、Cl-Na、SO4-Na、HCO3-Na和HCO3-Mg型水,主要以Cl-Na型水為主。相對(duì)來(lái)說(shuō),承壓水水化學(xué)類型略為簡(jiǎn)單,具體為Cl-Na、SO4-Na、HCO3-Na、HCO3-Mg型水,主要以HCO3-Na型水為主。這說(shuō)明潛水與承壓水的演化過(guò)程存在差異。由于研究區(qū)日照充足,蒸發(fā)量大,因此,潛水更容易受蒸發(fā)濃縮作用影響[11],這也是導(dǎo)致潛水與承壓水TDS空間分布南低北高的重要因素。

圖4 研究區(qū)地下水Piper三線圖Fig.4 Piper three-line diagram of groundwater in the study area

3.2 地下水離子來(lái)源分析

表2 潛水地下水水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 Correlation coefficient matrix of groundwater hydrochemical parameters for unconfined water

表3 承壓水地下水水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.3 Correlation coefficient matrix of groundwater hydrochemical parameters for confined water

3.3 灌溉用水質(zhì)量評(píng)價(jià)

如前所述,研究區(qū)地下水TDS含量普遍偏高,而水中含鹽量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致土壤鹽化,特別是高含量的Na+可能造成土壤板結(jié)、滲透率降低,從而影響植物生長(zhǎng)。該研究區(qū)氣候干燥,降雨量少,灌溉用水主要為黃河水與地下水,因此本次對(duì)地下水進(jìn)行灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)。將鈉吸附比(SAR)和全鹽量(電導(dǎo)率(EC))作為灌溉用水評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

基于美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)評(píng)價(jià)方法對(duì)研究區(qū)地下水進(jìn)行灌溉水水質(zhì)分類(圖6)[13]。由圖6可知,潛水中有38.89%的樣品落在C4區(qū)域,C3與C2區(qū)域的樣品分別占潛水總樣品的55.56%和5.55%,無(wú)樣品落在C1區(qū)域。潛水樣品中落在S1、S2、S3、S4的樣品分別為66.67%,11.11%,5.56%和16.66%。承壓水中落在C2、C3、C4區(qū)域的樣品分別占承壓水總樣品的10.37%,52.63%和37%,落在S1、S2、S3、S4區(qū)域的樣品分布占70%、20%、0%、10%。這表明,盡管潛水與承壓水部分樣品堿度級(jí)別不高,但可溶性鹽質(zhì)量濃度偏高,用于灌溉可能導(dǎo)致土壤鹽化,影響植物生長(zhǎng)。綜合來(lái)看,該區(qū)位于C2～S1、C3～S1、C3～S2的地下水樣適合做為灌溉水,占總水樣的63.16%,其中,潛水占28.95%,承壓水占34.21%。

圖6 研究區(qū)灌溉水水質(zhì)分類Fig.6 Classification of the quality of irrigation water in the study area

4 結(jié) 論

灌溉用水評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,該區(qū)域63.16%地下水適合農(nóng)業(yè)灌溉,其中,潛水占28.95%,承壓水占34.21%。