黃河三角洲淺層地下水化學(xué)特征與演化

曹建榮, 徐興永, 于洪軍, 黃 翀

(1.聊城大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 聊城 252059; 2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所, 山東 青島 266061; 3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京100101)

水資源是基礎(chǔ)自然資源, 是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一。同時(shí)又是戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源, 是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要組成部分。自20世紀(jì)70年代以來(lái),隨著世界人口劇增, 經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展, 全球用水量急劇增長(zhǎng), 水污染日益嚴(yán)重。水資源, 尤其是地下水資源成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)最重要的因素之一[1-4]。長(zhǎng)期以來(lái), 氣候干旱和以水資源開(kāi)發(fā)利用為核心的大強(qiáng)度人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng),不僅使河流水系的水質(zhì)水量時(shí)空分布產(chǎn)生改變, 而且強(qiáng)烈干擾與之有密切水力聯(lián)系的地下含水層[5-6]。地下水環(huán)境的變化對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)平衡穩(wěn)定起到了舉足輕重的作用[7]。而地下水水化學(xué)類(lèi)型是地下水化學(xué)成分的集中體現(xiàn), 是地下水循環(huán)途徑和整個(gè)水流系統(tǒng)特征的反映, 因此, 了解地下水水化學(xué)類(lèi)型的分布規(guī)律, 不僅有助于認(rèn)識(shí)區(qū)域地下水水文地球化學(xué)特征, 而且對(duì)深入研究區(qū)域地下水的循環(huán)特征、水動(dòng)力場(chǎng)特征和環(huán)境演化過(guò)程均有重要意義[8]。而區(qū)域地下水水文地質(zhì)特征和水文地球化學(xué)性質(zhì)又決定了地下水運(yùn)移演化的方向及規(guī)律, 所以, 對(duì)地下水水化學(xué)的時(shí)空變異特征與演變規(guī)律研究, 可以更好地揭示地下水與環(huán)境的相互作用機(jī)制,對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

地下水作為黃河三角洲地區(qū)水循環(huán)的重要環(huán)節(jié),對(duì)河口濕地自然保護(hù)區(qū)的存在與發(fā)展, 以及營(yíng)養(yǎng)鹽經(jīng)含水層向海輸運(yùn)和粉砂淤泥質(zhì)海岸的穩(wěn)定性等,都有重要作用[4]。學(xué)者曾對(duì)黃河三角洲地區(qū)局地地下淡水、咸水的形成和演變[9]、典型區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)分析和空間變異性[10]、水化學(xué)特征及營(yíng)養(yǎng)鹽人海通量[11-12]以及地下水與耕層土壤積鹽空間分異[13]、地下水主控水鹽因子[14]、地下水開(kāi)發(fā)的適宜性評(píng)價(jià)[15]等做過(guò)相關(guān)研究。但由于黃河三角洲地區(qū)地下水主要是微咸水、咸水, 資源開(kāi)發(fā)價(jià)值不大, 長(zhǎng)期未得到關(guān)注。僅有的研究局限于村鎮(zhèn)區(qū)域或未深入剖析地下水的整體分布和形成演化過(guò)程, 尚未從全區(qū)的角度針對(duì)淺層地下水的空間分布、水化學(xué)特征、類(lèi)型和演化規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)研究。為此, 本研究利用研究區(qū)域內(nèi)逐月連續(xù)觀測(cè)的 19個(gè)測(cè)井, 2009~2010年的水位水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 探討了該區(qū)域地下水化學(xué)成分特點(diǎn)、水化學(xué)類(lèi)型及時(shí)空分布特征, 分析地下水埋深、pH值、主要離子間的相關(guān)性, 并根據(jù)黃河流路的變遷結(jié)合 Gibbs模型探索研究區(qū)的地下水遷移和演化規(guī)律。為合理利用地下水資源、開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)黃河三角洲濕地資源提供科學(xué)依據(jù)和管理思路, 也為黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)和黃河下游生態(tài)調(diào)度等提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然概況

研究區(qū)屬典型的溫帶半濕潤(rùn)氣候, 并具明顯的大陸性氣候特點(diǎn): 四季分明, 干濕明顯, 溫差大, 夏季炎熱, 冬季干冷; 多年平均降水量537.4 mm, 多年平均蒸發(fā)量1 470~2 246 mm, 多年平均氣溫為11.7℃,無(wú)霜期歷年平均217.8 d。該區(qū)屬于現(xiàn)代黃河三角洲范疇, 主要以現(xiàn)狀海岸線和1855年改道來(lái)的古海岸線為界, 總面積約5 077.7 km2, 包括東營(yíng)市河口區(qū)和墾利縣絕大部分行政區(qū)域, 包含勝利油田及黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。該區(qū)地勢(shì)平坦, 南高北低,西高東低, 海拔高度低于11 m, 自然比降為1/8000~1/12000?，F(xiàn)代黃河三角洲屬于小清河以北黃泛平原區(qū), 處于黃河尾閭河段的沖淤交替、以淤為主的狀態(tài),按照地貌、沉積物和構(gòu)造條件制約, 淺層地下水主要賦存于第四系上部的沖積、海積層中的松散沉積物孔隙含水層中, 粉砂和黏土質(zhì)粉砂是地下水的賦存介質(zhì)。

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地貌類(lèi)型主要為河道高地、決口扇、泛濫平原和洼地, 黃河作為該區(qū)的主要分水嶺把現(xiàn)行河道和剛廢棄的刁口流路形成三角叉狀, 整個(gè)現(xiàn)代三角洲可分為3個(gè)大的水文地質(zhì)單元(圖1): A區(qū)、B區(qū)和 C區(qū)。宏觀上, 這 3個(gè)水文地質(zhì)單元的地下水各有一主流方向, A區(qū)的主流方向?yàn)镹NW; B區(qū)的主流方向?yàn)镾EE; C區(qū)的主流方向?yàn)镹EE。整個(gè)三角洲地下水流向呈扇型放射狀[16]。淺層地下水可分為 3種類(lèi)型: 一種是分布于小清河以南的面狀分布的淺層地下淡水; 一種為三角洲近黃河大堤隨黃河水的不斷深入構(gòu)成的帶狀地下淡水透鏡體和賦存于古河道主流帶、小扇頂或決口扇泛濫區(qū)的高透水性砂體,該水層薄且受季節(jié)變化控制, 補(bǔ)給主要為洪水期河水側(cè)向滲流及沼澤、湖泊、水庫(kù)、渠系、農(nóng)田灌溉滲漏; 第三種則廣泛分布于全區(qū)的微咸水和咸水,面積最大, 為黃河尾閭擺動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期蒸發(fā)積聚和沉淀濃縮而成的。

2 監(jiān)測(cè)井布設(shè)和研究方法

為系統(tǒng)調(diào)查黃河三角洲地區(qū)淺層地下水, 2009年 4月, 在黃河三角洲地區(qū)布設(shè)海水入侵監(jiān)測(cè)井19口(圖1)。監(jiān)測(cè)井為專(zhuān)用井, 口徑統(tǒng)一為12 cm, 取水層位全部為潛水層, 鉆井深度在10 m左右。地下水位與水質(zhì)每月監(jiān)測(cè)一次。水位測(cè)量采用平尺水位計(jì), 地下水樣采集深度為水面以下1 m。監(jiān)測(cè)井主要分布于黃河兩岸、黃河故道和黃河灌區(qū), 分別針對(duì)河流、古河道和灌區(qū)進(jìn)行水位、水質(zhì)(八大離子和Br-)、電導(dǎo)率(EC)、礦化度(TDS)監(jiān)測(cè)。

圖1 黃河三角洲地下水監(jiān)測(cè)井分布圖Fig.1 Groundwater monitoring wells in the Yellow River Delta

監(jiān)測(cè)頻率為每月1次, 每次進(jìn)行地下水埋深監(jiān)測(cè)和水化學(xué)樣品分析, 密封后送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)分析, 分析內(nèi)容及方法為: TDS為殘?jiān)娓芍亓糠? pH值由pHS-3C型數(shù)字式酸度計(jì)測(cè)定, 電導(dǎo)率由 YSI-EC300型電導(dǎo)率儀測(cè)定, Br–、C1–、 S O24-、Na+、K+、Ca2+、Mg+離子由 IC-2800離子色譜儀測(cè)定, CO32-和 H CO3-通過(guò)雙指示劑法測(cè)定, 測(cè)試指標(biāo)總共12項(xiàng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水主要離子特征

3.1.1 地下水主要離子空間變化特征

黃河三角洲地下水統(tǒng)計(jì)特征見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn),黃河三角洲地下水 pH值變化不大, 變化范圍介于6.72~7.95, 平均值為 7.06; 電導(dǎo)率和礦化度的變化規(guī)律是一致的, 電導(dǎo)率的變化范圍為0.11~4.47 S/m,平均值為1.75S/m, 礦化度變化范圍為0.80~32.89 g/L,平均值為12.73 g/L。黃河三角洲地下水電導(dǎo)率和礦化度分別在黃河斷面DY-16樣井和DY-23樣井出現(xiàn)了峰值, DY-23樣井最高, 分別為4.47 S/m, 32.89g/L;選取地下水樣中K+、Na+、Ca2+、Mg2+四種主要陽(yáng)離子和 Cl–、、、四種主要陰離子進(jìn)行測(cè)定, 結(jié)果顯示: 4種陽(yáng)離子中以 Na+含量最高, 變化范圍為243.60~11 752 mg/L, 平均值為4 137.59 mg/L,K+含量最低, 變化范圍 11.04~599.60 mg/L, 平均值僅為101.40 mg/L; 陰離子中以Cl–含量最高, 變化幅度為201.40~23 118 mg/L, 平均值為9 227.60 mg/L,其次為, 變化范圍為0.00~4 496.00 mg/L, 平均值為970.17 mg/L,含量最低。在同一斷面距離河道遠(yuǎn)近方向上, pH值基本表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢(shì); 不同斷面隨距離河道遠(yuǎn)近變化表現(xiàn)出的規(guī)律有所不同, 黃河故道斷面上和灌區(qū)pH較大?？傊? 地下水以Na+、Cl–占絕對(duì)優(yōu)勢(shì); 礦化度較低的測(cè)井的離子濃度變幅較小, 反之,礦化度高的測(cè)井離子濃度變幅較大。

基于 ArcGIS9.3軟件, 采用克里金差值法(Kriging)得到黃河三角洲地下水埋深分布圖和礦化度分布圖(圖2、圖3)。黃河三角洲地區(qū)淺層地下水主要是微咸水、咸水和鹵水及一些地下淡水透鏡體,河積粉沙和潮汐沉積物是地下水賦存介質(zhì)。地下水普遍埋藏較淺, 約為0~3 m。地下水埋深的分布規(guī)律(圖2): 總體上以魚(yú)洼為支點(diǎn)的現(xiàn)代黃河三角洲區(qū)域基本上遵循沿黃河河道附近地下水埋深較淺, 越遠(yuǎn)離河道埋深越深; 濱海以及河間洼地由于海拔較低,為地下水淺埋區(qū), 其他區(qū)域埋深相對(duì)較深。黃河三角洲淺層地下水礦化度的演化主要受到成陸時(shí)間、距海遠(yuǎn)近和地下水埋深幾個(gè)要素的影響。地下水礦化度在空間上分布的總的規(guī)律為(圖3), 由內(nèi)地向沿海方向地下水礦化度逐漸增加, 近內(nèi)陸部分礦化度較低, 一般20 g/L左右; 沿海地帶地下水礦化度較高,局部地區(qū)甚至大于30 g/L, 其他大部分地區(qū)地下水礦化度大于10 g/L。此外, 礦化度較低的測(cè)井離子濃度變幅較小, 反之, 礦化度高的測(cè)井離子濃度變幅較大。礦化度變化幅度較大, 為1.21~21.05 g/L, 平均值為4.54 g/L。

表1 地下水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 The results of groundwater hydro chemical quality

圖2 黃河三角洲地下水埋深Fig.2 Groundwater Depth in the Yellow River Delta

圖3 黃河三角洲地下水礦化度Fig.3 Groundwater mineralization in the Yellow River Delta

3.1.2 地下水化學(xué)類(lèi)型特征

礦化度是地下水各組分濃度變化的總指標(biāo), 可用來(lái)表征水文地球化學(xué)作用的過(guò)程, 同時(shí)也能很好地反映地下水中物質(zhì)組分總體上的分布特征和變化趨勢(shì), 按照地下水礦化度分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn), 根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果, 黃河三角洲地下水大致可分為淡水、微咸水、咸水和鹵水 4種類(lèi)型, 其中鹵水與第四紀(jì)鹵水密切相關(guān)[16]。

地下水化學(xué)類(lèi)型的劃分采用舒卡列夫分類(lèi)法,主要根據(jù)6種離子、、Cl–、Ca2+、Mg2+、Na+所占比重。黃河三角洲的淺層地下水可劃分為氯化物型、重碳酸鹽氯化物型、重碳酸鹽氯化物硫酸鹽型和硫酸鹽重碳酸鹽型四大類(lèi)型, 主要包括了Na+-Cl–、Na+-Ca2+-Cl–、Na+-Cl–.、Na+-Cl–..、Na+-.Cl–.和Na+-.六種子類(lèi)型。氯化物型主要分布于廣饒縣咸水入侵區(qū)和濱海區(qū)域, 重碳酸鹽氯化物型主要分布于黃河三角洲保護(hù)區(qū)內(nèi), 重碳酸鹽氯化物硫酸鹽型分布在廣饒縣咸水入侵區(qū), 硫酸鹽重碳酸鹽型主要分布在靠近黃河流路附近; 對(duì)地下水水樣水化學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 研究區(qū) Cl–和 Na+非常高, 其次是、Mg2+、Ca2+, K+和比較低, 而非常低, 陰、陽(yáng)離子濃度平均值大小順序依次分別為: Cl–>>>, Na+>Mg2+>Ca2+>K+, 總體上, 以 Na+和Cl–為主, 呈現(xiàn)海(咸)水入侵區(qū)地下水的典型特征[16-17]。刁口河流路至2010年6月已停止行河34 a, 故道入?？趦蓚?cè)存在開(kāi)放式海岸(海邊未筑防潮堤壩), 加之古河道發(fā)育地區(qū)表層沉積物粒度大, 形成了海水入侵的最有利通道。對(duì)各水樣主要離子質(zhì)量濃度百分比的分析可知, 研究區(qū)黃河現(xiàn)行河道兩側(cè)(地下水補(bǔ) 給 區(qū) )的 Na+-Mg2+-Ca2+-Cl–- SO24-、Mg2+-Na+-Ca2+-Cl–- S O24-、Na+-Mg2+-Cl–- S O24-- H CO3-等復(fù)雜類(lèi)型水快速過(guò)渡到 Na+-Mg2+-Ca2+-Cl–(或 Mg2+-Na+-Ca2+-Cl–)及 Na+-Mg2+-Cl–型水, 并在海岸灘涂區(qū)(排泄區(qū))演化成Na+-Cl–這一簡(jiǎn)單類(lèi)型的地下水, 因此形成了以Na+和Cl–為主的水質(zhì)。

3.1.3 地下水水化學(xué)特征量相關(guān)分析

相關(guān)性分析可揭示地下水水化學(xué)參數(shù)的相似、相異性及來(lái)源的一致性和差異性。計(jì)算黃河三角洲各斷面地下水化學(xué)特征量的Pearson相關(guān)系數(shù), 如表2所示。通過(guò)表2可以清晰地看出, 從整個(gè)研究區(qū)來(lái)看, Cl–、Na+、Ca2+、Mg2+與 TDS 的相關(guān)性極高, 說(shuō)明該 4種離子是地下水礦化度高低的控制者。陽(yáng)離子之間均呈現(xiàn)顯著的正相關(guān), 其中以 Na+和 Mg2+的相關(guān)系數(shù)最高, 這表明地下水中鎂的來(lái)源及其在地下水中的分布與鈉相近, pH值與各離子和TDS呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān), 其中與 Ca2+的相關(guān)性最為顯著, 其次為Mg2+和 Cl–, 說(shuō)明研究區(qū)氯化鹽的濃度對(duì)地下水 pH值有一定的影響。

表2 地下水化學(xué)特征量相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 The correlation matrix of groundwater hydrochemical components

3.2 地下水化學(xué)演化規(guī)律及原因分析

3.2.1 地下水演化規(guī)律分析

地下水化學(xué)類(lèi)型由地下水流經(jīng)處經(jīng)歷的巖石巖性、徑流速度、地球化學(xué)反應(yīng)特征和人類(lèi)活動(dòng)等因素決定。通常地下水化學(xué)類(lèi)型從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)有如下變化規(guī)律: HCO3-→ S O24-→Cl–[17]。繪制地下水Piper三線圖, 運(yùn)用圖解法分析, 黃河三角洲地區(qū)地下水水化學(xué)特征與演變規(guī)律, 發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)亦遵循此規(guī)律, 下游(三角洲出口)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的陰離子為Cl–和 S O24-。從2009年和2010年黃河三角洲地下水Pipe三線圖可以清晰看出, 研究區(qū)地下水化學(xué)類(lèi)型較為復(fù)雜, 大部分離子分布在菱形區(qū)域右側(cè)頂點(diǎn)附近, 表明研究區(qū)非碳酸堿金屬(原生鹽度)超過(guò) 50%,地下水化學(xué)性質(zhì)以堿金屬和強(qiáng)酸鹽為主[18]。2010年沿河道地下水化學(xué)類(lèi)型由 Cl–-S O24-- H CO3--Na+型過(guò)渡 為 Cl–- S O24--Na+-Mg2+型再到 Cl––Na+型水; 而2010 年 則 由 Cl–- S O24--Na+型 過(guò) 渡 為 Cl–- S O24--Na+-Mg2+型再到 Cl––Na+型水, Cl–和 Mg2+含量增多,HCO3-、 S O24-和Ca2+減少, Na+含量變化不大。

在天然地下水水化學(xué)場(chǎng)形成和演化的漫長(zhǎng)歷史進(jìn)程中, 地殼中多種化合物溶于水隨著水文循環(huán)一起遷移, 經(jīng)歷不同環(huán)境使其數(shù)量、組成及存在形態(tài)不斷變化, 兩方面因素影響著它的變化: 一是地層巖石、土壤中元素和化合物的物理化學(xué)性質(zhì); 二是各種環(huán)境因素, 如天然水的酸堿性質(zhì)、氧化還原狀況、有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與組成, 以及各種自然環(huán)境條件等。根據(jù)2009~2010年黃河三角洲地下水化學(xué)類(lèi)型的變化, Cl元素組成的礦物如巖鹽, 礦物溶質(zhì)不會(huì)通過(guò)水巖相互作用添加或缺失, 通常認(rèn)為 Cl–濃度的改變只是由于蒸發(fā)濃縮、原始降雨組成的補(bǔ)給水, 混合其他地下水不同濃度的 Cl–或基巖孔隙水中 Cl–的彌散作用而受到影響; S O24-和 Ca2+同時(shí)減少, 說(shuō)明石膏的溶解對(duì)研究區(qū)水化學(xué)成分有一定的影響, Mg2+主要來(lái)源于含Mg礦物如白云石、泥灰?guī)r等碳酸鹽類(lèi)沉積物[19],研究區(qū)所有水樣 Mg2+/Ca2+>1, 根據(jù)海水中 Mg2+/Ca2+一般大于1的特征, 可能是在三角洲形成過(guò)程中,海水中含有的 Mg2+進(jìn)入地表水或者土壤中所致; 從2009~2010年地下水化學(xué)類(lèi)型的變化來(lái)看, Na+/Ca2+和 Mg2+/Ca2+的平均摩爾比分別為 6.16和 1.6, 考慮Ca2+的缺失還有部分原因是由蒸發(fā)-沉淀作用和離子交換作用引起。

圖4 黃河三角洲地下水piper三線圖Fig.4 Piper plots of the chemical analysis of groundwater in the Yellow River Delta

3.2.2 地下水演化機(jī)理分析

對(duì)于離子起源的自然影響因素, Gibbs[20]根據(jù)世界河流、湖泊及主要海洋水TDS與Na+/(Na++Ca2+)、TDS 與 Cl–/(Cl–+ H CO3-)關(guān)系圖區(qū)別出大氣降水、巖石風(fēng)化和蒸發(fā)-結(jié)晶作用3種天然水化學(xué)成分的起源機(jī)制。通常, 高礦化度的河流(如干旱區(qū)的河流)又具有較高的 Na+/(Na++Ca2+)值或 Cl–/(Cl–+ H CO3-)值(接近于 1), 代表此種河水的點(diǎn)分布在圖的右上角, 反映了干旱地區(qū)蒸發(fā)結(jié)晶作用對(duì)河水的影響[21-22]。圖5的b、c圖可以清晰看出, 2009和2010年所采黃河三角洲地下水體化學(xué)組成大部分落在Gibbs模型內(nèi), 有個(gè)別點(diǎn)未落到模型內(nèi), 主要是因?yàn)椴蓸訁^(qū)受到人為干擾所致。大部分水化學(xué)組成位于模型的右上端, 甚至接近于海水分布范圍, 表明該地區(qū)地下水離子自然起源的優(yōu)勢(shì)機(jī)制是蒸發(fā)沉淀及結(jié)晶作用, 但巖石風(fēng)化作用亦起微弱影響; 另外根據(jù)離子測(cè)試分析結(jié)果, 大部分黃河三角洲淺層地下水樣中含有 Br–, 表明該地下水與海水有密不可分的水力聯(lián)系, Gibbs模型分析結(jié)果有1/3樣點(diǎn)接近于海水分布范圍, 尤其是黃河流路區(qū)刁口附近, 表明黃河三角洲淺層地下水形成不僅與黃河有密切水力聯(lián)系, 還與海洋作用有密切聯(lián)系。

引起研究區(qū)水質(zhì)變化的另一個(gè)不容忽視的原因便是人類(lèi)活動(dòng)的影響。陳亞寧等[23]研究亦認(rèn)為塔里木河干流年徑流量變化的主要驅(qū)動(dòng)力是人類(lèi)活動(dòng),即源流平原區(qū)和干流區(qū)大量引水灌溉以及各種水利設(shè)施對(duì)自然水循環(huán)的改變等。周孝明等[24]通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查和相關(guān)資料分析, 發(fā)現(xiàn)塔里木河下游地表水文解體、地下水位下降、水質(zhì)惡化、植被衰敗等生態(tài)系統(tǒng)退化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素, 認(rèn)為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理是導(dǎo)致流域下游地區(qū)水資源緊張、生態(tài)退化的根源; 人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展使大氣化學(xué)成分(如 CO2、CH4等)發(fā)生變化, 從而引起氣溫升高、蒸發(fā)加大、水循環(huán)加快以及區(qū)域水循環(huán)改變等變化, 并且這種變化的時(shí)間尺度可持續(xù)幾十年到幾百年; 另外土地利用變化、農(nóng)田灌溉、水渠挖鑿等作用于流域下墊面的影響對(duì)水循環(huán)的影響更為明顯。

圖5 黃河三角洲地下水水化學(xué)Gibbs分布模式圖Fig.5 Plots of the major ions within the Gibbs boomerang enevlope for groundwater in the Yellow River Delta

4 結(jié)論

(1) 黃河三角洲地下水 pH值變化不大, 變化范圍介于 6.97~8.67, 平均值為 7.97; 電導(dǎo)率和礦化度的變化規(guī)律是一致的, 電導(dǎo)率的變化范圍為 0.11~4.47 S/m, 礦化度變化范圍為0.7960~32.8900g/L。陽(yáng)離子中以 Na+含量最高, K+含量最低; 陰離子中以Cl–含量最高, C O32-含量最低。不同斷面隨距離河道遠(yuǎn)近變化表現(xiàn)出的規(guī)律有所不同, 在同一斷面距離河道遠(yuǎn)近方向上, pH基本表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢(shì); 不同斷面隨距離河道遠(yuǎn)近變化表現(xiàn)出的規(guī)律有所不同, 黃河故道斷面上和灌區(qū)pH較大。地下水礦化度在空間上分布的總的規(guī)律為, 由內(nèi)地向沿海方向地下水礦化度逐漸增加, 還發(fā)現(xiàn), 礦化度較低的測(cè)井的離子濃度變幅較小, 反之, 礦化度高的測(cè)井離子濃度變幅較大。

(2) 研究區(qū) Cl–和 Na+非常高, 其次是 S O24-、Mg2+、Ca2+, K+和 H CO3-比較低, 而 C O32-非常低。黃河三角洲的潛水含水層是黃河攜泥沙沉積作用形成的, 因此在形成初期流路附近的地下水含鹽量低、水質(zhì)較好; 隨著黃河的改道, 由于海水的上溯, 以及強(qiáng)烈的潛水蒸發(fā), 地下水各種離子的濃度逐漸增加,部分濱海地區(qū)的地下水的含鹽量甚至超過(guò)海水; 長(zhǎng)期的蒸發(fā)使得地下水的水位逐漸降低。當(dāng)?shù)叵滤穆裆钸_(dá)到一定深度, 地下水的補(bǔ)給和排泄達(dá)到平衡,此時(shí)地下水將不再被咸化而達(dá)到一種穩(wěn)定的狀態(tài)。黃河三角洲地下水水質(zhì)的演化規(guī)律為: 形成-咸化-穩(wěn)定。

(3) 研究區(qū)由黃河現(xiàn)行河道兩側(cè)(地下水補(bǔ)給區(qū))的 Na+-Mg2+-Ca2+-Cl–- S O24-、 Mg2+-Na+-Ca2+-Cl–-SO24-、Na+-Mg2+-Cl–- S O24-- H CO3-等復(fù)雜類(lèi)型水快速過(guò)渡到 Na+-Mg2+-Ca2+-Cl–(或 Mg2+-Na+-Ca2+-Cl–)及Na+-Mg2+-Cl–型水, 并在海岸灘涂區(qū)(排泄區(qū))演化成Na+-Cl–這一簡(jiǎn)單類(lèi)型的地下水, 因此形成了以 Na+為主的水質(zhì)。2009和2010年的Gibbs圖表明, 該地區(qū)地下水離子自然起源的優(yōu)勢(shì)機(jī)制是蒸發(fā)沉淀及結(jié)晶作用, 加上離子分析結(jié)果, 黃河三角洲地下水還與海洋有密切水力聯(lián)系, 與海洋作用關(guān)系密切。

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