青海省黃河重點流域水化學(xué)特征及其控制因素

摘 要：選取青海省黃河重點流域2010—2020年地表水和地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合運用Piper三線圖、相關(guān)性分析法和Gibbs圖法，分析了研究區(qū)地表水和地下水水化學(xué)特征，并探討了水化學(xué)演化規(guī)律，結(jié)果表明：研究區(qū)水體呈弱堿性;地表水TDS為202～822 mg/L，平均值為388 mg/L，除個別地區(qū)為較高礦化度外，多數(shù)地區(qū)屬于較低和中等礦化度;地下水TDS為122～1 960 mg/L，平均值為798 mg/L，地下水礦化度明顯高于地表水的;地表水和地下水陽離子除龍羊峽至蘭州干流區(qū)間以K++Na+為主外，其他均以Ca2+為主，陰離子以HCO-3為主，其次為SO2-4;地表水均為Ca2+-HCO-3型水，地下水由Ca2 + -Mg2+-HCO-3-SO2-4型水轉(zhuǎn)變?yōu)镹a--Mg2+-HCO-3-SO2-4型水;地表水、地下水水化學(xué)離子形成主要受巖石風(fēng)化作用影響，受人類活動影響相對較小。

關(guān)鍵詞：水化學(xué)類型;離子來源;控制因素;黃河

中圖分類號：X522;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.020

引用格式：陳欣佛.青海省黃河重點流域水化學(xué)特征及其控制因素[J].人民黃河，2021，43（9）：106-109，114.

Water Chemical Composition Characteristics and Its Control Factors in the

Yellow River Key Basin of Qinghai Province

CHEN Xinfo

（Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Qinghai Province， Xining 810000， China）

Abstract： This paper used surface water and groundwater quality monitoring data from 2010 to 2020 and comprehensive methods including Piper third line diagram， correlation analysis and Gibbs plot to analyze the water chemical characteristics in the key Yellow River basin of Qinghai and analyzed the water chemical evolution laws in the study area. The results show that the water bodies in the study area are all weakly alkaline. The TDS in surface water ranges from 202 to 822 mg/L， with a mean value of 388 mg/L. The TDS in groundwater ranges from 122 to 1 960 mg/L with a mean value of 798 mg/L. The salinity of groundwater is significantly higher than that of surface water. The cations in surface water and groundwater are mainly Ca2+， except K++Na+ in groundwater from Longyangxia to lanzhou of the main stream. The main anion is HCO-3， followed by SO2-4.The surface water is Ca2+-HCO-3 type and the groundwater changes from Ca2+-Mg2+-HCO-3-SO2-4 type to Na+-Mg2+-HCO-3-SO2-4 type. The formation of chemical ions in surface water and groundwater is mainly affected by rock weathering and relatively less affected by human activities.

Key words：? hydrochemistry type; ion sources; Control factors; Yellow River

青海省黃河流域面積15.15萬km2，涉及8市（州）35個縣（區(qū)），多年平均出境水量257.8億m3，占黃河流域地表水資源量的44.2%。近年來，黃河流域水化學(xué)分析研究大多集中在中下游地區(qū)[1-5]，而青海省海拔高，人類活動影響較少，青海省黃河流域水化學(xué)組成特征研究鮮有報道。筆者采用2010—2020年青海省黃河重點流域地表水和地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析地表水、地下水水化學(xué)組成特征及其控制因素，以期為黃河源頭乃至整個流域的水資源管理、水環(huán)境質(zhì)量評價提供支撐。

1 研究分區(qū)

按照全國水資源統(tǒng)一分區(qū)，黃河流域在青海省被劃分為6個水資源三級區(qū)[6]：河源至瑪曲，流域面積6.09萬km2;瑪曲至龍羊峽，流域面積4.28萬km2;龍羊峽至蘭州干流，流域面積1.60萬km2;大通河享堂以上，流域面積1.30萬km2;湟水，流域面積1.61萬km2;大夏河與洮河，流域面積0.27萬km2。本次主要研究對象為面積占比較大且有代表性的河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流3個分區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來源及分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

地表水和地下水分析指標主要包括pH值、礦化度（溶解性總固體TDS）、Ca2+、Mg2+、K++Na+（描述水化學(xué)類型時用Na+表示）、HCO-3、SO2-4、C1-、CO2-3等，數(shù)據(jù)均來自青海省水環(huán)境監(jiān)測中心。地表水和地下水監(jiān)測站點共91個，其中地表水監(jiān)測站點75個，地下水監(jiān)測站點16個，監(jiān)測站點均分布在黃河干流和重要支流，樣本序列為2010—2020年。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS19.0軟件分析地表水和地下水主要離子間的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，辨析離子來源，明晰地表水和地下水離子間的交換關(guān)系。采用Rockware AqQA繪制Piper三線圖，剖析地表水和地下水化學(xué)特征;利用Origin9.1繪制Gibbs圖，綜合研究水化學(xué)組成特征及其控制因素。

3 結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

3.1 離子組成時空變化

青海省黃河流域水體主要離子組成見表1。地表水和地下水pH值分別為7.6～8.7、7.5～8.5，pH均值分別為8.3、7.8，均呈弱堿性。地表水TDS為202～822 mg/L，平均值為388 mg/L，除個別地區(qū)為較高礦化度外，多數(shù)地區(qū)屬于較低和中等礦化度;地下水TDS為122～1 960 mg/L，平均值為798 mg/L，礦化度高低跨度較大，地下水礦化度明顯高于地表水的。河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流地表水TDS均值分別為418.3、389.2、360.5 mg/L，地下水TDS均值分別為799.7、434.2、1 522.0 mg/L。地表水中，陽離子質(zhì)量濃度河源至瑪曲Ca2+>K+ +Na+>Mg2+，瑪曲至蘭州干流Ca2+>Mg2+>K++Na+，均以Ca2+為主，河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流Ca2+質(zhì)量濃度分別約占陽離子總量的57%、64%、66%;河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流陰離子質(zhì)量濃度均為HCO-3>SO2-4>Cl->CO2-3，以HCO-3為主，HCO-3質(zhì)量濃度分別約占地表水陰離子總量的75%、80%、71%。

地下水中，河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽陽離子質(zhì)量濃度Ca2+>K++Na+>Mg2+，以Ca2+為主，Ca2+分別約占陽離子總量的44%、56%;龍羊峽至蘭州干流陽離子質(zhì)量濃度K++Na+>Mg2+>Ca2+，以K++Na+為主，K++Na+約占陽離子總量的90%。河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽陰離子質(zhì)量濃度HCO-3>SO2-4>Cl->CO2-3，以HCO-3為主，HCO-3分別約占陰離子總量的51%、76%;龍羊峽至蘭州干流陰離子質(zhì)量濃度SO2-4>HCO-3>Cl->CO2-3，以SO2-4為主，SO2-4約占陰離子總量的42%。

從空間變化來看，河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流地表水TDS沿程變幅較小，地下水TDS沿程變幅較大。青海省黃河流域瑪曲至龍羊峽地表水、地下水交換比較頻繁，河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流地表水和地下水之間聯(lián)系不甚密切。

水體與可溶性礦物質(zhì)接觸時間越長，TDS越高[7]。青海省黃河流域地下水主要陰、陽離子質(zhì)量濃度均高于地表水的。瑪曲至龍羊峽地表水和地下水離子質(zhì)量濃度差別較小，河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流地表水和地下水離子質(zhì)量濃度差別較大。地表水水化學(xué)特征主要受降水量和徑流量影響[8]，瑪曲至龍羊峽年均降水量與河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流存在一定差別，瑪曲至龍羊峽年均降水量較大，徑流量大，對水化學(xué)特征組分影響較大，河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流年均降水量較小，徑流量變化小，對地表水水化學(xué)特征影響較小。

3.2 離子組成特征和來源

（1）離子組成特征。水化學(xué)Piper三線圖可以顯示水體離子組成變化及特征。由圖1可以看出，河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流地表水和地下水離子分布相對分散，說明地表水、地下水關(guān)系不甚密切;瑪曲至龍羊峽地表水和地下水的水化學(xué)離子分布在菱形區(qū)域接近Ca2+和Mg2+線處，分布較為集中，說明離子來源較為一致，聯(lián)系相對密切。河源至瑪曲地表水以Ca2+和K++Na+為主控陽離子，瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流地表水以Ca2+和Mg2+為主控陽離子。河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽地下水主控陽離子為Ca2+和K++Na+，龍羊峽至蘭州干流地下水主控陽離子為K++Na+和Mg2+。3個分區(qū)地表水和地下水均以HCO-3和SO2-4為主控陰離子。當(dāng)?shù)乇硭瘜W(xué)組成主要受碳酸鹽巖風(fēng)化作用影響時，陰離子組分點據(jù)多落在HCO-3一端，而陽離子組分點據(jù)多落在Ca2+一端[6]。

3個分區(qū)地表水水化學(xué)類型都是Ca2+-HCO-3型，而河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽地下水水化學(xué)類型為Ca2+-Mg2+-HCO-3-SO2-4型，龍羊峽至蘭州干流地下水水化學(xué)類型為Na+-Mg2+-HCO-3-SO2-4型?？梢钥闯?，河源至瑪曲、瑪曲至龍羊峽、龍羊峽至蘭州干流地表水和地下水離子來源基本一致，且保持相對穩(wěn)定。

（2）離子來源。對地表水和地下水的離子質(zhì)量濃度進行相關(guān)分析，結(jié)果見表2。

河源至瑪曲地表水TDS除與K++Na+負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);離子間，地表水K++Na+和SO2-4、Ca2+和HCO-3、Mg2+和HCO-3相關(guān)系數(shù)分別為0.610、0.850、0.850，顯著相關(guān)，表明地表水中的K++Na+、Ca2+、HCO-3源于硅酸鹽礦物的風(fēng)化溶解，Mg2+、SO2-4、HCO-3主要來自高鎂方解石、白云石等碳酸鹽巖礦物的風(fēng)化溶解[9]。瑪曲至龍羊峽地表水TDS除與CO2-3負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);離子間，K++Na+和Cl-、Ca2+與Mg2+和HCO-3顯著相關(guān)，說明存在鈉長石等含鈉硅酸鹽巖礦物的風(fēng)化溶解，地表水中各離子主要來自高鎂方解石、鈉長石的溶解。龍羊峽至蘭州干流地表水TDS除與K++Na+和CO2-3負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);Ca2+與HCO-3顯著正相關(guān)，其他離子間均無顯著相關(guān)性，表明地表水中各離子主要來自方解石的溶解。

河源至瑪曲地下水TDS除與CO2-3負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);離子間，Ca2+和SO2-4、Mg2+和Cl-顯著正相關(guān)，表明地下水中Ca2+、Mg2+、SO2-4、Cl-主要來自石膏、高鎂方解石的溶濾?，斍笼堁驆{地下水TDS除與Ca2+負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);離子間，K++Na+和Cl-、Mg2+、HCO-3顯著相關(guān)，表明地下水中的K++Na+、Mg2+、HCO-3、Cl-主要來自高鎂方解石、鈉長石的溶濾。龍羊峽至蘭州干流地下水TDS除與Mg2+負相關(guān)外，與其他離子正相關(guān);離子間，Ca2+和Cl-顯著正相關(guān)，表明地下水中的離子主要來自方解石的溶濾。

河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流地表水Ca2+和HCO-3的相關(guān)系數(shù)都大于瑪曲至龍羊峽的，表明河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流巖鹽溶解的速率大于瑪曲至龍羊峽的。河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流地表水和地下水Ca2+和HCO-3的相關(guān)系數(shù)大于Mg2+和HCO-3的相關(guān)系數(shù)，表明水體中溶解的Ca2+、Mg2+與HCO-3主要來自方解石的溶解，其次是白云石;水體中Ca2+質(zhì)量濃度大于Mg2+的原因是地表水的溶濾作用[10]。

3.3 地表水和地下水形成作用

由于K++Na+質(zhì)量濃度是根據(jù)陰、陽離子平衡法推算的，沒有單獨測定Na+質(zhì)量濃度，因此僅繪制研究區(qū)TDS與總?cè)芙恹}γ（Cl-）/γ（Cl-+HCO-3）（γ表示濃度）的Gibbs圖，見圖2。研究區(qū)水化學(xué)組成都分布在Gibbs圖上且較集中，說明水體水化學(xué)組成均處于天然狀態(tài)。瑪曲至龍羊峽TDS在100～1 000 mg/L之間，屬于巖石風(fēng)化型，主要受巖石風(fēng)化作用影響;河源至瑪曲、龍羊峽至蘭州干流TDS大多數(shù)在100～1 000 mg/L之間，屬于巖石風(fēng)化型，少部分在1 000～10 000 mg/L之間，屬蒸發(fā)-結(jié)晶型。該地區(qū)地形平坦、徑流條件差，蒸發(fā)作用較強且起相對主導(dǎo)作用。

4 結(jié) 語

（1）研究區(qū)水化學(xué)特征地表水和地下水基本一致。研究區(qū)地表水、地下水陽離子以Ca2+為主，陰離子以HCO-3為主，這與黃河干流主控陽離子為Ca2+、主控陰離子為HCO-3基本一致。地表水、地下水pH值分別為7.6～8.7、7.5～8.5，平均值分別為8.3、7.8，均屬弱堿性水。地表水TDS質(zhì)量濃度為202～822 mg/L，平均值為388 mg/L，為中等礦化度。地下水TDS為122～1 960 mg/L，平均值為798 mg/L，礦化度高于地表水的。

（2）青海省黃河重點流域地表水和地下水水化學(xué)類型雖有差異，但主要控制因素基本相同。地表水由Ca2+-HCO-3型水為主，地下水由Ca2+-Mg2+-HCO-3-SO2-4型水轉(zhuǎn)變?yōu)镹a+-Mg2+- HCO-3-SO2-4型水。青海省黃河流域不同水體離子特征主要受巖石風(fēng)化作用影響，受碳酸鹽巖溶解的影響較大，受硅酸鹽巖和蒸發(fā)鹽巖溶解的影響次之。

（3）青海省黃河重點流域地表水和地下水絕大多數(shù)地區(qū)交換較頻繁，且主要離子來源基本一致，地表水和地下水離子成分中Ca2+、Mg2+、HCO-3和SO2-4主要來源于鈉長石、鈣長石等硅酸鹽巖和石膏等蒸發(fā)鹽巖的

溶解，方解石、白云巖等碳酸鹽巖風(fēng)化及其硫酸溶解對SO2-4、Ca2+、Mg2+的貢獻較大，人類活動對水化學(xué)的影響相對較小，這與研究區(qū)為黃河重點源頭水保護區(qū)和區(qū)域流經(jīng)地區(qū)人類生活和工業(yè)開發(fā)較少的實際情況相符合。

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【責(zé)任編輯 呂艷梅】