淺析呼和浩特市淺層地下水水化學(xué)特征演變規(guī)律

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摘要：針對地下水過量開采導(dǎo)致水資源短缺而嚴(yán)重遏制了呼和浩特市生態(tài)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)狀，以呼和浩特市平原區(qū)為研究對象，對呼和浩特市淺層地下水進(jìn)行系統(tǒng)取樣分析，綜合運用描述性分析，相關(guān)性分析，折線和餅圖圖示法，全面系統(tǒng)地研究了呼和浩特市淺層地下水水化學(xué)特征與礦化度演變規(guī)律。研究結(jié)果表明：①呼和浩特市淺層地下水中HCO.32-和Ca2+平均濃度為333?525 mg/L和 82?9704 mg/L，兩值均較大，變異系數(shù)較小，反映了它們在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要離子。②地下水中的Na?+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和鹽酸鹽，地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和鹽酸鹽。地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl?-的濃度來控制的。③沿地下水水流方向, 主要離子并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢，而是與地下水溫呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性。HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負(fù)相關(guān)最為顯著，即溫度越低時，離子的濃度反而越高。?
　　關(guān)鍵詞：水文化學(xué)；淺層水；礦化度；呼和浩特
呼和浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中東部,河套斷陷盆地最東北部，北有大青山天然屏障，東及東南被蠻漢山環(huán)抱,盆地三面環(huán)山呈簸箕形狀，向西南敞開，地勢東北高，西南低。呼和浩特市地處我國北方內(nèi)陸干旱半干旱地區(qū)，人均占有水資源量只有412 m?3,是全國人均占有量的1/6，為全國嚴(yán)重缺水城市之一，水資源問題是該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。有關(guān)呼和浩特市地下水水化學(xué)特征方面的研究，已有少量報道，但主要集中在2000年之前。2000年后的研究主要集中在對呼和浩特市地下水位動態(tài)以及砷氟等地方病方面，如2002年，劉怡敏等對呼和浩特市地下水位動態(tài)及影響因素進(jìn)行了分析；2009年楊亮平等對呼和浩特市地下水位動態(tài)變化及趨勢進(jìn)行了預(yù)測研究；2009年李浩，梁秀芬等對呼和浩特市（地區(qū)）高砷地下水進(jìn)行調(diào)查研究，查明地下高砷水的形成機(jī)制，以期控制地方性砷中毒。而近些年，呼和浩特市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，日益增長的水資源需求和地下水污染問題以及頻發(fā)的供水安全事件，迫切需要對區(qū)域內(nèi)的地下水資源進(jìn)行質(zhì)量評價，而地下水水化學(xué)研究是地下水資源質(zhì)量評價的重要內(nèi)容。
　　本研究分析了2009年呼和浩特市地下水中的主要離子含量和水化學(xué)特征，探討了1988年以來地下水礦化度的變化趨勢,目的是研究隨著工農(nóng)業(yè)和生活需水量的增加促使開采量的增大以及多年來氣候變化對礦化度變化趨勢的影響，旨在為呼和浩特市制定合理的發(fā)展計劃和維護(hù)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定提供科學(xué)依據(jù)。?
　1 研究區(qū)概況
　　研究區(qū)主要是指呼和浩特行政區(qū)內(nèi)的平原區(qū)(包括山前傾斜平原、黃河和大黑河沖積平原)，呼包平原的東北部,在行政區(qū)劃上包括呼和浩特市所轄規(guī)劃區(qū)(新城區(qū)、賽罕區(qū)、玉泉區(qū)、回民區(qū))、土默特左旗、托克托縣、清水河縣、和林格爾縣及武川縣。研究區(qū)范圍：?x?：530 500～591 000；?y?：4 493 500～?4 540 500，土地總面積17 224 km?2，氣候?qū)儆趦?nèi)陸干旱半干旱地區(qū)［1］。
　　呼和浩特市淺層地下水系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的開放系統(tǒng)。按地下水賦存條件，可分為山前沖洪積平原和沖湖積平原，黃河沖湖積平原和湖積臺地4個水文地質(zhì)區(qū)；區(qū)內(nèi)地下水的補給主要來自山區(qū)的側(cè)向徑流補給及平原內(nèi)降水的入滲，地下水的排泄主要靠蒸發(fā)和開采消耗。?
　　2 采樣及測試方法?
　　2.1 采樣及測試
　　在研究區(qū)共布置了46個淺層水取樣點,其中包括水文化學(xué)剖面(沿地下水流方向)上的8個觀測井,分別在2009年的9月份取樣,TDS是使用上海雷磁水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測試完成。
　　2.2 數(shù)據(jù)處理
　　數(shù)據(jù)處理綜合采用了統(tǒng)計軟件SPSS 17.0對地下水中的主要離子含量進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)和相關(guān)性分析，同時繪制了折線圖和圓形圖對地下水流方向上離子化學(xué)特征和淺層水礦化度演化進(jìn)行了直觀的分析。?
　　3 結(jié)果與分析?
　　3.1 描述性統(tǒng)計分析
　　對2009年呼和浩特市范圍內(nèi)的46個觀測井水樣的有關(guān)水化學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到地下水主要離子特征見表1。Table 1 Statistics of hydrochemical parameters of groundwater for Hohhot County in 2009 (?n?=46)
　　水化學(xué)參數(shù)最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)
　　水溫（℃）8.02112.9889.837320.9584990.097435
　　TDS/(g·L-1)0.270.820.44880.171240.381551
　　K?+/（mg·L-1）0.627.592.361.431480.606559
　　Na?+/（mg·L-1）13.3165.244.46138.46850.865219
　　Ca2+/（mg·L-1）39.7915882.970431.834110.38368
　　Mg2+/（mg·L-1）15.3467.5131.344613.440090.428785
　　Cl?-/（mg·L-1）7.79138.344.812935.584010.794057
　　SO.42-/（mg·L-1）4.53233.158.354652.257880.895523
　　HCO.3?-（mg·L-1）215.2651.5333.52595.33640.285845
　　CO.32-/（mg·L-1）0203.426.4131.875146
　　F?-/（mg·L-1）0.11.160.4350.228850.526092
　　溶解性總固體?/（mg·L-1）262.4952.7495.6207.24010.41816
　　pH值7.578.687.99710.372390.046566
　　NO.3?-/（mg·L-1）0.2155.537.667195.33642.531026 從表1中可以看出在陽離子（Ca2+、Mg2+、 K?+、Na?+）中Ca2+的含量相對較高，平均為82?970 4 mg/L，K?+的含量最低，平均為2?36 mg/L;對于陰離子HCO.3?-的平均值達(dá)到了333?525 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為95?336 4，兩值均較大，變異系數(shù)較小，反映了其在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要陰離子。而CO.32-的平均值僅為3.42 mg/L，即其在地下水中相對其他陰離子含量最低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是地下水中碳酸存在的形態(tài)受pH影響， 在偏酸、偏堿及中性水中HCO.3?-占優(yōu)勢，且在pH=8?34時，HCO.32-達(dá)到最高值。本次現(xiàn)場測試結(jié)果在整個研究區(qū)范圍內(nèi)pH在8.19～7?75之間， K?+、Na?+、Cl?-、SO.42-和CO.3?-的變異系數(shù)均較大，表明其在地下水中的含量變幅較大，表明它們是地下水中隨環(huán)境變化的敏感因子，決定地下水鹽化的作用的主要變量。HCO.3?-和 Ca2+的變異系數(shù)相對都較小，表明它們在地下水中的含量相對比較穩(wěn)定。