武城县地下水矿化度变化规律分析

孙占泉，苑清玲 ，杨敬涛

（1.德州市水利局水科所，山东 德州 253014；2.山东省水利厅，山东 济南 250013）

武城县位于鲁西北平原，德州市西南部，京杭大运河东岸，辖6镇1乡1个街道办事处，267个行政村（社区），6个居委会。总人口37.75万人，其中农业人口30.13万人，非农业人口7.62万人。总面积748 km2，其中耕地4.33万hm2。武城县属暖温带季风区，大陆性气候。四季分明，降水时间和空间分配不均，夏季降水最多，冬季最少，多年平均降水量554.1 mm，折合水体4.1亿m3。6—9月降雨量最大，多年平均面降水量439.3 mm。

武城县地处海河水系卫运河流域，县内河流属过境河与季节性间歇河。武城县水资源贫乏，多年平均径流量2 401亿m3，人均占有 75.2 m3，境内河水来源于引卫和引黄。地下水资源总量多年平均6 287万m3，地下水位多年平均21.5 m，埋深3.2 m，变幅1.93 m。多年平均最大埋深4.2 m，最小埋深2.27 m，恩县洼中部小于2 m。全县表层地下水化学类型分为总碳酸盐型、氯化物型、硫酸盐型3类：以总碳酸岩型为主，面积474.6 km2，占全县面积63.5%；其次是氯化物型，面积210.9 km2，占全县面积的28.2%；硫酸盐型最少，面积62.5 km2，占全县面积的8.3%。全县绝大部分地下水属中性或微碱性水，pH值一般为7～8，且 7～7.5 居多。

土壤分3个土类，5个亚类，5个土属，67个土种。其中98.7%为潮土类。潜水埋深浅，矿化度2～5 g/L，在排灌不良的地方次生盐渍化严重。武城县历史上盐碱地较多，建国初期，有碱地4 266 hm2。1958—1964年，由于大蓄大灌和连年大涝，地下水较高，盐碱地猛增至1.09万hm2。其中重碱地面积1 600 hm2，主要分布在滕西庄、马庄西、王小屯东、陈庄东等地片；中度碱地面积2 733 hm2，主要分布在六六河以北二坡地和恩县洼边沿地带；轻度碱地面积6 533 hm2，主要分布在旧城河和六六河之间以及零星洼地边沿地带。1965年后，碱地改造取得显著成效，全县盐碱地从建国初期的1.09万hm2，下降到2 307 hm2，已改良 8 560 hm2，占碱地总面积的78.5%。

以武城县为研究区，在野外取样、室内试验测定水样矿化度和电导率的基础上，借助3S技术，分析研究地下水矿化度变化规律以及对土壤盐渍化的影响。

1 取样分析

通过资料收集和野外考察，掌握研究区景观、土壤盐渍化特征，水文地质条件，地形地貌，生态环境等情况，并且获得了如下数据资料：1）采样点地下水埋深和电导率值；2）相关的统计资料，包括土壤、水文、气象、土地利用状况、社会经济、人口等；3）各个土壤采样点特征的详细记录和照片。

1.1 样点选取

本次采样的目的是获取地下水样矿化度参数值，同时保存水样试验室待用。但地下水水样是由多种类型的变异性表征的，若要使样本足以代表某一指定水样的总体，准确地估计水样取样点数目和取样间距十分重要。综合考虑采样效果和经济等因素，最终设定10个取样点，涵盖了研究区各个区域，具有较好的代表性。

1.2 样品采集及数据记录

2011年4月，在研究区内共选取了了10个地下水采样点，每个样点均用GPS定位，同时记录了采样点的坐标位置。取样点为田间监测井，由于监测井水位大都埋深较大，取水器无法到达，因此采用抽水机取水。机器开启后，先放水几分钟，将积流在管道中内的陈旧水排出，然后用预先准备好的洁净采样容器接取水样。要求水样充满采样容器，避免气泡存在，密封保存。同时，用塑料杯容器盛取一定水样，使用HI933300便携式电导率仪现场测定电导率数值，作为室内试验参考。

采样数据见表1。

表1 现场采样数据

1.3 室内试验方法

水样从采集到分析测定这段时间，由于环境条件的改变、微生物新陈代谢活动和化学作用的影响，可能引起水样某些物理参数及化学组成的变化。本次主要测定了水样的温度、pH、电导率和矿化度，分别采用酸度计法、电导率仪法以及重量法分别测定，其结果见表2。

1.4 矿化度与电导率的关系

根据试验室所得数据（见表2），运用EXCEL表格，设定截距为0，得到线性回归方程，如图1。

由试验数据求得的相关系数R=0.9994，非常接近于1，线性效果较好，具有较高的精密度。所以，可以计算出它们的相关关系，可得：矿化度≈0.674 8电导率。

2 地下水矿化度空间变化分析

2.1 地理信息空间分析

地理信息空间分析是指分析、模拟、预测和调控空间过程的一系列理论和技术，是地理信息系统区别于一般信息系统的标志，它以空间数据和属性数据为基础，有效地获取、科学地描述和认知空间数据。本次采用ArcGIS软件对地下水矿化度变化规律进行分析，得研究区地下水矿化度反距离权插值图（IDW），如图2。

表2 室内试验数据

由图2可以看出，所取的10个采样点地下水矿化度数值均大于1 g/L，查表可知武城县不同采样区域地下水分别属于微咸水和咸水，说明武城县地区地下水总体含盐量较大。通过野外考察实地记录与地下水矿化度插值图的分析结果进行比较，发现两者的结果相一致，说明地下水矿化度插值图绘制准确。

2.2 遥感影像处理方法

为更直观地说明地下水矿化度变化规律，运用ERDAS软件对研究区2010年的土地盐渍化状况进行遥感影像处理，生成盐渍地遥感图，如图3。

3 矿化度插值图与盐渍化土壤分类分布图对比

从盐渍化土壤分类分布图可见，盐渍地广泛分布在整个研究区域内。图中重度盐渍地有个共同点：外围都分布有裸地，这主要是因为盐渍地土质较差，农作物难以成活，造成裸地。轻度盐渍地以连续带状形式遍布于农田和林地之中。

对比分析地下水矿化度IDW插值图和盐渍化土壤分类分布图得到：1）插值图中显示的矿化度最高地区为鲁权屯，地下水的高矿化度往往是由于该地区土壤中的含盐量较高，土壤中的盐分浸入到地下水中，这与盐渍化土壤分类分布图显示的鲁权屯地区为重度盐渍地相吻合；2）插值图中显示的矿化度最高地区为甲马营、鲁权屯、腾庄镇3地，而绘制的盐渍化土壤分类分布图中3地的轻度盐渍化分布密度明显高于其他地区；3）盐渍化土壤分类分布图中重度盐渍化分布位置与插值图中的位置有些出入。盐渍化土壤分类分布图中的重度盐渍化为3个，分别为老城镇、鲁权屯、武城镇，插值图中，矿化度数值较高地区仅有鲁权屯一个区域，老城镇和武城镇地区的矿化度数值均低于3 g/L，属于微咸水，地下水中的含盐量远低于鲁权屯。

4 结论

通过野外考察、在研究区布设样点、采取水样、带回试验室后处理，得到地下水矿化度数据。借助ArcGIS软件对矿化度数据进行处理，得到IDW插值图，进行地下水矿化度变化规律分析。通过RS技术，得到研究区2010年盐渍化土壤分类分布图，与IDW插值图进行对比分析。初步研究结果如下：

1）采用酸度计法测水样pH，电导率仪法测定水样电导率，重量法测定水样矿化度。通过EXCEL对比分析水样电导率数据与矿化度数据，得到研究区地下水矿化度与电导率之间的关系，即：矿化度≈0.674 8电导率。

2）利用GIS强大的空间分析能力，结合室内试验得到的水样矿化度数据，做出地下水矿化度IDW插值图，分析插值图得出：研究区地下水含盐量整体较大，在水平方向，地下水矿化度数值自东向西逐渐增大，东部地区（包括杨庄、老城镇、李家户、武城镇、郝王庄镇）的地下水矿化度数值小于3 g/L，属于微咸水；西部地区（包括甲马营、鲁权屯、滕庄镇）地下水矿化度数值均大于3 g/L，属于咸水。从变化幅度来看，研究区东部矿化度数值变化幅度小于西部变化幅度。

3）通过遥感软件对研究区进行遥感影像处理，绘制出2010年盐渍化土壤分类分布图，并对其进行观察分析，发现轻度盐渍地与重度盐渍地在图中所占的面积较大，且在研究区域内均有分布，说明研究区内土壤类型均属于盐渍地。图中的三个区域（老城镇、鲁权屯、武城镇）属于重度盐渍地，外围都分布有褐色的裸地。轻度盐渍地以连续带状形式遍布于农田和林地之中。

4）对比分析地下水矿化度IDW插值图和盐渍化土壤分类分布图，得出：插值图中矿化度较高的鲁权屯、甲马营、腾庄镇，在盐渍化土壤分类分布图中3地的盐渍地斑块分布密度明显高于其他地区。盐渍化土壤分类分布图中的重度盐渍地为3个，分别为老城镇、鲁权屯、武城镇，而插值图中矿化度数值较高地区仅有鲁权屯一个区域。出现这些结果的原因是由于土壤盐渍化的形成因素是多方面的，地下水矿化度作为土壤盐渍化形成的一个因素，对盐渍化的形成起到的作用是有限的。