新疆塔里木盆地灌区地下水水质空间变化及其影响因素
2022-09-08闫志雲曾妍妍周金龙
闫志雲，曾妍妍*，周金龙，孙 英
新疆塔里木盆地灌区地下水水质空间变化及其影响因素
闫志雲1,2,3，曾妍妍1,2,3*，周金龙1,2,3，孙 英1,2,3
（1.新疆农业大学 水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆水文水资源工程技术研究中心，乌鲁木齐 830052；3.新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室，乌鲁木齐 830052）
【目的】研究新疆塔里木盆地灌区地下水水质空间变化及影响因素。【方法】依据1 292组地下水水质检测资料，通过描述性统计分析方法和Piper三线图解法分析地下水化学组分特征及水化学类型，采用水质指数法、USSL图和Wilcox图解法对灌区地下水水质进行了评价，运用克里金插值法、因子分析和离子比值等方法对灌区地下水水质空间变化及其影响因素进行了分析。【结果】山前砾质倾斜平原区地下水质量优于中下游的细土平原区，地下水从山前砾质倾斜平原区流动到细土平原区的过程中，经过岩石的溶滤作用，致使地下水中离子量增多，水质逐渐趋于劣化。灌区地下水可溶性盐浓度过高，通过强烈的蒸发作用使埋藏较浅的地下水中的盐类离子析出，使得盐分积聚地表，会加重土壤盐渍化；灌区地下水水质优劣排序为：单一结构潜水>承压水>承压水区潜水。【结论】灌区地下水水质受蒸发浓缩和矿物溶解的复合作用、原生地质的氧化还原环境以及人为活动的影响，除此之外，还受到含水层类型、地下水补径排条件和阳离子交换作用的影响。
地下水；质量评价；空间变化；因子分析；塔里木盆地灌区
0 引 言
【研究意义】在干旱区，随着地下水资源在灌区广泛的应用，地下水水质引起了诸多学者的关注。人类活动的日益加剧，废物的排放使地下水水质遭受到了污染。与地表水相比，地下水更新速度慢且埋藏较深，其污染隐蔽，不易发现，一旦污染很难修复[1]；为提高农作物的产量而过度使用农药和化肥，使其残留物经过大气降水或灌溉水的淋滤作用会对灌区的土壤、植被以及地下水造成污染[2]。若在灌区使用水质较差的地下水进行灌溉，会破坏土壤结构和土壤肥力，抑制植物生长[3]。故有必要对灌区地下水水质进行评价。【研究进展】王昭等[4]对华北平原进行水质评价，确定影响水质质量的主要指标为溶解性总固体、硝酸盐等；高振凯等[5]发现宁夏吴灵灌区大多为I—Ⅳ类水，极少V类水，该区地下水水质差的主要原因是农业污染；刘中培等[6]发现从1996—2016年河南省人民胜利渠灌区地下水水质恶化明显，且多为复合指标超标。当今国内采用较多的灌溉水水质评价方法有灌溉系数法、模糊综合评价法和钠吸附比法等[7]；USSL图、Wilcox图相结合的灌溉水分类图方法综合考虑了盐、碱化指标，适用于干旱区灌溉水的质量评价[8]。【切入点】前人多对新疆喀什、和田等地区的地下水水质进行评价，但对整个塔里木盆地灌区的地下水水质方面的研究较少，且从空间变化的角度来阐述塔里木盆地灌区地下水水质的优劣和成因有待进一步研究。【拟解决的关键问题】本文采用水质指数法对塔里木盆地灌区地下水饮用水水质进行评价，采用USSL和Wilcox图解法进行灌溉水水质评价，同时系统分析了灌区地下水水质的空间变化规律及其主要影响因素，旨在为塔里木盆地灌区地下水可持续开发利用和污染防治提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
新疆塔里木盆地位于中国的西北内陆干旱区，地势西高东低，向东倾斜，是中国面积最大的内陆盆地[9]。盆地南部为昆仑山-阿尔金山山脉，北部为天山山脉，盆地由山前的砾质平原向下过渡为细土平原、沙漠或湖泊，总体呈环状分布[10]。年均降水量仅50～60 mm，年均蒸发量高达2 000～3 400 mm。盆地为暖温带大陆性干旱气候，干旱少雨，日照时间长，春夏有较多风沙天气，冬季气温较低[11]。
本文的研究区范围为塔里木盆地灌区，灌溉水源主要为高山冰雪融水，灌区耕地面积2.50×104km2，有效灌溉面积1.82×104km2，主要种植小麦、玉米和棉花等农作物[12]。东至库木塔格沙漠，南北西三面均至山前，环盆地冲洪积平原为向心状。单一结构潜水主要分布于山前砾质倾斜平原区，以砂砾石、粗砂为主，主要受大气降水入渗补给及山前基岩裂隙水的侧向补给，水流交替条件较好；多层结构潜水-承压水分布于细土平原区，上部承压水区潜水，下部承压水，该含水层介质颗粒较细，以细砂和粉砂为主，主要受河流、水库、田间灌溉水的入渗补给。地下水排泄方式主要以蒸发、植物蒸腾为主，其次以泉、人工开采等方式排泄[13]。
1.2 样品的采集与测试
2014—2018年采集地下水水样1 292组（其中，单一结构潜水水样518组，承压水区潜水水样198组，承压水水样576组）（图1）。2014—2018年地下水水样严格按《地下水环境监测技术规范（HJ/T 164—2004）》进行采集、保存和送检。水样测试由中国地质科学院水文地质环境地质研究所和新疆地矿局第二水文地质工程地质大队实验室完成，现场测定pH值、水温和电导率（）等指标，实验室测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、F-、Fe、总硬度（TH）和溶解性总固体（TDS）等指标，其中，K+、Na+和Fe采用火焰原子吸收分光光度法测定，TH、Ca2+、Mg2+和HCO3-采用乙二胺四乙酸二钠滴定法，Cl-为硝酸银容量法，SO42-为硫酸钡比浊法测定，F-用离子电极法测定，TDS使用烘干称质量法测定，除Fe和NO3-的检测下限分别为0.03和0.02 mg/L，其他指标检测下限均为0.10 mg/L。根据阴阳离子平衡检验方法，所测数据阴阳离子平衡误差值皆＜±5%，说明所有数据均为可靠数据。
1.3 研究方法
1.3.1 饮用水水质评价
采用水质指数法（Water quality index,）对灌区地下水进行饮用适宜性评价[14]。
式中：表示样品数量；ω表示第个样品不同指标各级标准值的均值；X表示指标的测定值；W表示权重；S表示指标的标准限值，依据《地下水质量标准（GB/T 14848—2017）》Ⅲ类地下水限值划定（表1）。根据值将地下水分为5类（表2）。
图1 地下水取样点分布图
表1 水质评价指标的标准限值
注 pH值为无量纲，其余单位为mg/L。
表2 水质指数分类表
1.3.2 灌溉水水质评价
采用USSL图（钠吸附比（）与的相关关系）综合考虑地下水碱害与盐害对土壤的影响[15]，同时，采用Wilcox图（钠百分比（）和的相关关系）分析地下水水质对土壤和作物的影响，进行灌溉水水质分类[16]。
2 结果与分析
2.1 地下水水化学特征分析
采用描述性统计分析灌区地下水化学组分特征，pH值范围为6.39～10.50；地下水中优势阳离子以Na+为主，优势阴离子以Cl-和SO42-为主（表3）。水样中TDS为138.9～358 694.0 mg/L，均值为4 768.9 mg/L，其中淡水（TDS<1 g/L）、微咸水（TDS为1～3 g/L）、咸水（TDS为3～10 g/L）和盐水（TDS为10～50 g/L）分别占总水样的37.9%、36.3%、21.1%和4.7%。水样中TH为1.5～47 536.2 mg/L，均值为1 262.5 mg/L。其中极软水（TH≤75 mg/L）、软水（75 mg/L
表3 地下水水化学指标特征参数统计表
注单位μS/cm；“ND”为未检出；“-”表示无标准限值，不计超标率。
从Piper三线图（图2（a）—图2（c））可以看出，研究区不同含水层其水化学环境也有差异，单一结构潜水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分别占阳离子总量的45.4%、28.8%和25.8%，SO42-、Cl-和HCO3-分别占阴离子总量的39.6%、35.9%和24.5%，水化学类型以SO4·Cl-Na（15.4%）和SO4·Cl-Na·Mg（12.0%）为主；在承压水区潜水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分别占阳离子总量的47.3%、26.5%和26.2%，SO42-、Cl-和HCO3-分别占阴离子总量的44.3%、37.4%和18.3%，水化学类型以SO4·Cl-Na（23.0%）、SO4·Cl-Na·Ca（22.0%）和SO4·Cl-Na·Mg（15.5%）为主；在承压水中Na++K+、Ca2+和Mg2+分别占阳离子总量的46.3%、26.4%和27.3%，SO42-、Cl-和HCO3-分别占阴离子总量的47.5%、34.7%和17.8%，水化学类型以SO4·Cl-Na（20.5%）和SO4·Cl-Na·Mg（18.0%）为主。
图2 地下水Piper三线图
2.2 地下水水质评价结果
2.2.1 饮用水水质评价
为更加全面地反映地下水饮用适宜性，根据检测结果选取8个超标指标（TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、F-和Fe）作为评价因子，根据水质指数法计算可知单一结构潜水水质未超标率为61.2%（I、II、III类水分别占比为7.2%、24.5%和29.5%），超标率为38.8%（IV类和V类水分别占比为14.1%和24.7%）；承压水区潜水水质未超标率为36.3%（I、II、III类水分别占比为10.1%、13.1%和13.1%），超标率为63.7%（IV类和V类水分别占比为12.7%和51.0%）；承压水水质未超标率为51.0%（I、II、III类水分别占比为7.1%、20.5%和23.4%），超标率为49.0%（IV类和V类水分别占比为12.2%和36.8%）（表4）；由不同含水层的超标率可知，按水质优劣排序：单一结构潜水＞承压水＞承压水区潜水。灌区单一结构潜水多分布在山前砾质倾斜平原区，受大气降水入渗补给和山区基岩裂隙水的侧向补给，水质相对较好；地下水从山前砾质倾斜平原区流动到细土平原区的过程中，受上游的侧向补给，细土平原区地下水埋深较浅，受蒸发作用的影响，致使地下水中TDS升高趋于咸化，水质劣化。另外，水岩相互作用和承压水区潜水的垂向补给，致使承压水中离子超标，水质劣化。
表4 饮用水水质评价结果
2.2.2 灌溉水水质评价
由于水样数据检测较少，只选用含检测数据的367组水样用于灌溉水水质评价。USSL图中钠吸附比主要用于表征地下水对土壤的钠害，即通过降低土壤的渗透性，进而抑制作物对水的吸收。根据和值大小将图3划分为16个区域，图中C代表盐化级别，值越大表示可溶性盐质量浓度过高，用于灌溉会使土壤趋于盐化；S代表碱化级别，值越大，土壤越趋于碱化[3]。单一结构潜水在C1-S1、C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C4-S3和C4-S4区域中分别占比1.3%、7.5%、42.8%、10.1%、7.5%、14.5%、8.8%和7.5%；承压水区潜水在C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C4-S3和C4-S4区域中分别占比2.7%、17.3%、21.3%、1.4%、28.0%、20.0%和9.3%；承压水在C2-S1、C3-S1、C4-S1、C3-S2、C4-S2、C3-S3、C4-S3、C3-S4和C4-S4区域中占比14.3%、21.1%、18.7%、3.0%、24.1%、1.5%、10.5%、0.8%和6.0%；只有C1-S1、C2-S1和C3-S1区域的地下水适宜灌溉，其他区域均不宜用于灌溉，适宜灌溉水样占比为39.2%，不适宜灌溉水样占比为60.8%。
Wilcox图是根据和的大小将灌溉水水质划分为5类，单一结构潜水在水质极好、水质良好、水质适宜、水质保留和水质不适宜区分别占比6.3%、6.3%、33.3%、20.8%和33.3%，承压水区潜水分别占1.3%、1.3%、17.3%、6.7%和73.4%，承压水分别占比13.5%、4.5%、19.5%、19.5%和43.0%。水质极好、水质良好和水质适宜区为可直接灌溉区域，水样占比为37.6%；水质保留和水质不适宜区为不可直接灌溉区域，水样占比为62.4%，与USSL图中灌溉水评价结果较相近。在灌溉期灌区内的地下水埋深变浅，在蒸发作用下，盐分累积于地表，导致盐渍化，有研究表明在塔里木盆地的天山南麓山前平原区和喀什三角洲盐渍化较为严重，盆地的东部盐渍化较轻[17]。
图3 灌溉水水质的USSL图
图4 灌溉水水质分类的Wilocx图
2.3 灌区地下水水质空间变化
为了直观反映塔里木盆地灌区地下水水质的空间变化，采用ArcGIS克里金插值法绘制出灌区各含水层地下水水质的空间分布图（图5）。
单一结构潜水含水层水质指数低值区（≤200）主要分布在喀什地区的喀什市、疏附县和叶城县，和田地区的和田市和墨玉县，阿克苏地区的拜城县、温宿县和乌什县等区域，其中水质中等类分布最广，水质良好次之；水质指数高值区（＞200）主要分布在喀什地区的英吉沙县、莎车县和巴楚县，和田地区的民丰县，巴音郭楞蒙古自治州（以下简称“巴州”）的且末县和若羌县，阿拉尔市和阿克苏地区的沙雅县，其中水质极差类分布范围最广。
承压水区潜水含水层水质指数低值区（≤200）主要分布在喀什地区的叶城县，阿克苏地区的阿克苏市、库车市和新和县等区域，巴州的和静县、博湖县和和硕县等区域，其中水质中等类分布范围最广；水质指数高值区（＞200）主要分布在喀什地区，和田地区的民丰县，巴州的且末县、若羌县、尉犁县和库尔勒市等地区，阿克苏地区的阿克苏市和沙雅县，其中水质极差类分布范围最广。
承压水含水层水质指数低值区（≤200）主要分布在喀什地区的叶城县，阿克苏地区的阿克苏市、库车市和温宿县等区域，巴州的和静县、和硕县、若羌县等区域，其中水质中等类分布范围最广；水质指数高值区（＞200）主要分布在喀什地区，巴州的且末县、若羌县、尉犁县和库尔勒市等地区，阿克苏地区的阿克苏市和沙雅县，其中水质极差类分布范围最广。
综上，I、II、III类水在喀什、阿克苏等地区均有分布，但所占比例较小，IV、V类水主要分布在喀什地区，另外在阿克苏地区和巴州的部分县、市均有分布。
2.4 地下水水质空间变化的影响因素分析
2.4.1 因子分析
首先进行各指标间的相关性分析，由表5可知，Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、TDS和TH等指标之间都存在显著相关关系，说明信息有重叠部分，为了便于分类分析，需要降维来进行因子分析。选取8项超标指标TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、F-和Fe等进行因子分析，另外由于Ca2+、Mg2+量对TDS、TH影响较大，HCO3-与诸多离子相关性较大，故也作为因子分析的指标。对11项指标进行检验和巴特利球体检验后，单一结构潜水、承压水区潜水、和承压水这3种不同含水层值分别为0.677、0.519、0.765，均可做因子分析。采用主成分分析分别提取出公因子4个、4个和2个，并利用最大方差法计算旋转因子载荷[18]，由表6可知，3种含水层水样的F1因子贡献率均大于其他因子贡献率，这表明F1因子对地下水水质影响重大。
表5 水化学指标相关系数矩阵
注 “*”表示在0.05水平下显著相关；“**”表示在0.01水平下极显著相关。
表6 水化学指标旋转因子载荷矩阵
在单一结构潜水中F1因子载荷较高的指标为TDS、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-和TH，均与F1高度相关（因子载荷皆＞0.75），由图6可知，取样点多分布在受蒸发浓缩和岩石溶滤作用控制的区域，在强烈的蒸发浓缩作用下，易形成以Na+、Cl-为主的高TDS水，另外有少量取样点分布在Gibbs图之外，可能受到人类活动或者阳离子交换作用；（Ca2+/Na+）、（HCO3-/Na+）和（Mg2+/Na+）等离子比值关系可反映离子来源（图7），灌区地下水水化学离子主要分布在蒸发盐岩和硅酸盐岩所控制的区域，另有少量离子分布在碳酸盐岩控制区域，说明Na+离子主要受蒸发盐岩的溶解，Ca2+、Mg2+等离子受硅酸盐岩矿物的风化溶解作用，随着Ca2+、Mg2+的增大，会导致TH的增大[19]。F2因子荷载较高的指标为HCO3-和F-，与F2因子高度相关，HCO3-来源于碳酸盐的溶解，除此之外灌区存在大量油田，在油田附近的地下水中含有足量的有机物和微生物，可降解的有机物与SO42-、NO3-等氧化剂反应会产生大量CO2和HCO3-[20]，F-来源于萤石（CaF2）的溶解。F3因子载荷较高的指标为Fe，在还原环境中，溶解性增强，伴随着铁氧化物的还原性溶解，致使Fe2+增多，在氧化环境中，Fe2+被氧化沉淀，导致地下水中含铁量增多[21]。F4因子载荷较高指标为NO3-，硝酸盐污染较重地段分布于农田耕作区，由于污水排放和大量施用农业化肥，在降水和农业灌溉时NO3-下渗进入土壤，通过包气带进入地下水，使得地下水水质劣化[22]。
在承压水区潜水中F1、F2因子中载荷较高的指标与单一结构潜水的中的指标一样，其来源也相似，F3因子中载荷较高的因子为NO3-，F4因子中载荷较高的因子为Fe，F3的贡献率大于F4的，表明在该含水层中NO3-对水质的影响程度大于Fe的，可能是在该层含水层中受到人类活动的影响较大。
图6 Gibbs图
图7 Na端元图
在承压水中只有F1和F2因子，F1因子中载荷较高指标与F1高度正相关，F1因子也代表了蒸发浓缩和矿物溶解的复合作用，F2因子中HCO3-、F-和Fe载荷较高，F2代表了原生氧化还原环境和萤石等矿物的溶解作用。
2.4.2 其他影响因素分析
1）水文地质条件
塔里木盆地降水稀少，蒸发强烈，蒸降比为1∶40～1∶56，盐类离子主要来源于土壤和岩石，内陆河从山区淋溶盐分，通过地表水和地下水径流，向盆地输送，一部分通过强烈的蒸发作用使埋藏较浅的地下水中的盐类离子析出，使得盐分积聚地表，造成盐渍化，另一部分随着地下水径流排向下游，最后注入湖泊或沙漠[10]。单一结构潜水多分布在山前砾质倾斜平原区，该区域含水层岩性为砂砾石或粗砂，地势起伏显著，水力梯度较大，超标离子易迁移；多层结构潜水-承压水多分布在细土平原区，上部为潜水，下部为承压水，该区域含水层岩性为细砂、黏土与亚砂土，地势较为平缓，地下径流迟缓，水力梯度相对较小，减缓了超标离子的运移，使地下水中超标离子增多，水质劣化。
2）人为因素
通过利用Ca2+、SO42-和NO3-的3项指标数据对人为影响因素进行定量计算，分析工矿活动、农业活动和生活污水对地下水水质的影响[3]，图8表明单一结构潜水、承压水区潜水和承压水受工矿活动和农业活动影响较大，在灌区单一结构潜水区和承压水区内有较多的工业区、石油和煤矿等，根据《新疆统计年鉴》2019年新疆工业废水排放量1.59亿t，工业废水、废渣的排放使得地下水中SO42-、Cl-量升高；为提高农作物产量，大量使用化肥和农药，塔里木盆地化肥总使用量约为100.47万t，化肥和农药的施用，使得NO3-直接进入水体，另外NH4+可经过硝化作用氧化成NO3-[23]，大量的农业灌溉水垂直入渗补给地下水，同时盐分和超标离子从土壤水迁移到地下水中，使得地下水水质劣化。
3）阳离子交换
当（Ca2++Mg2+-SO42--HCO3-）与（Na+-Cl-）的比值接近-1，则表示发生了阳离子交换作用[24]。由图9（a）可以看出单一结构潜水、承压水区潜水和承压水的2分别为0.936、0.987和0.952，表明线性拟合效果极好；单一结构潜水、承压水区潜水和承压水直线斜率分别为-1.04、-1.01和-0.97，说明研究区水样阳离子交换强弱为承压水区潜水>承压水>单一结构潜水，因为承压含水层的地下水动力条件差，沉积物颗粒较细，使得阳离子交换更加明显。
利用氯碱指数（-1和-2）进一步分析阳离子交换作用发生的强度和方向，若（-1和-2）均为负值，地下水中Ca2+、Mg2+与颗粒物上的Na+发生离子交换，使得地下水中Na+量升高，Ca2+、Mg2+量降低[25]；若二者均为正值，则反之。如图9（b）所示，绝大部分采样点-1和-2均小于0，表明发生了反向阳离子交换作用，氯碱指数减小，阳离子交换作用增强，地下水中Na+量增多，导致水质劣化。
图9 γ(Ca2++Mg2+-SO42--HCO3-)/γ(Na+-Cl-)和氯碱指数图
3 讨 论
塔里木盆地灌区地下水水质在水平和垂向上呈现不同的规律，水平方向上，从山前砾质倾斜平原向中下游细土平原地下水水质逐渐变差；垂直方向上，地下水水质优劣呈现单一结构潜水>承压水>承压水区潜水的特点。由于山区降水丰富且常年积雪，大气降水和冰雪融水为山前砾质倾斜平原的单一结构潜水提供了补给来源，水质相对较好，而位于细土平原区的承压水区潜水受到强烈的蒸发浓缩作用，水质相对较差，这与尹立河等[26]对西北内陆河流域平原区所述结果一致。为了人们生活的需要，在河流上游段修建水库或者人工渠系，将河水引入灌区，在河流的上、中游灌区内，地下水位上升，经地表的强烈蒸发后，盐分留于土壤表层，再经过地表径流的垂直入渗，致使地下水中值增大，不宜灌溉的水样增多[27]；由灌溉水水质评价结果可知，可灌溉水样与不可灌溉水样占比约为2∶3。在灌溉期，地下水位上升，在蒸发作用下，地下水埋深较浅的地下水中的盐分易于累积于土壤表层，加重盐渍化现象。乔木等[17]对塔里木盆地灌区盐渍化现象进行研究认为塔里木盆地灌区以硫酸盐-氯化物、氯化物-硫酸盐、氯化物等盐分类型为主，总体是塔里木盆地东部和东南灌区盐渍化较轻，北部和西部灌区盐渍化较重。另外在原生环境下非盐渍化区，地下水的强烈开采，会导致常量组分升高，TDS增大，污染组分和污染程度增加，也会致使水质劣化[27]；塔里木盆地灌区灌溉水对土壤盐分的淋滤作用较强，而姚玲等[28]表明，河套灌区大气降水对土壤的淋滤作用强于灌溉水，这可能是两地气候差异所致。河流和渠系污染源主要来自于工业废水和生活污水，引水灌溉致使污染物进入到地下水中，水质劣化[29]，另外，灌区周边有大量的农牧场，粪便和化肥农药的不当处理，致使硝酸盐量升高，这与秦景等[30]对北京市西南山前平原中的研究结果一致。本文结合水文地球化学方法对地下水水质成因进行分析。在今后的研究中，还可以考虑将遥感技术、同位素技术和水文地球化学等方法相融合，对研究区地下水水质劣化的成因进行深入探讨。
4 结 论
1）塔里木盆地灌区地下水pH值范围为6.39～10.50，TDS相对较高，多为高矿化度水。阳离子以Na+离子为主，阴离子以SO42-和Cl-为主，其中SO42-超标率最大，高达72.4%，地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Na、SO4·Cl-Na·Mg和SO4·Cl-Na·Ca型。塔里木盆地灌区I、Ⅱ、III类水所占比例较小，IV类和V类水所占比例较大，含水层水质的优劣表现为单一结构潜水>承压水>承压水区潜水。
2）地下水水质主要受到蒸发浓缩作用以及岩石溶滤作用的影响，使得地下水中Na+、SO42-和Cl-等离子超标，山前砾质倾斜平原和细土平原区由于地势和水动力条件的差异，使得细土平原区水质较差，另外，反向阳离子交换使得Na+量升高，地下水水质进一步劣化。
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Spatial Change in Groundwater Quality and Its Determinants in Irrigation Areas at Tarim Basin, Xinjiang
YAN Zhiyun1,2,3, ZENG Yanyan1,2,3*, ZHOU Jinlong1,2,3, SUN Ying1,2,3
(1. College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China;2. Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China;3. Xinjiang Key Laboratory of Hydraulic Engineering Security and Water Disasters Prevention, Urumqi 830052, China)
【Objective】This paper is to analyze the spatial change in groundwater quality and its determinants in irrigation areas in Tarim Basin in Xinjiang, in attempts to provide a baseline guidance for sustainable utilization of groundwater resources and alleviating groundwater pollution.【Method】The analysis was based on 1 292 groundwater quality measurement data, from which we analyzed the groundwater chemical composition and chemistry types using the descriptive statistical analysis method and the Piper trilinear diagram method. The groundwater quality was analyzed using the water quality index method, USSL diagram and Wilcox diagram; spatial variation in groundwater quality and its determinants were calculated using the Kriging interpolation, factor analysis and ion ratio methods. 【Result】Groundwater quality in the gravelly inclined plain in front of the mountain was better than that in the fine soil plain in the middle and low reaches of the basin. Dissolution of rocks increased ion contents in the groundwater, and groundwater quality deteriorates gradually from the gravelly inclined plain to the fine soil plain. The soluble salt concentration of groundwater in irrigation areas was considerably high; ions in shallow groundwater precipitated due to evaporation, resulting in salt accumulation on the soil surface. The factors affecting groundwater quality are ranked in the order: single structured unconfined groundwater>confined groundwater>unconfined groundwater in confined area. 【Conclusion】The groundwater quality in the irrigation areas was jointly affected by evaporation and mineral dissolution, the redox in original geology, and human activities, in addition to aquifer type, groundwater recharge-discharge, runoff and cation exchange.
groundwater; quality evaluation; spatial variation; factor analysis; irrigation area of Tarim Basin
闫志雲, 曾妍妍, 周金龙, 等. 新疆塔里木盆地灌区地下水水质空间变化及其影响因素[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(8): 70-79.
YAN Zhiyun, ZENG Yanyan, ZHOU Jinlong, et al. Spatial Change in Groundwater Quality and Its Determinants in Irrigation Areas at Tarim Basin, Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(8): 70-79.
1672 - 3317（2022）08 - 0070 - 10
P641.69
A
10.13522/j.cnki.ggps.2021541
2021-11-04
新疆自治区自然科学基金项目（2019D01B18）；国家自然科学基金项目（42067035）；“新疆水利工程安全与水灾害防治自治区重点实验室”2021年开放课题（ZDSYS-JS-2021-10）
闫志雲（1995-），男，甘肃民乐人。硕士研究生，主要从事干旱区地下水水质评价相关研究工作。E-mail: d1259119257@163.com
曾妍妍（1989-），女，江西吉水人。副教授，硕士生导师，主要从事水土环境地球化学与劣质地下水处理等研究工作。E-mail: 644257818@qq.com
责任编辑：白芳芳
