黑河流域浅水水文地球化学特征分析

侯燕军

(甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室/甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

1 环境地质条件

研究区内总的地势西南高东北低。南部为祁连山优地槽，是挽近地质构造上升区，山体与平原区之间为叠瓦式大型冲断层接触；北部为阿拉善台隆，夹峙于其间的平原区属走廊过渡带；北部为龙首山和合黎山，夹峙于其间的倾斜平原，地势由南东向北倾斜。按地貌和水文地质单元划分，东部为张掖盆地，西部为酒泉东盆地。

自下而上将黑河流域各盆地及其邻近地段分布比较普遍的层状含水层系划分为石碳系-二叠系含水层、三叠系-侏罗系含水层、白垩系-新近系中新统含水层及新近系上新统-第四系下更新统含水层。区内含水层富水性差异较大，在黑河-梨园河洪积扇的中下部，含水层颗粒较大，透水性好，富水性强，降深5 m单井出水量大于5 000 m3/d；其次是河流沿岸地带为1 000～5 000 m3/d；南北山前洪积扇顶部由于含水层多呈半胶结至胶结状，富水性较弱，涌水量小于1 000 m3/d。总体上张掖盆地呈现盆地中部富水性较强，向山前地带富水性逐渐变弱的变化势态。酒泉东盆地呈现盆地中部及南部山前地带富水性较弱，而过渡带地区与黑河沿河地带富水性相对较强的变化势态。

2 采样与测试方法

2.1 采样方法

研究区为黑河流域内平原区，研究区内118眼水井进行取样(图1)。采样全程中按相关规程进行，首先采VOC，第二采SVOC，第三采硫化物，第四采氰化物及挥发酚，第五采金属离子，最后采无机常规样，按要求添加保护试剂[1]。所有样品采集完后密封保存[2]，装入保温箱后及时送到实验室进行化验。

图1 研究区取样分布图

2.2 测试方法

项检测指标为96项，均按照《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)中规定的方法进行检测[3]。所有分析样品均在国家市场监督管理总局计量认证并有资质的实验室内进行。

3 地下水化学及环境同位素特征

3.1 地下水化学特征

黑河流域潜水地下水化学场自上游至下游可划分为淡水带、微咸水带、咸水带和卤水带[4]。淡水带分布于研究区大部分地带，水化学类型以HCO3·SO4型水为主，溶解性总固体介于0.12～0.99 g/L。微咸水分布于研究区细土平原一带，水化学类型以SO4·Cl型水为主，溶解性总固体介于1.09～2.79 g/L。咸水主要分布于研究区内高台县及金塔盆地西北部一带，水化学类型以SO4·Cl和Cl·SO4型水为主，溶解性总固体介于3.01～9.29 g/L。流域内卤水带零星出现在金塔盆地北部和高台县东部，水化学类型为Cl和Cl·SO4型水，溶解性总固体介于10.75～38.70 g/L。

研究区内潜水以微硬水(总硬度含量150～300 mg/L)、硬水(总硬度含量300～450 mg/L)、极硬水(总硬度含量>450 mg/L)为主，酒泉市肃州区三墩镇、张掖市甘州区安阳乡零星分布软水(总硬度含量75～150 mg/L)、极软水(总硬度含量<75 mg/L)。

3.2 氘氧同位素特征

氘氧同位素能指示地下水的补给来源，由于补给来源的不同，黑河流域地下水氘氧同位素特征呈现明显的分带性[5]。通过氘氧同位素特征分析，研究区内地下水存在四个主要补给来源，即：祁连山补给来源、龙首山补给来源、研究区上游补给来源、酒泉东盆地补给来源。根据氘氧同位素关系曲线(图2)，平原区地下水点基本都位于大气降水线附近，说明都来源于大气降水的补给，即使点有偏离，也偏离不大，说明研究区浅水不存在明显的蒸腾蒸发作用，所以在本研究中对氘氧同位素特征的描述主要以氘值来说明。

图2 祁连山至龙首山剖面地下水δD-δ18O关系图

祁连山补给来源主要是发源于祁连山的河流在河床渗漏对地下水进行补给，主要是黑河和梨园河。黑河和梨园河渗漏补给区主要位于河床附近及其东北方向的地下水中，氘氧同位素值位于-46%～-48%，与黑河河水的氘氧同位素值一致。

龙首山补给来源的地下水氘氧同位素值较负，氘氧同位素特征值介于-68%～-81%之间，龙首山前地下水为混合水，氘氧同位素值呈现明显的分带性。

研究区上游地下水补给主要来自于祁连山的降水补给，但由于山体高程不同，导致存在高程效应，导致氘氧同位素特征不一样。研究区上游补给区地下水氘同位素值介于-57%～-67%之间。酒泉东盆地补给来源的地下水氘同位素值介于-61%～-63%之间。

3.3 地下水14C同位素特征

地下水中含有14C放射性同位素，在进入封闭系统后，按衰变定律开始减少。通过对研究区内地下水14C的分析表明，黑河河道岩性为漂卵砾石，渗透性极好，河水强烈渗漏，地下水受到河水的补给，地下水整体年龄偏向年轻；同样，梨园河的下游，由于梨园河河水的入渗补给使地下水年龄变小；童子坝河流域下游的地下水来源于上游地下水的侧向径流补给，地下水在流动过程中，随着时间的延续，14C衰变，含量降低，年龄变老；研究区中游的地下水年龄较轻。

在垂向上，浅部地下水年龄总体上要小于深部地下水年龄，随着深度的增大，地下水年龄增大。深部地下水年龄通常在5 000 a以上，说明深部地下水与现代水的水力联系不大。

4 结语

(1)淡水带水化学类型以HCO3·SO4型水为主，微咸水水化学类型以SO4·Cl型水为主，咸水水化学类型以SO4·Cl和Cl·SO4型水为主，卤水水化学类型为Cl和Cl·SO4型水。

(2)通过氘氧同位素特征，将研究区内地下水补给来源分为祁连山补给来源、龙首山补给来源、研究区上游补给来源及酒泉东盆地补给来源。

(3)河道及周边地下水受河水的补给，地下水整体年龄偏年轻；河流域下游的地下水来源于上游地下水的侧向径流补给，地下水年龄偏老；在垂向上，随着深度的增大，地下水年龄增大。