格爾木河流域地下水化學演化規(guī)律和水循環(huán)模式.pdf

1、目前,對于格爾木地區(qū)地下水資源評價方面的研究較為深入,然而將地表水與地下水作為一個系體,從水資源的形成區(qū)到消亡區(qū)形成一個有機的整體,深入的研究其水化學形成作用與演化規(guī)律,以及水循環(huán)模式等方面還較為薄弱。本文以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo),以河流與地下水的關(guān)系演化為主線,以典型剖面地下水循環(huán)為抓手,采用原位試驗、水化學、環(huán)境同位素和地下水流數(shù)值模擬等多種方法,對格爾木河流域水資源形成區(qū)、徑流區(qū)和消耗區(qū)進行定量解析,旨在較為全面的揭示格爾木河流域水

2、化學演化規(guī)律,提出較為系統(tǒng)化、定量化、對區(qū)域的地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有指導(dǎo)意義的水循環(huán)模式。研究主要獲得以下方面的認識和成果:
　　(1)格爾木河地表水體礦化度隨著地貌單元從高山區(qū)(372.98mg/l)流經(jīng)山前沖洪積扇區(qū)(440.75mg/l)及溢出帶(572.54mg/l)向細土平原區(qū)(1,663.92mg/l)逐漸增高。水化學類型經(jīng)歷了 HCO3-Ca→HCO3-Ca-Mg→HCO3-Cl-Na-Ca-Mg→Cl-SO4

3、-Na-Mg→Cl-Na-Mg→Cl-Na的轉(zhuǎn)化,在高山區(qū)和山前沖洪積扇區(qū)主要發(fā)生巖石風化作用,以水巖反應(yīng)為主。在溢出帶伴隨著巖石風化的同時,也發(fā)生著離子交換作用;而在細土平原,主要以蒸發(fā)濃縮作用為主。地表水水化學形成的影響因素主要有:水文地質(zhì)條件、巖石風化、蒸發(fā)與土壤鹽的析出、離子交換以及風力因素。
　　(2)格爾木河流域潛水從山前沖洪積扇到細土平原均有分布,由于水文地質(zhì)條件的差異,也具有不同的分布特征。潛水的礦化度的隨著地貌單

4、元從山前沖洪積扇向細土平原逐漸增高。水化學類型從山前沖洪積扇的HCO3-Cl-Na-Mg型到溢出帶的Cl-Na型,部分地區(qū)為Cl-SO4-Na型水,細土平原以HCO3-Cl-Na型水為主。在山前沖洪積扇區(qū)主要發(fā)生溶濾作用,菱鎂石、方解石、白云石均達到未飽和,水動力條件較好,礦化作用較弱;在溢出帶,菱鎂石、方解石、白云石等礦物均以達到飽和析出,但石膏在此區(qū)仍處于未飽和狀態(tài),在此區(qū)發(fā)生著陽離子交替吸附作用,又由于潛水在該區(qū)直接出露于地表,強

5、烈的蒸發(fā)也導(dǎo)致蒸發(fā)濃縮作用的發(fā)生;在細土平原,由于地下水水位又有所下降,蒸發(fā)濃縮作用有所緩解,但由于潛水在此區(qū)埋深小于極限蒸發(fā)深度,仍然會受到蒸發(fā)的影響,水動力條件較差,礦化作用、鹽化作用明顯?？傮w而言,格爾木河地下潛水主要以碳酸巖與硅酸巖的風化為主,蒸發(fā)的影響從溢出帶開始逐漸顯現(xiàn),且溢出帶最強。承壓水的水化學類型較為單一,基本以HCO3-Cl-Na-Mg(Ca)型水為主,菱鎂石、方解石、白云石、石膏均為達到飽和,水體礦化度較低,主要以

6、水巖作用為主,水質(zhì)較好。
　　(3)從水化學特征可以定性認為,山前沖洪積扇為全區(qū)的補給徑流區(qū),從溢出帶開始至細土平原區(qū)為全區(qū)的地下水排泄區(qū),河水與潛水水力聯(lián)系較為緊密,承壓水與河水、潛水水力聯(lián)系較差。另外,通過對離子來源分析可得,Na+主要來自蒸發(fā)巖(巖鹽和芒硝)的溶解或者硅酸巖(鈉長石)的風化;Ca2+和 Mg2+主要來自碳酸巖(方解石,白云石和菱鎂石)的風化,硅酸巖(鈉長石,鈣長石)的風化或者巖鹽(石膏)的溶解;HCO3-主要

7、來自碳酸巖(方解石,白云石和菱鎂石)的風化,SO42-主要來自蒸發(fā)巖(芒硝)的溶解而Cl-主要來自蒸發(fā)巖的溶解(巖鹽)。
　　(4)同位素研究表明,山前沖洪積扇區(qū)的河水約有60％滲入地下,至達布遜湖口,約有35%的河水以蒸發(fā)的方式消散于大氣中。山前沖洪積扇潛水主要來自于其上覆河水的滲漏,其年齡小于30年,更新速率約為6%,更新能力較強。細土平原區(qū)的100米以潛的承壓水主要來自山前沖洪積扇,200~400m深度承壓水主要來自納赤臺附

8、近,年齡在20,000年左右,更新速率0.3~6%,而400m以下的承壓水多來自于昆侖山海拔高于納赤臺地區(qū),年齡在40,000年左右,更新能力小于0.3%,更新較弱。
　　(5)通過建立剖面二維地下水流數(shù)值模型,將地下水流劃分為淺部、中部和深部循環(huán)帶。其中淺部循環(huán)帶發(fā)育兩個局部循環(huán),位于山前沖洪積扇區(qū)的局部循環(huán)徑流速度較強(>1m/d),而位于細土平原的局部循環(huán)徑流速度較弱(<0.05m/d);中部循環(huán)帶徑流速度中等(0.05~1

9、m/d),而深部循環(huán)帶徑流速度較弱(<0.05m/d),淺部、中部和深部循環(huán)帶對應(yīng)的水資源所占全區(qū)總水資源的比例為55%、29%、16%。根據(jù)水頭、徑流速度,結(jié)合水化學特征,同位素計算可以判定中高山區(qū)為全區(qū)的水資源形成區(qū),山前沖洪積扇區(qū)為補給徑流區(qū),溢出帶和細土平原為徑流排泄區(qū),結(jié)合水質(zhì)、水量、更新能力綜合考慮,提出優(yōu)先開采淺部循環(huán)帶的水資源(即山前沖洪積扇潛水),有節(jié)制開采中部循環(huán)帶水資源(即細土平原淺層承壓水),保護深部循環(huán)帶水資源