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准噶尔盆地平原区地下水水质时空演化研究

李巧  
【摘要】:新疆准噶尔盆地为一较完整的封闭干旱内陆盆地,属于北半球中温带大陆性干旱、半干旱气候区。地下水资源是准噶尔盆地生活、生产、生态用水的重要组成部分。近几十年来随着人类活动的增加,加剧了区域地下水质恶化。怎样有效地解决地下水水质变差等环境水文地质问题,合理利用地下水,成为我们工作的关键。因此,深入研究准噶尔盆地地下水水质现状、演化特征、水文地球化学过程对合理开发利用地下水、保护区域和城市地下水环境,保障城市供水安全具有重要的现实意义。同时对其它干旱区内陆盆地及城市合理开发利用地下水资源,保证经济可持续发展具有示范和借鉴意义。 本文以该盆地平原区的乌鲁木齐市、克拉玛依市、昌吉回族自治州(以下简称“昌吉州”)、阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州(以下简称“博州”)、塔城地区等6个地(州、市)及石河子市(新疆维吾尔自治区直辖市)的地下水水质时空变化为研究对象,结合研究区水文地质条件及地下水演化的历史信息资料,综合利用地下水水化学、同位素监测数据,采用水文地球化学反向模拟、地下水质量与污染现状评价、潜水脆弱性评价等方法,对研究区水化学特征、水文地球化学过程、地下水水质时空分布规律及地下水脆弱性进行了系统的研究。主要的研究成果及创新点如下: (1)从盆地、三级水资源分区、典型城市(石河子市)和典型剖面(玛纳斯河流域)等层次揭示了准噶尔盆地平原区的地下水化学特征。盆地潜水pH值为7.1~8.9,承压水pH值为6.6~9.0,地下水大部分为弱碱性水。潜水TDS为0.11~6.79g/L,呈东北、西南高,西北、东南部低的规律;承压水TDS为0.13~1.27g/L,呈中部高,东、西部低的规律。潜水化学类型主要为SO4·HCO3-Na·Mg型,承压水水化学类型主要为HCO3·SO4-Na·Ca型。 (2)全面分析了研究区地下水水质在平面(三级水资源区)和垂向(潜水和承压水)上的分布规律。额敏河流域和天山北麓中段水系地下水水质较好,天山北麓东段水系和艾比湖流域次之,额尔齐斯河流域、吉木乃诸小河流域和乌伦古湖流域地下水水质最差;研究区潜水各离子平均含量由南向北逐渐升高,承压水各离子平均含量由西向东逐渐增大,承压水的水化学组份的平均含量低于潜水。 (3)通过玛纳斯河流域典型剖面反向水文地球化学模拟,阐明了研究区地下水形成所受的水文地球化学作用(水解、蒸发浓缩、阳离子交换、溶解沉淀和氧化还原等)。从地层岩性分析、离子比例及反向水文地球化学模拟等角度揭示了研究区典型剖面地下水从上游到下游阳离子交换作用越来越强烈的规律。 (4)深入分析了研究区不同时期(盆地2011年和2003年,典型区2001~2013年,典型区1992年1、4、7和10月)和不同层次(盆地、典型区)地下水水质的变化规律。额尔齐斯河流域、博州的艾比湖流域地下水水质明显变差,而乌伦古湖流域、昌吉州的天山北麓中段水系地下水水质有变好的趋势;阿勒泰地区和克拉玛依市的Ⅳ和Ⅴ类地下水合计面积所占比例高于全盆地平均水平(45.3%),博州、昌吉州和塔城地区地下水以Ⅲ类为主,乌鲁木齐市和石河子市水质较好,以Ⅱ类地下水为主;研究区潜水各离子平均含量由南向北逐渐升高;承压水各离子平均含量由西向东逐渐增大,承压水的水质优于潜水。 (5)首次提出了适宜内陆干旱区盆地尺度潜水脆弱性评价的VDEAL模型,并运用该模型对准噶尔盆地潜水脆弱性进行了评价,评价结果为:研究区潜水极高脆弱性区在阿勒泰地区、博州、昌吉州,石河子市和塔城地区有小面积分布,奎屯市和石河子市大部分面积为高脆弱性区,克拉玛依市、阿勒泰地区和博州大部分地区为中等脆弱性区,其余地区为低脆弱性地区。


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