新疆伊犁喀什河流域山区河水水化学特征及影响因素

【摘要】：河流是水文循环过程中的关键构成部分,其水化学重要特征,在一定程度上能够反映河流不同水体的迁移转化基本规律和区域环境化学性质以及环境质量整体状况。河流水体的水化学成分组成,记录了流域的岩性、植被覆盖状况、气候的特征、人类活动和土壤主要类型,有助于深入探究流域的环境质量整体状况和岩石风化以及物理地球化学重要特征。近年来,全球变暖的影响,加剧了全球气候变化,全年的积雪覆盖和冰川消融,并改变了河流水化学特性。在全球气候变暖背景下,进一步研究干旱地区的流域水化学具体特征是有重要的意义。喀什河是新疆维吾尔自治区天山西段主要河流伊犁河的第二大支流,是伊犁河上游重要的补给水源,针对新疆伊犁喀什河流域山区的研究工作,工作主要集中在喀什河流域山区降水同位素特征及水汽来源分析。本文以喀什河山区流域水体作为主要的研究对象,利用2019年1月至2020年11月伊犁喀什河流域地表水、地下水样品与土壤样品的水化学测试数据,结合相关资料,分析喀什河流域山区河水水化学的时空变化特征与其影响因素,并对其物质来源进行探讨。本研究的主要结论如下:(1)喀什河流域山区干流地表水、地下水p H均为弱碱性,其不同水体水化学特征差异显著,水体矿化度(TDS)为地下水地表水,流域内地表水和地下水的优势阴阳离子分别为HCO_3~-、Ca~(2+)和HCO_3~-、Na~+,其地表水和地下水水化学类型依次为HCO_3~--Ca~(2+)和HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型、HCO_3~--SO_4~(2-)-Na~+-Ca~(2+)型;地表水变化范围在29.4～558.1 mg·L~(-1),平均值为227.8 mg·L~(-1),为低矿化度河水;其均值(227.8 mg·L~(-1)),它低于世界的半干旱区地表水TDS均值(370 mg·L~(-1)),并且低于干旱区域地表水TDS均值(440mg·L~(-1)),但是,研究区地表水TDS均值比世界上河流的均值(115 mg·L~(-1))高。EC均值为174.9μS·cm~(-1),EC和TDS是呈现正相关,溶解在水中的可溶性盐越多,其矿化度越高,导电性越好,水的电导率值亦越大。地下水TDS变化范围在440.1～1045.3 mg·L~(-1),浓度均值为825.2 mg·L~(-1)。(2)不同主离子的质量浓度随着月度趋势而发生变化,4-5月各离子浓度下降,其4月份的质量浓度较高,其主要的原因是温度的逐渐上升使融雪水汇合进入河流中,富集在雪中的离子补充于河水中富集,各个水化学离子质量浓度含量的时间变化是以径流量增减、雨水侵蚀、地下水补给为特征。SO_4~(2-)离子质量浓度含量高的主要影响原因是,研究区域内地层与河流之间的相互作用。(3)喀什河山区流域干流河水EC和TDS在季节变化上呈现:冬季春季秋季夏季,而随海拔升高呈逐渐下降趋势。且Ca~(2+)、HCO_3~-、Na~+、K~+离子浓度表现为冬天春天秋天夏天,SO_4~(2-)、Cl~-、Mg~(2+)离子浓度表现为冬天秋天春天夏天,而在空间上主要离子浓度总体随海拔升高而降低,主要原因是高海拔流域冰雪融水占比高,河水离子浓度降低。(4)伊犁喀什河春季水化学离子质量浓度均值较夏季高,是由于夏季受降雨、冰雪融水与冰川融水稀释作用影响,稀释了河水主离子浓度,河水溶解性离子含量普遍较低,冬季受地下水混入影响,河水溶解性离子浓度普遍较高,春季受土壤水融解作用影响,此外,春季降水量少,流速降低,在径流过程中,河流水与周围环境的接触时间增加,离子溶解数量更多,河水溶解性离子含量再次升高,秋季河水主要补给源为地下水和降水。春季与夏季喀什河水中的K~+离子质量浓度含量受到的稀释作用较小。(5)伊犁喀什河河水体主要离子受岩石风化作用和阳离子交换作用的影响,其主要的离子来源于,碳酸盐岩与硅酸盐岩的风化和溶解,由Pearson相关系数可知,河水中HCO_3~-与Ca~(2+)的质量浓度含量影响TDS的大小。HCO_3~-、Mg~(2+)、Ca~(2+)与SO_4~(2-)主要来自白云岩等碳酸岩盐的风化溶解,Cl~-离子主要包括来源于蒸发盐矿物的溶解,Na~+和K~+来源于长石类关于硅酸盐岩石的风化和溶解。海拔1792 m处TDS,在海拔1992 m、海拔2277 m处Cl~-、Na~+、SO_4~(2-)浓度较海拔2460 m处,呈上升趋势,但各离子浓度变化小,人类活动对离子组成的影响较弱。土壤溶解所携带的水化学组分对喀什河河水离子组成有一定的影响。