內(nèi)蒙古河套灌區(qū)上中下游地下水時(shí)空演變特征

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)上中下游地下水時(shí)空演變特征

李斌，石濱海，張建國(guó)，在節(jié)水改造前后，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地下水化學(xué)特征[j]。農(nóng)業(yè)工程報(bào)告，2014年，30（21）：99-110。LiBin,ShiHaibin,ZhangJianguo,etal.Hydrochemicalcharacteristicsofgroundwaterbeforeandafterwater-savingreforminHetaoIrrigationDistrict,InnerMongolia[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(21):99-110.(inChinesewithEnglishabstract)0節(jié)水改造對(duì)農(nóng)田水環(huán)境的影響中國(guó)大型灌區(qū)普遍存在灌區(qū)可利用水量減少(以中國(guó)最大的內(nèi)陸河塔里木河為例,根據(jù)恰拉水文站觀測(cè)資料顯示,年平均徑流量從20世紀(jì)60年代的12~16億m3減少到2005年的1~3億m3),有效灌溉面積比率低,土壤鹽漬化嚴(yán)重(北方),工程老化失修和灌溉水利用效率較低等問(wèn)題。自1998年以來(lái),國(guó)家啟動(dòng)了大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程,在改善灌區(qū)灌溉條件,提高灌區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力與灌溉水利用效率的同時(shí),灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田水文循環(huán)規(guī)律也隨之被改變。對(duì)于北方灌區(qū),渠道襯砌、井區(qū)結(jié)合和田間節(jié)水技術(shù)的改進(jìn)打破了原有的農(nóng)田水鹽動(dòng)態(tài)平衡,使區(qū)域農(nóng)田水環(huán)境發(fā)生相應(yīng)變化。灌區(qū)水鹽環(huán)境顯著變化對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的影響成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞節(jié)水改造對(duì)灌區(qū)環(huán)境效應(yīng)開展了廣泛的研究。杜麗娟等分析了灌區(qū)節(jié)水改造對(duì)環(huán)境的影響因素,探討了灌區(qū)節(jié)水改造環(huán)境效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,闡述了近年來(lái)廣泛應(yīng)用的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)方法;代鋒剛等結(jié)合灌區(qū)渠系襯砌、田間節(jié)水及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況設(shè)置8種情景,分析了灌區(qū)節(jié)水改造對(duì)地下水空間分布的影響;陳亞新等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificialneuralnetwork)模型對(duì)河套灌區(qū)節(jié)水改造后農(nóng)田土壤水鹽變化進(jìn)行了系統(tǒng)預(yù)測(cè)。澳大利亞灌排委員會(huì)從環(huán)境、社會(huì)、水管理等方面對(duì)灌區(qū)節(jié)水改造狀況進(jìn)行了研究,并分析了各方面之間的相互影響因素。Dougherty等將灌溉工程可能造成的環(huán)境問(wèn)題分為灌溉土地退化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況降低、水質(zhì)惡化、生態(tài)退化以及地下水減少5大類。ManoliadisOG等對(duì)灌溉工程可能對(duì)環(huán)境的影響因子分為自然、生物、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)4個(gè)方面。上述研究主要集中于影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法的研究,而從地下水水化學(xué)微觀角度定量論述節(jié)水改造對(duì)灌區(qū)農(nóng)田水環(huán)境的影響鮮有報(bào)道。地下水水化學(xué)研究是地下水資源與農(nóng)田水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容,它對(duì)流域地下水資源利用和管理及與其有關(guān)的生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與建設(shè)都具有重要的意義。地下水化學(xué)特征的研究是水化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一,地下水化學(xué)成分特征與地質(zhì)、地貌、水文地質(zhì)條件密切相關(guān),即地下水中各元素的含量及遷移規(guī)律決定于當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩?、巖性條件、地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件等因素。當(dāng)前,學(xué)者們主要采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、Piper或Durov圖、離子比例系數(shù)、礦物飽和指數(shù)、同位素示蹤及水文地球化學(xué)模擬等技術(shù)方法對(duì)地下水化學(xué)特征、水化學(xué)成分的形成及演化等進(jìn)行研究[18,19,20,21,22,23,24]。本文以地處北方干旱寒冷地區(qū)的內(nèi)蒙古河套灌區(qū)為研究對(duì)象,從地下水水化學(xué)的角度探討節(jié)水改造給灌區(qū)農(nóng)田水環(huán)境帶來(lái)的影響。為灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃實(shí)施對(duì)農(nóng)田環(huán)境的影響進(jìn)行合理評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù),促進(jìn)和推動(dòng)灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)科學(xué)高效穩(wěn)步發(fā)展。1材料和方法1.1農(nóng)田灌草護(hù)坡的自然條件內(nèi)蒙古河套灌區(qū)位于中國(guó)的西部,40°12′~41°20′N,106°10′~109°30′E。灌區(qū)地處黃河的河套平原,北抵陰山山脈的狼山、烏拉山,南至黃河,東與包頭市為鄰,西與烏蘭布和沙漠相接。灌區(qū)總土地面積1120000hm2。灌區(qū)地處干旱、半荒漠草原地帶,冬季嚴(yán)寒少雪,夏季高溫干熱,降雨稀少、蒸發(fā)量大,無(wú)霜期短,冬季封凍期長(zhǎng),溫差大,為典型的大陸性氣候、季節(jié)性凍土地區(qū)。年均降雨量139~222mm,由西向東逐漸增加,5-9月份降雨量占全年的72.6%。年均蒸發(fā)量1999~2346mm,5-7月蒸發(fā)量最大,占全年50%以上,年均蒸發(fā)是年降水的13.6倍,春季比值可達(dá)36.3倍,年均風(fēng)速為2.5~3.0m/s,土壤凍結(jié)期始于11月下旬,凍深100~200cm,翌年5月中上旬凍層全部融通,凍結(jié)至融通歷時(shí)180d。1.2地下水的自然分布內(nèi)蒙古河套灌區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬于華北地臺(tái)的鄂爾多斯臺(tái)向斜的一部分,為一形成于侏羅紀(jì)晚期的中新生代斷陷盆地,新生代地層廣布全區(qū)。在構(gòu)造形態(tài)上,呈現(xiàn)北深南淺,西深東淺的不對(duì)稱的箕狀凹陷。由于黃河的形成及其多次改道,又在湖相層上覆蓋了黃河沖積層,在黃河古河道的波及區(qū)和引黃灌溉大量淡水補(bǔ)給作用下,湖積層咸水區(qū)上覆蓋了淡水層。從地形上看,內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是一個(gè)面積大、地面坡降平緩的平原區(qū),地下水的流向與地面坡降基本一致,而且土壤顆粒細(xì),滲透性能差,地下水流速緩慢。黃河從灌區(qū)南緣通過(guò),處于灌區(qū)較高的位置。在灌區(qū)東南,烏拉山隆起帶從西山咀潛入平原地下,向西延伸,成為平原水庫(kù)的一座“擋水壩”,因而平原地下水向外排泄十分困難。河套平原這一地質(zhì)特點(diǎn)從總體上決定了其地下水的排泄方式為垂直蒸發(fā)型。河套灌區(qū)含水層水平方向上的分布規(guī)律為:由于拗陷深度自東向西、由南向北加大,含水層厚度沿此方向增厚,由東部60~80m,向西增至150~240m,由南部隆起區(qū)的20~60m向北增至100~200m,總的規(guī)律由東南向西北變厚。含水層頂板埋藏深度一般小于20m。灌區(qū)潛水補(bǔ)給來(lái)源主要是各級(jí)渠道的滲漏水及田間灌溉入滲,其次是山洪水和降水。1.3觀測(cè)井的布設(shè)本研究設(shè)5個(gè)分布在灌區(qū)的上、中、下游的研究區(qū),詳見圖1。為便于監(jiān)測(cè)和管理,將其歸納為3個(gè)中心區(qū)。磴口縣與杭錦后旗、臨河、烏拉特前旗與烏拉特中旗研究區(qū)分別為上、中、下游中心區(qū)。在上、中與下游區(qū)分別布置16眼、7眼與11眼地下水觀測(cè)井,共計(jì)34眼。觀測(cè)井根據(jù)地形條件,采用井深10m的普通觀測(cè)井。井管下端用直徑7.62cm塑料管封閉,上部用1.5m長(zhǎng)的鋼管加帽,并用混凝土加固,防止丟失。根據(jù)地表植被情況及土壤鹽漬化程度布設(shè)觀測(cè)井。本試驗(yàn)分別在節(jié)水改造前(2007年)、節(jié)水改造后(2008和2009年)每年的4-10月份(為內(nèi)蒙河套灌區(qū)主要作物的全生育期)取樣,取樣每月1次,并在灌溉前后加測(cè)。采樣時(shí)間為8:00,取樣點(diǎn)在水面以下0.5m處,并在72h內(nèi)送達(dá)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有關(guān)水化學(xué)參數(shù)測(cè)試。1.4樣品與測(cè)試方法測(cè)試項(xiàng)目包括主要陰陽(yáng)離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-及pH值和溶解性總固體(totaldissolvedsoils,TDS)。樣品測(cè)試在內(nèi)蒙古巴彥淖爾盟水利科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行,其中Na+、K+測(cè)試方法為火焰原子吸收分光光度法;Cl-、SO42-測(cè)試方法為離子色譜法;Ca2+、Mg2+測(cè)試方法為乙二胺四乙酸二鈉(ethylenediaminetetraaceticacid,EDTA)滴定法;HCO3-、CO32-測(cè)試方法為酸堿滴定法;pH值測(cè)試方法為電位法;溶解性總固體利用各測(cè)試項(xiàng)目質(zhì)量濃度的總和確定。1.5地下水水化學(xué)參數(shù)值將2007、2008和2009年4-10月的各項(xiàng)地下水水化學(xué)數(shù)據(jù)取月平均值,作為每個(gè)井位的地下水水化學(xué)參數(shù)值。利用AquaChem4.0軟件中的Piper模塊繪制皮伯三線圖。用CAD繪制H.И.托爾斯基漢方格圖和多矩形圖(multi-rectangulardiagrams,MRD)。2結(jié)果與分析2.1節(jié)水改造前后hco3-含量的相對(duì)穩(wěn)定性對(duì)分布于河套灌區(qū)上中下游共34個(gè)潛水水樣有關(guān)水化學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征值分析。分析結(jié)果表明(表1):連續(xù)3a的統(tǒng)計(jì)特征值都顯示,Ca2+、Mg2+、HCO3-的變異系數(shù)相對(duì)較小,反映它們?cè)跐撍泻康南鄬?duì)穩(wěn)定性,其中在節(jié)水改造前(2007年)HCO3-的平均質(zhì)量濃度(492.1mg/L)在陰離子中最小,而在節(jié)水改造后2008年(508.9mg/L)和2009年(549.8mg/L)在陰離子中最大。在3a中HCO3-的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)始終保持在陰離子中最小,說(shuō)明在節(jié)水改造后(2008、2009年)HCO3-在潛水中絕對(duì)含量較大,相對(duì)含量差別不大,為潛水的主要陰離子;Na+、Cl-、SO42-的變異系數(shù)較大,反映它們?cè)跐撍械暮繀^(qū)域變異性較大,表明它們是隨環(huán)境因素而變化的敏感因子,是決定潛水鹽化作用的主要變量。2.2堿度對(duì)hco3-及ca2+的影響相關(guān)性分析可揭示地下水化學(xué)參數(shù)的相似相異性及來(lái)源的一致性和差異性。相關(guān)性的強(qiáng)弱用Pearson相關(guān)系數(shù)表示。計(jì)算結(jié)果表明,2007年(節(jié)水改造前)、2008和2009年全灌區(qū)地下水水樣中Na+、Cl-與TDS相關(guān)系數(shù)最高,Na+、Cl-和TDS的總回歸方程分別為:式中:y為溶解性總固體質(zhì)量濃度,mg/L;x1為氯離子質(zhì)量濃度,mg/L;x2為鈉離子質(zhì)量濃度,mg/L。而Ca2+與HCO3-呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,同時(shí)Mg2+與HCO3-之間及Na+與Ca2+、Mg2+的相關(guān)性較差。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是,河套灌區(qū)是一個(gè)面積大、地面坡降平緩、土壤顆粒細(xì)的平原地區(qū),地勢(shì)總體西高東低,南高北低。地下水的流向與地面坡降基本一致,流路長(zhǎng),坡降緩,水流速度極低,水交換緩慢,有利于Na+充分交換和聚集。這時(shí)陽(yáng)離子交換起主要作用,水中的Na+與土壤中的Ca2+、Mg2+進(jìn)行離子交換,導(dǎo)致Na+在土壤中的大量積累。隨著堿度升高,促進(jìn)白云石CaMg(CO3)2的生成,發(fā)生沉淀。由于Ca2+被除去,[Mg2+]/[Ca2+]的比率升高,當(dāng)其達(dá)到6以上時(shí),碳酸鈣就會(huì)轉(zhuǎn)化成白云石。當(dāng)缺少過(guò)量的堿度時(shí),就會(huì)發(fā)生白云石化作用,鈣被釋放出來(lái),并以石膏的形式沉淀下來(lái)。2.3na/cl系數(shù)在地下水的化學(xué)成分中,各種組分之間的含量比例系數(shù)常用來(lái)研究某些水文地球化學(xué)問(wèn)題,因?yàn)椴煌梢蚧虿煌瑮l件形成的地下水,比例系數(shù)在數(shù)值上有較明顯的差異,因此可以利用這類系數(shù)判斷地下水成因。γNa/γCl系數(shù)稱為地下水的成因系數(shù),是表征地下水中鈉離子富集程度的一個(gè)水文地球化學(xué)參數(shù)。低礦化度水具有較高的γNa/γCl系數(shù)(γNa/γCl>0.85),高礦化度水具有較低的γNa/γCl系數(shù)(γNa/γCl<0.85)。由圖2可知,3a全灌區(qū)潛水水樣分析點(diǎn)幾乎都位于直線1∶1以上,說(shuō)明Na+濃度基本上均大于Cl-濃度,即γNa/γCl系數(shù)大于1,地下水在徑流過(guò)程中不斷通過(guò)水解和酸作用使巖石礦物風(fēng)化溶解,使Na+從長(zhǎng)石中釋放出來(lái),同時(shí)水中Ca2+和土壤中Na+發(fā)生交換,從而使Na+濃度大于Cl-濃度。由圖3可知,3a全灌區(qū)地下水大約在TDS<2200mg/L區(qū)域范圍內(nèi),γNa/γCl系數(shù)總體上隨著TDS的增加呈上升的趨勢(shì),說(shuō)明在礦化度<2200mg/L水體中,隨著地下水流程和滯留時(shí)間的增加,來(lái)自礦物風(fēng)化溶解的Na+濃度逐漸增加,當(dāng)?shù)叵滤甌DS>2200mg/L時(shí),γNa/γCl系數(shù)基本上隨著TDS的增加呈下降的趨勢(shì),說(shuō)明當(dāng)?shù)叵滤械腡DS達(dá)到一定時(shí),Na+開始與含水層中黏土礦物吸附的Ca2+、Mg2+進(jìn)行離子交換,導(dǎo)致地下水中的Na+濃度減小,相反Cl-增加,水中HCO3-及SO42-相應(yīng)發(fā)生沉淀,使Cl-富集,即導(dǎo)致γNa/γCl系數(shù)下降。由圖4可知,3a全灌區(qū)地下水水樣分析點(diǎn)大部分位于直線1∶1的下方,正是由于Ca2+、Mg2+生成碳酸鹽產(chǎn)生沉淀,從而使[Ca2++Mg2+]濃度降低的原因。2.4在節(jié)水改造前后分析地下水化學(xué)的結(jié)構(gòu)2.4.1全農(nóng)田地下水的離子分布特征H.И.托爾斯基漢方格圖解法由蘇聯(lián)著名水文地質(zhì)學(xué)家托爾斯基漢(Tolstikhin)于二戰(zhàn)后提出,用于地下水化學(xué)分類。在托爾斯基漢方格圖中,橫坐標(biāo)為陽(yáng)離子含量(毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)),縱坐標(biāo)為陰離子含量。Ca2++Mg2+的量自左向右增加,同時(shí),Na++K+的量在減少;陰離子HCO3-的含量自下向上增加,同時(shí)Cl-+SO42-的量逐漸減少。用一點(diǎn)的位置表示水的化學(xué)成分計(jì)算出水樣陽(yáng)離子(Na++K+)的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù),用個(gè)位數(shù)n1表示,n1為1~10的數(shù)表示毫克當(dāng)量為10%~100%。再計(jì)算強(qiáng)酸(Cl-+SO42-+NO3-等)的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù),用10位數(shù)n2表示。(n1+n2)值對(duì)應(yīng)方格圖中的一點(diǎn),并在方格圖上繪出其位置,從而可以看出該灌區(qū)地下水離子分布特征。對(duì)全灌區(qū)地下水水樣進(jìn)行化學(xué)分析后,運(yùn)用H.И.托爾斯基漢方格圖解法分析,由圖5可知,2007(節(jié)水改造前)、2008和2009年全灌區(qū)大部分地下水水樣的(n1+n2)值大于50,占全灌區(qū)約97%,據(jù)此可初步判斷全灌區(qū)地下水大部分屬于氯化物及硫化物的鈉、鈣和鎂鹽,Cl-+SO42+>50%;并且,2008和2009年整體的代碼值相比于2007年(節(jié)水改造前)有減小的趨勢(shì),圖中點(diǎn)位上移,即全灌區(qū)HCO3-的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)有所增加。從圖5中還可看出,與2007年(節(jié)水改造前)比較,2008和2009年的整體點(diǎn)位有向右移動(dòng)的趨勢(shì),即Na+有減少的趨勢(shì)。2.4.2地下水水化學(xué)類型與組成變化三線圖首先是由Pipre在1944年提出來(lái)的,故又稱Piper三線圖。在圖中各以3組主要的陽(yáng)離子(Ca2+,Mg2+Na++K+)和陰離子(Cl-,SO42-,HCO3-+CO3-)的每升毫克當(dāng)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。每圖包括3個(gè)部分,在左下方和右下方分別為2張等腰三角形域,中間上方夾著一張菱形域,每域的邊長(zhǎng)均按100等分讀數(shù)。在左下方的等腰三角形域,3個(gè)主要陽(yáng)離子反應(yīng)值的百分?jǐn)?shù)按三線座標(biāo)用一個(gè)單點(diǎn)表示。在右下方的等腰三角形域,陰離子亦用同樣方法表示。這樣,圖上所作的二單點(diǎn)表示了地下水中某些溶解物質(zhì)的相對(duì)濃度。然后通過(guò)這二個(gè)單點(diǎn)平行三角形外邊作射線,于菱形域內(nèi)相交一點(diǎn)。這一點(diǎn)通常可以說(shuō)明地下水總的化學(xué)性質(zhì)并用陰陽(yáng)離子對(duì)表示地下水的相對(duì)成分。因此,三線圖表示地下水性質(zhì),用的是化學(xué)成分的相對(duì)濃度而不是絕對(duì)濃度,在三線圖上把數(shù)據(jù)點(diǎn)到菱形域的一定位置以后就可進(jìn)行解釋。利用AquaChem4.0軟件中的Piper模塊繪出上中下游地下水水化學(xué)類型圖,分析全灌區(qū)地下水水化學(xué)特征與演變規(guī)律,揭示控制地下水質(zhì)量演變的主要水化學(xué)過(guò)程。從圖6中可以看出:沿地下水流方向(灌區(qū)上游→灌區(qū)中游→灌區(qū)下游),全灌區(qū)地下水水化學(xué)類型變化極為復(fù)雜:2007年(節(jié)水改造前)主要從Na-Ca-Mg-ClSO4-HCO3型、Na-Mg-Cl-SO4-HCO3型和Na-Mg-CaHCO3-SO4-Cl型向Na-Cl-SO4型、Na-SO4-HCO3型和Na-Mg-Cl-HCO3轉(zhuǎn)變。2008年主要從Ca-Na-Mg-HCO3-SO4-Cl型、Na-Mg-Ca-HCO3-SO4-Cl型和Na-Mg-Cl-HCO3-SO4型向Na-Cl-HCO3-SO4型、Na-HCO3-Cl-SO4型和Na-Ca-HCO3-SO4-Cl型轉(zhuǎn)變。2009年主要從Na-Ca-Cl-SO4-HCO3型、Na-Mg-Ca-HCO3-SO4-Cl型和Na-Mg-Ca-Cl-HCO3-SO4型向Na-HCO3-Cl-SO4型、Na-Cl-SO4型和Na-Ca-Mg-Cl-SO4-HCO3型轉(zhuǎn)變。3a地下水水化學(xué)類型的轉(zhuǎn)變有一個(gè)共同點(diǎn):沿著地下水水流的方向(灌區(qū)上游→灌區(qū)中游→灌區(qū)下游)Na+占主導(dǎo)地位的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,陽(yáng)離子由上游的Na-Ca-Mg轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠螁为?dú)的Na+,這是由于沿灌區(qū)上游→灌區(qū)中游→灌區(qū)下游方向,地下水不斷與外界環(huán)境進(jìn)行各種物理化學(xué)作用,蒸發(fā)濃縮起主要作用,隨著pH值和TDS含量的逐漸增加,當(dāng)pH值>7.4和TDS>600mg/L時(shí),產(chǎn)生碳酸鹽的沉淀,致使水中Ca2+、Mg2+濃度降低,從而使Na+在下游占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2007(節(jié)水改造前)年與2008、2009年的區(qū)別在于:無(wú)論灌區(qū)上游還是下游,在地下水化學(xué)類型上,2008和2009年HCO3-在陰離子占主導(dǎo)地位的化學(xué)類型多于2007年的。2.4.3地下水化學(xué)類型的劃分和標(biāo)注為了更為明晰地反映全灌區(qū)地下水化學(xué)類型及其分布和隨年份的變化,弄清每個(gè)井位地下水中百分?jǐn)?shù)最高的陰離子和陽(yáng)離子含量的信息,采用巴基斯坦核科學(xué)與技術(shù)研究院鐳與同位素應(yīng)用研究所NiazAhmad等于2003年提出的多矩形圖解法(multi-rectangulardiagram,MRD)來(lái)進(jìn)行分析。在圖中,將相臨的陽(yáng)離子與陰離子成對(duì)標(biāo)注在坐標(biāo)軸上。同樣,橫坐標(biāo)為陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+),縱坐標(biāo)為陰離子(HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-)?？v、橫坐標(biāo)進(jìn)一步劃分為3個(gè)相臨、但不重疊的小坐標(biāo),每個(gè)小坐標(biāo)分別代表陽(yáng)離子和陰離子含量。由于Na+和K+、HCO3-和CO32-的化學(xué)性質(zhì)相近,故將其合并,即將Na++K+和HCO3-+CO32-分別視為一個(gè)組分,在地下水化學(xué)類型中分別以Na和HCO3表示。在綜合的MRD圖中包含有9個(gè)小的矩形,它們分別代表HCO3—Ca、HCO3—Mg、HCO3—Na、SO4—Ca、SO4—Mg、SO4—Na、Cl—Ca、Cl—Mg、Cl—Na型水。在標(biāo)注時(shí),濃度值用陰、陽(yáng)離子各自的毫克當(dāng)量/升(mEq/L)的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。在標(biāo)注時(shí),分別選出每個(gè)水樣中百分?jǐn)?shù)最高的陰離子和陽(yáng)離子,并將其標(biāo)注在相應(yīng)的小矩形坐標(biāo)中。這樣標(biāo)注出的多矩形圖反映出的是水樣中最高百分?jǐn)?shù)的陰離子和陽(yáng)離子情況,用同樣的方法可以另作次高百分?jǐn)?shù)離子的MRD圖和最低百分?jǐn)?shù)離子的MRD圖。圖7表明,整個(gè)灌區(qū)地下水的主要化學(xué)類型為HCO3-Na型、SO4-Na型和Cl-Na型,Cl-Na型水和SO4-Na型水主要分布在灌區(qū)的上游和下游。在節(jié)水改造前(2007年),Cl-Na型水在整個(gè)灌區(qū)占的比重最大(占55.88%),HCO3-Na占23.53%,SO4-Na占14.71%;到2008年Cl-Na型水在整個(gè)灌區(qū)所占比重有所減少(占35.29%),而HCO3-Na型有所增加,占44.12%;在2009年Cl-Na型水在整個(gè)灌區(qū)所占比重進(jìn)一步減少,占20.59%,而HCO3-Na型進(jìn)一步增加,占55.88%。全灌區(qū)Na+濃度大于50%的水樣數(shù)在2007年(節(jié)水改造前)約占水樣總數(shù)的64.71%,到2008年減少到55.88%,在2009年進(jìn)一步減少到41.18%。HCO3-的增加,Cl-和Na+的減少這些變化反映出灌區(qū)地下水向著淡化,對(duì)作物危害減小的方向轉(zhuǎn)變。3節(jié)水改造效果分析3種圖解法中,皮伯三線圖解法應(yīng)用最為廣泛,與H.И.托爾斯基漢方格圖解法相比,皮伯三線圖解法反映的化學(xué)信息更多,分區(qū)更為細(xì)致,它的一大特點(diǎn)是,若將一個(gè)區(qū)域的水樣標(biāo)在圖上,可以分析地下水化學(xué)成分的演變規(guī)律;而MRD法具有容納大量,圖解結(jié)果不但可以清楚地顯示地下水中陰、陽(yáng)離子含量的信息,而且與前2種圖解法相比,提供了更明晰、易懂的水化學(xué)類型的信息。對(duì)于處理復(fù)雜地下水化學(xué)系統(tǒng),MRD的優(yōu)點(diǎn)更為顯著。上述運(yùn)用3種圖解方法對(duì)河套灌區(qū)地下水化學(xué)類型的分析結(jié)果,都支持同樣的一個(gè)結(jié)論:與節(jié)水改造前(2007年)相比,節(jié)水改造后(2008、2009年)地下水的水質(zhì)都有淡化的趨勢(shì)。其原因在于:至2007年末,河套灌區(qū)節(jié)水改造工程基本完成,且引黃水量減少,見表2,使得黃河水帶入灌區(qū)和下滲到地下水鹽分都隨之減少,地下水礦化度趨于穩(wěn)定,但離子成分發(fā)生變化。同時(shí),地下水埋深下降(以中游區(qū)為例:2007年地下水埋深月平均值2.14,2008年為2.37m,2009年為2.28m),這對(duì)于減少蒸發(fā)控制灌區(qū)土壤鹽漬化起到了積極的作用。節(jié)水改造工程的實(shí)施,使灌區(qū)排水系統(tǒng)逐步完善,全灌區(qū)排水量呈逐年增加趨勢(shì),增大了地下水的排鹽量。根據(jù)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)和日本岡山大學(xué)合作項(xiàng)目的主要科研成果:通過(guò)調(diào)查灌區(qū)土壤及各級(jí)灌排渠系水陽(yáng)離子含量變化及室內(nèi)模擬灌溉水淋洗土柱試驗(yàn)得出,灌區(qū)灌溉水經(jīng)過(guò)土壤到排水陽(yáng)離子組成與灌