地学前缘 ›› 2021, Vol. 28 ›› Issue (2): 426-436.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.29
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吕晓立1,2(), 刘景涛1,*(), 周冰1, 朱亮1, 张玉玺1
收稿日期:
2019-02-14
修回日期:
2020-06-28
出版日期:
2021-03-25
发布日期:
2021-04-04
通讯作者:
刘景涛
作者简介:
吕晓立(1978—),女,硕士,高级工程师,主要从事水土污染调查与修复研究。E-mail: xiaoli_lv1978@163.com
基金资助:
LÜ Xiaoli1,2(), LIU Jingtao1,*(), ZHOU Bing1, ZHU Liang1, ZHANG Yuxi1
Received:
2019-02-14
Revised:
2020-06-28
Online:
2021-03-25
Published:
2021-04-04
Contact:
LIU Jingtao
摘要:
塔城盆地位于新疆维吾尔自治区西北部,干旱少雨,蒸发强烈。但相对于新疆其他盆地,塔城盆地地下水水质相对较好,溶解性总固体和F-含量相对较低。为解译这种差异及盆地内高氟地下水的成因,本文在对盆地地下水样品水化学组分系统分析的基础上,结合多种水文地质调查数据,利用数理统计、离子比及主成分分析等手段,研究高氟水的成因及其分布规律。结果表明:受气候以及地质等因素控制,研究区地下水氟浓度总体较低,高氟水主要分布于扇前洼地及盆地中部的低洼地带;受承压含水层的顶托补给,地下水氟浓度呈现出上高下低的垂向分带特征。研究区地下水径流途径短,水循环快,水岩相互作用时间较短,且山区地下水以深径流形式循环补给平原区深层承压含水层,再顶托补给潜水,避免了强烈的蒸发浓缩作用。山前洪积扇地下水氟富集主要受控于沉积地层中含氟矿物的风化溶解,而岩石风化、蒸发浓缩、阳离子交换、竞争吸附为平原区地下水氟浓度的主要影响因素。
中图分类号:
吕晓立, 刘景涛, 周冰, 朱亮, 张玉玺. 塔城盆地地下水氟分布特征及富集机理[J]. 地学前缘, 2021, 28(2): 426-436.
LÜ Xiaoli, LIU Jingtao, ZHOU Bing, ZHU Liang, ZHANG Yuxi. Distribution characteristics and enrichment mechanism of fluoride in the shallow aquifer of the Tacheng Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2021, 28(2): 426-436.
图1 研究区地下水采样点位置及氟浓度分布图 1—泉;2—潜水取样点;3—承压水取样点;4—<0.2 mg·L-1;5—0.2~<0.5 mg·L-1;6—0.5~<1.0 mg·L-1;7—1.0~<1.5 mg·L-1;8—1.5~2.0 mg·L-1;9—>2.0 mg·L-1(以上为F-质量浓度);10—污水处理厂;11—垃圾填埋场;12—农业污染源;13—洪积扇;14—山区;15—冲洪积平原区;16—水系;17—地下水流向;18—研究区边界。
Fig.1 Distribution of fluoride concentrations in the groundwater of the Tacheng Basin
样品情况及指标参数值类型 | ρ/(mg·L-1) | pH | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
F- | TDS | 总硬度 | | | Cl- | Mg2+ | K++Na+ | Ca2+ | ||||
标准值 | 1 | 1 000 | 450 | 250 | 250 | 50 | 200 | 400 | 6.5~8.5 | |||
潜水 | 山前 (n=25) | 最小值 | ND | 198.0 | 143.6 | 172.8 | 10.92 | 0.35 | 6.16 | 6.16 | 41.72 | 7.12 |
最大值 | 3.10 | 1 116.0 | 552.4 | 471.2 | 511.80 | 114.30 | 36.79 | 205.60 | 176.90 | 8.47 | ||
平均值 | 0.89 | 507.7 | 272.1 | 253.5 | 156.95 | 27.68 | 19.04 | 68.76 | 77.56 | 7.68 | ||
超标率/% | 32 | 8 | 12 | 20 | 0 | 0 | 4 | 0 | 0 | |||
平原区 (n=46) | 最小值 | ND | 161.6 | 120.6 | 78.5 | 14.30 | 0.40 | 4.40 | 6.14 | 41.00 | 6.93 | |
最大值 | 4.70 | 3 881.0 | 1 237.0 | 519.5 | 2 082.00 | 404.41 | 130.10 | 770.80 | 281.10 | 8.21 | ||
平均值 | 0.60 | 793.9 | 401.7 | 275.00 | 305.00 | 48.60 | 31.00 | 109.40 | 109.70 | 7.50 | ||
超标率/% | 4.3 | 21.3 | 29.8 | 40.4 | 2.1 | 8.5 | 14.9 | 0 | 0 | |||
承压水 | 平原区 (n=9) | 最小值 | 0.16 | 228.4 | 165.6 | 158.30 | 34.49 | 1.05 | 9.06 | 9.38 | 45.32 | 7.59 |
最大值 | 0.90 | 1 289.0 | 528.4 | 277.90 | 533.30 | 184.60 | 44.67 | 236.70 | 137.90 | 8.01 | ||
平均值 | 0.39 | 478.5 | 252.7 | 208.50 | 145.98 | 40.90 | 20.04 | 66.20 | 68.11 | 7.81 | ||
超标率/% | 0 | 9 | 9 | 18 | 0 | 0 | 9 | 0 | 0 |
表1 地下水氟浓度及其水化学特征
Table 1 Groundwater fluoride concentrations and hydrochemical characteristics for different geographic locations
样品情况及指标参数值类型 | ρ/(mg·L-1) | pH | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
F- | TDS | 总硬度 | | | Cl- | Mg2+ | K++Na+ | Ca2+ | ||||
标准值 | 1 | 1 000 | 450 | 250 | 250 | 50 | 200 | 400 | 6.5~8.5 | |||
潜水 | 山前 (n=25) | 最小值 | ND | 198.0 | 143.6 | 172.8 | 10.92 | 0.35 | 6.16 | 6.16 | 41.72 | 7.12 |
最大值 | 3.10 | 1 116.0 | 552.4 | 471.2 | 511.80 | 114.30 | 36.79 | 205.60 | 176.90 | 8.47 | ||
平均值 | 0.89 | 507.7 | 272.1 | 253.5 | 156.95 | 27.68 | 19.04 | 68.76 | 77.56 | 7.68 | ||
超标率/% | 32 | 8 | 12 | 20 | 0 | 0 | 4 | 0 | 0 | |||
平原区 (n=46) | 最小值 | ND | 161.6 | 120.6 | 78.5 | 14.30 | 0.40 | 4.40 | 6.14 | 41.00 | 6.93 | |
最大值 | 4.70 | 3 881.0 | 1 237.0 | 519.5 | 2 082.00 | 404.41 | 130.10 | 770.80 | 281.10 | 8.21 | ||
平均值 | 0.60 | 793.9 | 401.7 | 275.00 | 305.00 | 48.60 | 31.00 | 109.40 | 109.70 | 7.50 | ||
超标率/% | 4.3 | 21.3 | 29.8 | 40.4 | 2.1 | 8.5 | 14.9 | 0 | 0 | |||
承压水 | 平原区 (n=9) | 最小值 | 0.16 | 228.4 | 165.6 | 158.30 | 34.49 | 1.05 | 9.06 | 9.38 | 45.32 | 7.59 |
最大值 | 0.90 | 1 289.0 | 528.4 | 277.90 | 533.30 | 184.60 | 44.67 | 236.70 | 137.90 | 8.01 | ||
平均值 | 0.39 | 478.5 | 252.7 | 208.50 | 145.98 | 40.90 | 20.04 | 66.20 | 68.11 | 7.81 | ||
超标率/% | 0 | 9 | 9 | 18 | 0 | 0 | 9 | 0 | 0 |
图7 地下水F-质量浓度与Ca2+(a)、Mg2+(b)、Cl-(c)、 SO 4 2 -(d)质量浓度关系
Fig.7 Correlation of F- and Ca2+ (a), Mg2+ (b), Cl- (c) or SO 4 2 - (d) concentrations in groundwater
水质参数 | 各主成分相关关系 | |||
---|---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | ||
Na+ | 0.945 | 0.233 | 0.076 | |
Cl- | 0.940 | 0.111 | 0.110 | |
| 0.935 | 0.253 | 0.155 | |
TDS | 0.921 | 0.334 | 0.151 | |
浓度 | Mg2+ | 0.845 | 0.395 | 0.176 |
F- | 0.735 | -0.062 | -0.345 | |
Ca2+ | 0.730 | 0.527 | 0.224 | |
| 0.275 | 0.841 | -0.083 | |
偏硅酸 | 0.138 | 0.112 | 0.928 | |
pH | -0.107 | -0.830 | -0.239 | |
特征值 | 6.370 | 1.408 | 0.892 | |
方差贡献率/% | 53.912 | 20.876 | 11.901 | |
累计贡献率/% | 53.912 | 74.788 | 86.689 |
表2 塔城盆地地下水主要离子主成分分析
Table 2 Principal component analysis of the major ions in groundwater of the Tacheng Basin
水质参数 | 各主成分相关关系 | |||
---|---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | ||
Na+ | 0.945 | 0.233 | 0.076 | |
Cl- | 0.940 | 0.111 | 0.110 | |
| 0.935 | 0.253 | 0.155 | |
TDS | 0.921 | 0.334 | 0.151 | |
浓度 | Mg2+ | 0.845 | 0.395 | 0.176 |
F- | 0.735 | -0.062 | -0.345 | |
Ca2+ | 0.730 | 0.527 | 0.224 | |
| 0.275 | 0.841 | -0.083 | |
偏硅酸 | 0.138 | 0.112 | 0.928 | |
pH | -0.107 | -0.830 | -0.239 | |
特征值 | 6.370 | 1.408 | 0.892 | |
方差贡献率/% | 53.912 | 20.876 | 11.901 | |
累计贡献率/% | 53.912 | 74.788 | 86.689 |
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