地下水浅咸深淡成因探讨
地下水分为浅层地下水和深层地下水。如果是深层地下水咸咸由于它的补给水源来自于湖泊，并且它与深层岩石圈接触的紧密，里面含有太多的矿物质等，所以喝起来会感到咸
区内地下水水质复杂，淡水与咸水交替分布，为研究地下水的形成年龄和成因，对三个代表性地点进行了环境同位素的分析（表3.1）。
T1号取样点氚约为40.39TU，大于40，表明50a以内的新近入渗水占优势。说明这一地区的浅层地下水循环交替较快；从图3.2可以看出，δD和δ18O值基本位于大气降水直线上，说明地下水的来源为大气降水。
表3.1 地下水环境同位素检测结果表
图3.2 大气降水线与同位素数据比较
T2号取样点氚约为11.53TU，在5～40之间，则其为50a以内的新近入渗水与大于50a的“古水”有混合作用；T2点的位置也在降水直线上。
T3号取样点氚约为8.31TU，δ13C为-10.65‰，推算其年龄为20390a±380a；T3点的位置也在降水直线上，说明深层地下水的补给来源也为大气降水。
从以上分析可知：区内地下淡水补给源为大气降水，浅层地下水以年龄小于50a的新近入渗水为主，局部有新近入渗水与大于50a的“古水”有混合作用，深层地下水年龄在20000a左右。
一、浅层地下水高矿化机制
在额济纳盆地，浅层地下水水质变化是盆地外域水源补给与盆地内域蒸发消耗之间水盐均衡的结果，概括起来具有如下规律。
1）上述分析表明，在额济纳盆地浅层地下水分布区、额济纳河（又称弱水河）渗漏补给地下水的沿河地带，由于低矿化河水补给地下水的强度相对较大，地下水更新与径流积极，因此分布在该补给带的地下水矿化度较小，特别在额济纳盆地南部沿河地带的浅层地下水矿化度更低，不大于2g/L（参见图6-10）。在远离盆地南部入渗带或河道带，地下水矿化度逐渐增高，特别是在盆地的东部边缘带和北部边缘带，矿化度高达10g/L以上。
图6-27 黑河流域额济纳盆地深层地下水系统补给-排泄的循环水文地质剖面
2）地下水矿化度的变化，还与地下水水位埋深有关。额济纳盆地南部的地下水水位埋深，一般大于5.0 m，尽管砂砾石层透水性好，但是潜水直接蒸发消耗仍然受到埋深的限制。在地下水水位埋深大于5.0 m的地带，矿化度小于1.0 g/L。在老西庙以北地区，地下水水位埋深变小，蒸发浓缩作用增强，矿化度增大，由1.0 g/L增至3.0 g/L。在蒸发作用比较强烈的东、西居延海以北地区，其水化学类型主要是SO4-Cl-Na-Ca型水，矿化度大于3.0 g／L（参见图6-10）。在盆地东南部边缘地带，受来自巴丹吉林沙漠区低矿化地下水补给的影响，该地带地下水矿化度小于1.0 g/L。向盆地中心方向延伸，地下水径流条件渐差，地下水水位埋深变小，蒸发浓缩作用增强，以至地下水矿化度逐渐增大，水化学类型也发生变化。
3）从黑河流域水循环系统物质平衡角度考虑，东、西居延海和古日乃以及进素土海子等洼地，是水盐汇集、排泄和堆积区，地下径流在这里基本处于滞流状态，蒸发排泄和浓缩积盐是该带水盐运动的主要方式，形成了Cl-Na型的高矿化度咸水，局部地段矿化度高达313.4 g/L。
4）在额济纳盆地地下水系统的补给带与蒸发排泄带之间，地下水径流条件逐渐变差，地下水水位埋深逐渐变浅，蒸发浓缩作用由弱变强，以至该区带的地下水矿化度和水化学类型介于二者之间，呈现过渡特征。
综上所述，额济纳盆地浅层地下水系统的水化学分布规律，是典型的干旱区水循环系统补给、径流、更新和排泄过程中水盐均衡的结果。若外域来水补给地下水的数量远大于潜水蒸发量，则浅层地下水系统水化学特征将趋向淡化方向发展，类似额济纳盆地沿河岸两侧补给带的状况。
二、深层地下水低矿化机制
前面有关章节研究表明，额济纳盆地深层地下水的14C年龄一般在距今5000年以上，矿化度一般小于1.0 g/L，多为HCO3-SO4型水。这些特征，与地下水形成时期的古水文和古环境密切相关。
（一）深层地下水演化的自然环境
1.区域气候背景
敦德祁连山冰芯记录的研究表明，距今5000～3000年，中国的西部处于气温较温暖时期，此后即开始变冷，在距今1000年前后是最寒冷时期。此后虽然进入小冰期，但是总的趋势是逐步升温。12世纪是过去5000年以来最温暖时期，不过在隋唐温暖期，冰芯中记录的是冷期。在近代的15世纪、17世纪、19世纪是冷期，特别是17世纪时最冷，16世纪、18世纪、20世纪则为暖期。
对取自昆仑山古里雅冰帽地区古里雅冰芯的研究结果表明，约在距今1.05万年开始升温，在距今9000～8000年期间发生过降温过程，而在距今7000～6000年期间出现了全新世最暖期，平均温度高于现代1.5℃，年降水量比现今高20%～35%。约在距今5000年，开始激烈降温，至近代气温才又上升。姚檀栋等1996，2000，2003对此冰芯研究表明，在高原地区的相对高气温时期，降雨量也较高，反之则较低。这主要与由季风控制的降水量有关。
李江风等（1990，1991，1992）研究新疆古气候结果表明，在距今1.09万年前后，新疆气候开始变暖，冰雪融化，出现冰川退缩后的堆积物。在全新世早期，年气温比现今高3～4℃，降水量比现今高约200 mm。在距今7500～3000年期间，年均气温进一步升高，比现今高4～6℃，降水量一般在500～700 mm。全新世晚期，气候趋于旱化。
2.盆地水域湿地变化
根据史料记载，在大禹时期，额济纳盆地的居延海是西北最大的湖泊。早期居延海水面曾达到2600 km2，至秦汉时期，其湖面仍有726 km2。
进入20世纪，气候趋于旱化，居延海水域面积不断缩小。在20世纪初，流域开发基本上保持清代开发的基础，黑河下游河道变动频繁。解放后，几乎在所有河道上修建了水库或引水工程，蓄水量不断增加，同时渠系建设也不断发展。1970年起，流域地下水开始大量开发，仅张掖地区，1985年机井达4843眼，到1994年，机井数增加了1倍。水资源大规模地开发利用，造成流域水循环条件发生急剧变化。20世纪80年代开始，中游所有地表河水支流陆续断流，不再汇入黑河干流，各自形成相对独立的灌溉绿洲，使得黑河干流水量锐减，正义峡以下呈季节性过水，过水量由20世纪50年代的11.90×108 m3/a减少至90年代的6.91×108 m3/a。
史料记载，额济纳盆地曾经有6大湖泊，从20世纪80年代末至90年代初相继全部干涸，消失水域面积达24.67×104hm2。1932年西居延海水域面积为190km2，1944年为253km2，1958年恢复到267km2，1960年减少为213km2，1961年秋干涸。1944年东居延海的水域面积为24.5km2，1958年35.5km2。自1962年以来先后干涸5次，1992年彻底干涸。今年人工调节，出现季节性水面。例如2002年7月以来黑河中游实施“全线封闭，集中下泄”，向居延海输水，历时15天，正义峡下泻水量2.43×108m3，进入东居延海水量2350×104m3，最大水域面积恢复到23.66km2，最大水深0.63m。
（二）区域水量均衡条件
刘少玉等（2002）研究表明，当潜水水位埋深小于1.0 m时，地下水蒸发量为631 mm/km2·a。当潜水水位埋深1.0～3.0 m时，地下水蒸发量为132 mm/km2·a。当潜水水位埋深3.0～5.0 m时，地下水蒸发量为25.4 mm/km2·a。研究区面积为7707 km2，年蒸发量为8.85×108 m3。数值模拟研究表明，通过正义峡水文站的径流量达到10.5×108 m3/a，通过狼心山水文站径流量超过7.0×108 m3/a，才能保证额济纳盆地浅层地下水水位不会持续下降。换言之，进入下游区补给水量不少于10.5×108 m3/a，就具备了实现水量平衡的条件。若维持近百平方公里的水域面积，则需要15×108 m3/a以上的补给水量。
根据深层地下水形成时期的气候条件和古水文环境推测，当时来自中、上游区的补给水量是充沛的，不仅满足了补给地下水均衡的需要，而且还维持了数百平方公里的水域面积，对减弱地下水蒸发作用发挥积极作用。
图6-28 黑河流域额济纳盆地地下水循环演化过程示意图
另外一个因素，自额济纳盆地南界至居延海地带，平原地势高差近240 m，海拔高程为1300～890 m。盆地南部以单层结构含水层为主，地层岩性为中更新统的砂砾石、粗砂卵石层，具有强入渗性和导水性（参见图6-6和图6-27），是该盆地深层地下水的主要补给区。在盆地北部赛汉桃来—额济纳旗县城一带，以中粗砂、中细砂为主，局部发育砂砾石层。该带地势比较低洼，一般汇水洼地区的海拔高程不足900 m，在居延海地区目前仍然有自流水流出地表，该区是深层地下水系统的主要垂向排泄区。由此可见，额济纳盆地深层地下水系统空间结构、地势条件和水文地质条件，使其具备了较强的循环与更新功能。
从补给源考虑，额济纳盆地深层地下水的补给水源有：①来自盆地南部强入渗带河水入渗、通过地下径流的侧向补给（图6-27）。这部分水的14C年龄为介于距今8000～5000年之间（图6-26），属于较新古水，是主要补给源。该水源对深层地下水补给的数量多少，取决于现代河水入渗量多少。若河水入渗量大，则深层水侧向补给愈多，更新愈快，矿化度愈低；反之，深层水侧向补给愈少，更新速率愈小，矿化度愈高。②东北部古水缓慢弱补给。这部分比较古老，14C年龄一般在距今10000年以上（图6-26），有的检测结果为距今14000年左右（参见表6-4和表6-5）。
在充足补给水源和有利积极循环更新条件综合作用下，导致深层地下水的矿化度低和水质良好。深层地下水系统的顶板弱透水层、浅层地下水系统和地表水体，对深层地下水而言都起到防止蒸发浓缩、积盐咸化作用（图6-28）。
地下水浅咸深淡成因探讨视频
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