扎龍濕地地表水與淺層地下水的水文化學(xué)

1、第 5 卷 第 2期 2007年 6月 濕 地 科 學(xué) W E T L AND S CI E NC EVo 1 ． 5N o． 2J u n e，2007扎 龍 濕 地 地 表 水 與淺 層 地 下水 的水 文 化 學(xué) 聯(lián) 系研 究 王 磊 ， 章 光新 ( 1 ． 浙江 省水 利廳 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 0 9 ； 2 ．中國科學(xué) 院東北 地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 ， 吉林 長春 1 3 0 0 1 2 )摘要 ： 水 化學(xué)

2、 特征是濕地多界 面間相互作用在水體 中的綜合體現(xiàn) ， 從一個 側(cè)面反 映 了濕 地系統(tǒng)水 文化學(xué) 過程 的 特殊性和復(fù)雜性 。扎龍濕地 是國際重要濕地 ， 不僅在 維持生物 多樣 性方 面發(fā)揮著 重要作 用 ， 而且對 區(qū)域水化 學(xué) 特征 的形成也具有特殊 的影 響。為了揭示濕地 內(nèi)水化學(xué)特征 的形成機(jī)制 ， 研究了扎龍濕地仙鶴湖 區(qū)域地表水 和 地下水水化學(xué)特征 ， 并應(yīng)用水化學(xué)方法 和穩(wěn)定 同位 素 [ 氘 ( D ) 和氧 1

3、8 (0 ) ] 方法 深入分 析了地 表水 、 地下水 水 化學(xué)特征 的形成機(jī) 制 ， 并重 點(diǎn)對兩 者 間的水 文化學(xué) 聯(lián) 系進(jìn)行 了探 討 。結(jié) 果發(fā) 現(xiàn) ， 除 引嫩 干渠 水為低 礦 化度 的 H C O· C 1 一 C a 型水外 ， 濕地湖泊水和河流水均為 中等礦 化度 的 H C O一 N a 型水 ， 濕地地表水 明顯受 蒸發(fā)濃縮 作 用和蘇打土溶濾作用影響； 地下水的 8 D值和 8O值， 都高于大氣降水

4、和河水 ， 而低于湖泊水； 混合 比例計算表 明， 地下水受大氣降水直接補(bǔ)給較弱 ， 湖濱處湖水補(bǔ)給 比例超過 5 0 ％。綜合分析認(rèn)為， 濕地淺層地下水具有顯 著 的二元循環(huán)模式 ， 同時受 區(qū)域地 下水流和局 部地下水流 的控制 。區(qū)域 地下水補(bǔ) 給 占主導(dǎo) 的區(qū)域 ， 地下水 表現(xiàn) 出低礦化度 、 高氘盈余值 ( d ) 的特 征 ， 地下水化學(xué)類 型逐漸 由 H C O一 c a· N a· M g 型轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

5、 H C O一 N a。 c a 型。濕地湖水補(bǔ)給 占主導(dǎo) 的區(qū)域 ， 地 下水特征 表現(xiàn) 出高礦化度 、 低 d 值 的特 征 ， 水化學(xué)類型具有較 大的變異性 。地表 水與地下水的氮、 磷以有機(jī)態(tài)形式為主， 平均占總氮和總磷比例的8 9 ％和9 0 ％， 主要來 自于地表水體的輸入 ， 受 垂 向淋溶作用影 響較小。研 究結(jié)果不僅為濕地水環(huán)境保護(hù)提供 了科 學(xué)依據(jù) ， 而且為深 化濕地 區(qū)域 水文地球 化學(xué) 效應(yīng)研究 指明了方 向。

6、關(guān) 鍵 詞 ： 扎龍濕地 ； 地表水 ； 地下水 ； 水文化學(xué) ； 穩(wěn)定同位素 ； 氮 ； 磷 中圖分類號 ： P 3 4 2 ； X 5 2 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A文章編號 ： 1 6 7 2 — 5 9 4 8 ( 2 0 0 7 ) 0 2 —1 6 6 一 O 8長期或季節(jié)性積水的濕地通常與淺層地下水 的關(guān)系十分密切 ， 兩者間水文聯(lián)系是濕地 物質(zhì)遷移轉(zhuǎn) 化的重要驅(qū)動力 ， 對地下水 的水文過程和水質(zhì)演化 具有重要影響。目前 ，

7、 濕地地表水與地下水之間的 關(guān)系及其影響下的水文地球化學(xué)過程研究 已成為水 文 學(xué)、 環(huán)境科 學(xué)和濕地科學(xué)等相 關(guān)領(lǐng)域 的研究熱 點(diǎn)¨， 為此 ， 第 3 3 屆國際水文地質(zhì)大會將“ 濕地與 地下水流” 列為會議討論 的 9 個專題之一。國外 已經(jīng)開展的濕地地表水與地下水耦合關(guān)系研究， 多集 中于濱海濕地 ． 5J ， 對內(nèi)陸淡水濕地的研究較少， 而 國內(nèi)關(guān)于此問題的研究則剛剛起步 ’。因此 ， 本文 選取 國際重要濕地 ，

8、 應(yīng)用水文化學(xué)方法和同位素技 術(shù) ， 分析了半干旱區(qū)濕地地表水與淺層地下水的水 文化學(xué)特征及其之間的水文化學(xué)聯(lián)系， 揭示 了濕地 湖沼一淺層含水層系統(tǒng)的水文地球化學(xué)效應(yīng) 。1 研究 區(qū)概況 扎龍濕地地處烏裕爾河流域下游 ， 地理坐標(biāo)為 4 6 。 5 2N～4 7 。 3 2N和 1 2 3 。 4 7E一1 2 4 。 3 7E， 總 面積 為 21 0 0k m。烏裕爾河沿岸分布有克東、 克 山、 依 安 、 富裕和林甸 5 個縣(

9、 市 ) ， 它們 的工業(yè)廢水和生 活污水大多直接或間接排入扎龍濕地保護(hù)區(qū)中， 對 濕地的水質(zhì)造成 了很 大的影 響。采樣 區(qū)仙鶴湖位 于扎龍濕地境 內(nèi)， 地貌上處于河流低階地與低河漫 灘 的結(jié)合部 ， 湖泊東側(cè)分布有大面積 的積水沼澤 ，而其西側(cè)則 沼澤分布較少 ( 圖 1 ) 。土壤 以鹽堿土 和沼 澤 化 草 甸 土 為 主 ， 典 型 自然 植 被 為 蘆 葦 ( P h r a g m i t e sa u s t r a l

10、 i s ) 和苔 草 ( C a r e x ) 。水體 主要 收稿 日期 ： 2 0 0 7— 0 4 — 0 4 ； 修訂 日期 ： 2 0 0 7— 0 5— 2 3基金項 目： 中國科學(xué)院院長獎學(xué)金項 目( C 0 8 A 3 ) 資助。作者簡介： 王 磊( 1 9 8 2 一) ， 男， 浙江省永康人， 從事水資源水環(huán)境管理工作。E — m a i l ： w a n g l e i 2 9 9 7 @1 6 3 ． t o

11、 m通訊作者 ： 章光新 ， 研究員。 E — m a i l ： z h g x @n e i g a e ． a c ． c n維普資訊 http://www.cqvip.com 濕 地 科 學(xué) 5 卷高于 C l 一 的量濃度 ， 兩者之比大于 1 ， 且體現(xiàn)出隨礦 化度升高而升高的趨勢 ， 說明鋁硅酸鹽礦物的化學(xué) 風(fēng)化作用是地表水化學(xué)組分的重要來源 ； 而受附近 居 民點(diǎn)排污的影響， 引嫩干渠水中 C 1 一 的量濃度高

12、 于 N a。將本研究 區(qū)地表水水化學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪于吉 布斯圖中( 圖 2 ) ， 可以看出， 湖泊水 、 河流水和引嫩 干渠水具有 明顯 的差異。引嫩干渠水 分布于 圖 2＼ 抽 目一們 。 一 的中部左側(cè) ， 具有 較低 的 c l 一 ／ ( c l 一+H C O ， 一 ) 和 N a／ ( N a+ c a) 值 ( 小于 0 ． 5 ) ， 因此 ， 其離子成 分主要來源于巖石的化學(xué)風(fēng)化過程。湖? 自 水和濕

13、 地河 流水 的 C 1 一 ／ ( C 1 一+ H C O 3 一 ) 遠(yuǎn)小 于 0 ． 5 ， 而 N a／ ( N a+ c a) 卻遠(yuǎn)大于 0 ． 5 ， 兩者在圖中的分 布并不一致 ， 這是由于在濕地地表水緩慢流動過程 中 ， 同時受到了蒸發(fā)濃縮和蘇打土溶濾的影響。圖 2 地 表水 吉布斯圖 F i g ．2Gi b b sp l o t so fs u r f a c ew a t e r3 ． 1 ． 2 氮、 磷營養(yǎng)物

14、質(zhì)組成特征 濕地河 流水 中測得 的總氮 質(zhì)量 濃 度 為 8 ． 0 4m g ／ L ， 總磷為 0 ． 0 0 3m g ／ L ， 銨態(tài)氮 、 硝態(tài)氮 、 磷酸鹽 含量均未檢 出， 亞硝態(tài)氮為 0 ． 9 8 4L ； 湖泊水總 氮質(zhì)量濃度 平均 為 2 ． 4 2m g ／ L ， 總磷 平 均為 0 ． 0 3m g ／ L ， 銨態(tài)氮、 硝態(tài)氮和磷 酸鹽含量均較低 ； 引嫩干 泊 渠水 總 氮質(zhì) 量 濃 度 為 1 0 ．

15、 0 8m g ／ L ， 總磷 為 0 ． 0 2m g ／ L 。地表水中氮 、 磷均主要 以有機(jī)態(tài)存在 。3 ． 2 地下水水化學(xué)特征 3 ． 2 ． 1 主要 離子組成特征 研究區(qū)地下水中 C a ¨、 M g ¨ 、 H C O ， 一 的變化相對 較小 ( 表 1 ) ， 在地下水中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。其中，表 1研究區(qū)地下水水文化學(xué)參數(shù) T a b l e1Hy d r o c h e mi s t r

16、yp a r a me t e r so fg r o u n d wa t e ri ns t u d ya l t ~ a項 目KN aC a 2M g 2C 1 一 H C O 3S O 4T D SN H 4N O 3 一 N O 2 一T NP 0 41 1 P最， J 、 值 0 、 1 42 7 ． 7 34 3 ． 51 3 ． 1 11 4 ． 22 7 8 ． 1 6— 4 0 1 ． 2 20 ． 0 4一一 4

17、． 5 80 ． 0 0 30 ． 0 1 6最大值 1 ． 1 82 3 7 ． 4 18 3 ． 8 44 2 ． 2 7 ‘ 1 3 3 ． 1 27 7 5 ． 9 21 8 ． 2 21 2 0 2 ． 4 80 ． 5 96 ． 33 6 ． 6 41 6 ． 4 50 ． 0 1 60 ． 3 6 3平均值 0 ． 5 31 3 0 ． 5 86 6 ． 5 12 9 ． 9 66 2 ． 2 35 4 0 ． 6 35

18、． 2 78 3 7 ． 1 50 ． 3 50 ． 9 16 ． 8 41 1 ． 5 20 ． 0 0 90 ． 0 9注： 表 1 中除N O 2 一 單位為 L 外， 其余均為 n a g ／ L ； “一 ” 代表低于檢測限。H C O ， 一 是本 區(qū)地 下 水 的主要 陰離 子。K、 N a、C l 一 、 S O一 在地下水 中的含量變化較大 ， 表明它們 受外界環(huán)境 因素變化 的影響較大。N a平均含量 居 陽離子的