恰拉水库下游水质监测与分析

恰拉水库下游水质监测与分析

0新疆蒸发作用中国大陆干旱地区降水稀疏，蒸发强烈，地表径流受到季节变化的影响。为了充分利用天然水资源，许多水库已经建成。新疆属于典型的温带大陆性气候,全疆平均年降水量仅为147.4mm,蒸发强烈,平均蒸发强度高达1512.1mm,蒸降比为10,南疆地区可达30~40。新疆由建国初的两座水库(库容2000万m3),增加到现在各类水库564座(以小型水库和平原水库为主),总库容134.7亿m。这些水库为调洪蓄水、农业灌溉、改善区域生态环境和提高人民群众生活水平发挥了重要的作用,有效的缓解了水资源短缺的问题。同时,受平原水库渗漏的影响,水库周边的地下水位上升,导致了土壤次生盐渍化加剧,恶化了周边的生态环境。本文以位于平原区的新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁县境内的恰拉水库为例,依据定点监测的结果,分析研究平原水库对下游地下水位、地下水矿化度和土壤含盐量的影响。1监测方法1.1水库水质、盐碱化剖面位置监测恰拉水库距尉犁县城50km,距库尔勒市120km。地理位置在86°36′~86°57′E,49°59′~40°04′N。恰拉水库于1958年动工兴建,1967年基本建成,以后逐年配套。水库设计水位875.00m,对应水面面积46km2,库容1.38亿m3,库盘面积54.80km2,死水位869.75m,死库容0.08亿m3。于2003年8月开始扩建,2005年底完工,改扩建工程完成后,水库设计库容1.61亿m3,相应水位875.00m,相应水面面积47.80km2,死水位870.20m,死库容950万m3,兴利库容1.52亿m3,按照《SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准》,属大(2)型水库。在恰拉水库大坝下游开展荒地土壤次生盐碱化监测工作,布设监测线1条(地下水水位、水质监测井5眼,分层土壤含盐量监测剖面5个),地下水监测井(土壤水盐监测剖面)分别距大坝50、100、300、500、1000m,编号分别为QL1、QL2、QL3、QL4、QL5。各监测点土壤质地以黏质壤土为主。1.2地下水矿化度和土壤含盐量现场测试结果在2011年7月-2012年11月的非冻结期内,每月监测地下水位埋深、采集地下水水样及监测点剖面土样样品1次,由新疆地矿局第二水文工程地质大队实验室分别测试地下水矿化度(g/L)和土样含盐量(%),共得到55个地下水样品和181个土壤样品测试结果。2结果分析2.1高度统计特征分析恰拉水库建设前,其地下水位埋深在2~3m,目前水库的地下水位埋深在0.25~1.54m(见表1),水库的渗漏水直接造成了下游地下水位埋深的减小。由表1可见,地下水埋深的大小顺序基本为QL5>QL2>QL3>QL4>QL1。距水库最近的QL1点水位埋深基本保持在0.37m左右;QL2、QL3和QL4点与水库距离不断增大,地下水位埋深呈逐渐增大的趋势,并且在同一天的监测中和2011年7月-2012年11月时间段内始终保持这种顺序;QL5点的地下水位埋深受季节变化的影响较大,由野外实地调查,在QL5点附近有一条排水沟(汇集水库的渗漏水),从2011年10月至次年3月,气温逐渐降低,蒸发量减小,排水沟中的水流逐渐减缓直至冻结,由此造成QL5点地下水位持续增高,4月以后,气温开始升高,土表面蒸发量增大,排水沟中的水流开始活跃,造成地下水位开始回落,并保持在1.5m左右。恰拉水库下游地下水位埋深最小值多出现在5-6月,最大值多出现在7-9月。2.2各点之间的矿化度恰拉水库建设前,其地下水矿化度为1.43~13.1g/L,现状地下水矿化度为2.10~80.47g/L(见表2),地下水矿化度明显增高。由表2可见,地下水矿化度的高低顺序为QL4>QL3>QL5>QL2>QL1,并且在2011年7月~2012年11月非冻结时段内的监测中始终保持着这种顺序。各点之间的矿化度差别与各点所处的水文地质条件有关。QL1点、QL2点因距水库距离短(分别为50m、100m),受水库渗漏水(为淡水)的影响较大,地下水径流的结果使得这两点的地下水矿化度降低,但是未影响到QL3点(距大坝300m)。QL3、QL4两点地势低平,地下水水平径流滞缓,地下水中的盐分不能随水排走,在地下水蒸发作用下,地下水中的盐分越积越多,致使形成高矿化度地下水。QL5点距大坝较远,受地下水径流的影响不明显,加上在其附近存在排水沟,排水与地下水的交换频繁,使地下水中的盐分能够随水流的运动而排走(QL5地下水埋深较大,其余各点地下水埋深较小)。2.3点地下水位恰拉水库建设前,其1m土层平均总盐量为0.3%~0.8%,现状1m土层平均总盐量为0.27%~1.80%,含盐量呈增高趋势(见表3)。在5个监测点中,QL5点地下水位深埋较大,其余4个点的埋深较小。土壤中盐分的年内变化,主要取决于蒸发强度、地下水位埋深和地下水中的矿化度,其次是土壤质地。在气候和土壤质地相同的条件下,地下水位埋深愈浅、地下水中的矿化度愈高,土壤积盐速度愈快、积盐强度愈大、土壤含盐量也愈高(如QL4点)。另外,土壤中的积盐量还与地下水径流条件的好坏程度有关(如QL3、QL4点)。由表3可见,各监测点土壤表层0~30cm的积盐明显,这是由于在潜水蒸发的过程中,盐分随水分迁移上升至表土层,水分蒸发后,盐分便积聚在表土层。2.4土壤含盐量与地下水矿化度的关系为进一步探究表层0~30cm土壤含盐量(S)与地下水位埋深(H)、地下水矿化度(TDS)的关系,计算土壤含盐量与地下水位埋深、土壤含盐量与地下水矿化度和地下水位埋深与地下水矿化度之间的相关系数(见表4)。相关方程为:S-H相关方程为:y=0.6164x+1.083R2=0.0292(1)式中:x为地下水位埋深,m;y为表层土壤含盐量,%。S-TDS相关方程为:y=0.0263x+1.0339R2=0.2169(2)式中:x为地下水矿化度,g/L;y为表层土壤含盐量,%。TDS-H相关方程为:y=-0.08306x+23.072R2=0.0002(3)式中:x为地下水位埋深,m;y为地下水矿化度,g/L;R2为拟合优度。从表4中可以看出,表层土壤含盐量与地下水矿化度存在极显著相关性,地下水中的矿化度是土壤中盐分的来源,其值高低影响着土壤中含盐量的大小。根据监测资料分析,恰拉水库下游的地下水位埋深有逐年减小、地下水中的矿化度有逐年升高的趋势,土壤中的含盐量主要分布在表层0~30cm范围内,与地下水中的矿化度高低有着密切的联系,并随土壤深度的增加而逐渐降低。土壤盐分的变化与地下水埋深的动态变化密切相关,土壤因蒸发而积盐的过程发生在地下水位从高到低的回落过程中,水位回落越慢,土壤积盐越多,导致土壤盐渍化的发生。3监测结果的评价(1)平原水库对干旱区的水资源的调蓄起到了非常重要的作用,但对周边的生态环境也产生了很大的影响。在没有防渗措施或防渗措施不良的情况下,水库的渗漏加速了下游土地的盐渍化,从该监测结果可以看到其影响范围至少在1000m以外,扩大了水库下游土地盐渍化的面积。(2)在强烈的蒸发和无排水沟的情况下,水库下游地下水位埋深不断减小,地下水的矿化度不断升高,导致了土