地下水蒸发及盐分运移与聚集模式

4. 6. 1 地下水蒸发特征

根据甘肃第二水文队资料 ( 表 4. 26) ，地下水蒸发强度与地下水位埋深呈幂函数统计关系( 图 4. 28) 。水位埋深小于 0. 5m 时，蒸发强度随埋深增加呈近似直线急剧减小; 水位埋深在 0. 5～1. 5m 时，蒸发强度随埋深增加呈曲线快速衰减; 水位埋深大于 1. 5m 后，蒸发强度随埋深增加呈近似直线缓慢减小; 一般情况地下水蒸发主要发生在水位埋深小于 10m 的地区，主要蒸发段为水位埋深小于 5m 的地段。

表 4. 23 黑河干流区降水与凝结水入渗量计算成果表

①引用甘肃省地矿局第二水文队 1989 年完成的 《黑河下游荒漠平原区环境地质研究》成果。

表 4. 24 黑河干流区渠系水入渗量计算成果表

表 4. 25 黑河干流中游区田间水入渗量计算成果表

表 4. 26 黑河干流区地下水蒸发强度成果表

图 4. 28 地下水蒸发强度与水位埋深关系曲线图

地下水的蒸发具有自调节机制，这是其又一重要特征。当地下水补给量大时，水位上升，蒸发量增大，而加速地下水排泄; 当补给量小时，水位下降，蒸发量减小，而减缓其排泄。地下水蒸发的自调节机制，在潜水极限蒸发深度内对平衡水资源及抑制水位的上升与下降幅度等具有重要作用。

4. 6. 2 地下水蒸发量

黑河干流区地下水蒸发，主要发生在黑河沿岸及额济纳平原的地下水浅埋区。黑河干流平原区地下水蒸发量，在地下水位埋深分区的基础上，采用蒸发面积×蒸发强度计算; 植物蒸腾量，因欠缺植被分布面积资料，本次未予计算。黑河干流平原区地下水蒸发量12. 42×108m3/ a，其中中游区 1. 60×108m3/ a，下游区 10. 82×108m3/ a ( 表 4. 27) 。

4. 6. 3 盐分的运移与聚集模式

4. 6. 3. 1 地下水水化学分带规律

受径流蒸发和溶滤作用的制约，黑河干流地下水水化学类型自补给区至排泄区具有典型的水平分带 ( 图 1. 16、图 1. 17) 和垂直分带规律 ( 图 4. 29、表 1. 7) 。

潜水水化学水平分带规律: 水化学的水平分带均与一定的地貌单元相联系，南盆地的南部山前水位深藏带，受山缘基岩裂隙水侧向补给的影响，存在矿化度大于 1g/L、水化学类型为 Cl－－SO2－4型的微咸水带; 随着远离山体，由于大量低矿化 ( 小于 0. 5g/L) 河渠水的渗入，稀释了侧向补给的基岩裂隙水，并改变了原有的化学组分，形成矿化度小于 1g/L 的 HCO－3型淡水带; 南盆地北部以蒸发浓缩作用为主的潜水分布区，呈现矿化度 1～3g/L 的 SO2－4型的微咸水带，局部洼地和盐池则为矿化度大于 3g/L 的 Cl－型咸水带。北盆地的南部及河流附近为 HCO－3型淡水带，往北向细土带、湖积区则递变为 SO2－4型的微咸水带和 Cl－型咸水带。总体而言，随地下水流程增加水质变差，相同地貌部位对比北盆地水质差于南盆地。

表 4. 27 黑河干流区地下水蒸发量计算成果表

①引自甘肃省地矿局第二水文队，1989，黑河下游荒漠平原区环境地质研究 〔内部资料〕。

地下水水化学垂直分带规律: 水化学垂直分带主要在南、北盆地北部细土平原的潜水与承压水分布区，其上部潜水水质明显差于下部承压水，呈现矿化度大于 1g/L 的 SO2－4型的微咸水，甚至为矿化度大于 3g/L 的 Cl－型咸水; 深部承压水多为矿化度小于 1g/L 的 HCO－3型淡水，且随着深度的增加矿化度在降低。

4. 6. 3. 2 盐渍土的分布与特征

中游平原区: 主要分布在张掖碱滩、临泽小屯、高台宣化—罗城等地。张掖盆地土壤盐渍化面积较小，为 1225km2，且程度较轻，土壤含盐量 0. 2% ～ 0. 92%，盐化类型主要为氯化物型，属轻度盐渍化土壤; 荒漠区盐渍化程度十分严重，土壤含盐量为 1. 58% ～42. 61%，盐分化学类型为硫酸盐型、硫酸盐－氯化物型。

下游平原地区: 主要分布在额济纳、古日乃与东、西居延海等地。额济纳平原，土壤盐渍化面积较大，为 2547km2，且盐化程度很重，由于强烈的蒸发浓缩作用，在湖盆洼地地表聚集大量盐分，形成盐碱地、盐壳乃至结晶盐壳; 古日乃地区，以重盐渍化为主，含盐量达 0. 27% ～10. 41%，最高达 33%，盐 渍 化 总 面积 约 1650km2; 东居延海，湖滨表土层含盐量为 0. 75% ～2. 92%，并呈现自湖滨至湖心渐增的趋势，为轻度盐渍化土壤，在湖底尚未形成盐壳; 西居延海，湖底干涸后形成了厚约 0. 5m 左右的硫酸盐、氯盐为主的结晶盐壳，面积约 253km2，而表土层( 地表以下 0. 10m 以内) 土壤平均含盐量也高达 48% ～56%，地表以下 0. 50m 以内的土壤平均含盐量达 29%～31%，本湖盆的盐渍化是额济纳平原最严重的地区。盆地南部荒漠区为轻盐渍土，含盐量 1. 58%～3. 50%，盐分化学类型以硫酸盐－氯化物型为主; 北部荒漠区为中盐渍土，含盐量为4. 52% ～ 7. 35%，盐分化学类型为硫酸盐型; 河流沿岸细土带的盐渍化程度较湖盆洼地轻，其轻盐渍化和重盐渍土分布面积为 543km2，远离河岸含盐量则有降低的趋势。

黑河干流盐渍化程度和分布变化的总特征是: 在水平方向自中游向下游盐渍化程度和分布范围逐步增大; 在垂向上不论是荒漠区还是绿洲区，含盐量在 0～0. 30cm 内最大，30cm 以下含盐量急剧减小，属典型的蒸发表层积盐型盐渍化土壤 ( 图 4. 30) 。

图 4. 29 临泽 5 号孔水化学垂直分异图

图 4. 30 黑河流域盐渍化含盐量随深度变化曲线

4. 6. 3. 3 水土盐分的运移与聚集规律

水土盐分的运移与聚集，主要受地下水补给、径流、排泄条件的控制，地下水在运移过程中与岩层发生着相互作用，表现为水溶滤地层的易溶盐成分或水因蒸发使盐分在地层中的聚集。

地下水的补给径流区: 低矿化的淡水随地下水的径流而不断溶滤地层盐分，水中盐分含量随地下水径流途径的增加而增高，其增长幅度和增长速度与水的矿化程度和地层盐分含量及其成分等有关，一般地下水的矿化度愈小，地层易溶盐含量愈高，则水中盐分含量的增长幅度愈大且增长速度愈快。

地下水的径流溢出区: 水中盐分随水的溢出而离开含水层，并随地表水的径流而快速由上游向下游迁移; 地下水的径流溢出区也是地下水位的浅埋区，伴随地下水的溢出也将有大量的地下水蒸发消耗，其结果将是盐分在地表土层中聚集，由于地下水的溢出占主导地位，因而径流溢出区的地下水和地表土层的盐分含量并不很高，且多年变化并不明显。

地下水的径流蒸发区: 随水的蒸发消耗，地下水体浓缩而盐分含量急剧增高，成为咸水甚至卤水，并随地下水的蒸发上移将部分盐分带至地表土层中的聚集; 由于地下水再无其他排泄途径，因而径流蒸发区成为盐分的最终聚集地，且随时间的推移水与土层中的盐分不断聚集，水体和土体向盐化的方向发展。

盐分运移与聚集的总规律是: 在水的补给径流区，盐分随水流动而运移，即水走盐移; 在水的蒸发排泄区，盐分随水蒸发而聚集，即水走盐留。水循环的过程，使盐分由水的补给径流区不断向蒸发排泄区运移和聚集，湖盆中心成为盐分的最终聚集地，这是湖盆盐分运移与聚集演化的总规律。

黑河干流水中盐分的运移与聚集也遵循上述规律，表 4. 28 和表 4. 29 给出了南、北盆地以及地表水和地下水中的盐分运移与聚集的演变规律，水中盐分含量总体上随流程由淡水向咸水、卤水演变，盐分由 HCO－3盐向 SO2－4盐、Cl－盐积累; 尾闾区地表水矿化度可高达 2～55g/L，潜水达3～16g/L，而承压水仅 0. 8～2. 7g/L，反映出径流与蒸发的作用，形成了水质在水平与垂向上有规律分异。

4. 6. 3. 4 人类工程活动对盐分运移与聚集的影响

人类工程活动是通过对水的补、径、排条件的改变，而影响盐分的运移与聚集的，一般这种影响常常是比较迟缓而不易觉察的。分析多年水质监测资料，人类工程活动对盐分运移与聚集的影响是有明显的带性特点的。

( 1) 山前戈壁平原区

由于地下水埋藏深度大、径流条件好，加之补给水—河、渠水的水质较好、矿化度较低，故地下水水质的天然背景值较好、矿化度也较低，水质的年际变化基本稳定，矿化度年变幅小于50mg / L，多年变幅小于 100mg / L。

该区的人类工程活动 ( 蓄引河水、开采地下水等) ，对水中盐分运移与聚集的影响甚微，基本能保持天然的水质状态; 这种工程活动主要是通过影响地下水的水位与水量，间接影响下游细土平原区的补给条件，从而引起细土平原区盐分运移与聚集的变化。

( 2) 细土平原区

该区盐分的运移与聚集，受含水层岩性、包气带含盐量、水位埋深和地形地貌等自然条件的控制，也受人类工程活动 ( 农田灌溉、水库蓄水、开采地下水等) 的影响，不同地段和不同季节的变化因条件不同而异。

传统灌溉方式的影响: 在非盐渍化地区，每次较大的灌水使地下水矿化度降低，间灌期因蒸发的原因使地下水矿化度升高; 在盐渍化地区 ( 包气带含盐量较高的地段) ，每年进入第二季度后，气温逐渐回升，蒸发作用增强，土壤盐化，灌溉期包气带盐分随灌溉回归水不断转入地下水，使地下水矿化度增高。灌溉的长期效应是: 在径流强或排水条件好的地区，盐分随水流动而转移并带入下游区，土壤与水中盐分年季变化小，年内呈周期性波动; 在径流弱或排水条件差的地区，盐分则聚留当地，长期积累的结果使土壤和潜水的盐分含量不断增加，向盐化的方向发展。

表 4. 28 黑河干流南、北盆地地下水中盐分运移与聚集规律表

表 4. 29 黑河干流地表水与地下水盐分沿程演变规律表

注: 表中符号表示: H+—HCO－3; S—SO2－4; L—Cl－; C—Ca; M—Mg2+，N—Na+。

节水灌溉方式的影响分析: 滴灌、喷灌等技术的应用可大量节约水资源，但因灌溉水量少，灌溉水不能有效下渗补给地下水，也就不能有效溶滤土壤盐分随地下水径流而迁移; 在干旱半干旱的西北地区，降水稀少、蒸发强烈，滴灌或喷灌水分的蒸发蒸腾，将使水中盐分留置地表土层之中，因土壤长期得不到水的冲洗或淋滤，盐分必然聚集，其结果是土壤的盐渍化。如何在干旱半干旱的西北地区用好节水灌溉的新技术，防范土壤的盐渍化 ( 如节水灌溉与传统灌溉方式交互使用等) ，是需要多学科联合研究的重大课题。

水库蓄水的影响: 水库蓄水期，因库水渗漏使周围地下水位抬升，尽管地下水得以一定程度的淡化，但蒸发作用却造成包气带盐分的聚集; 非蓄水期，蒸发使包气带盐分进一步聚集，也使地下水矿化度增高。平原水库长期运行的结果是，库周较大地域的土壤盐渍化和地下水咸化。

开采地下水的影响: 开采初期土壤中的盐分随回归水进入地下水，开采后期地下水径流增强可使地下水淡化; 整个开采期，水位变动段内的土壤盐分可得到一定的溶滤，且因地下水位下降使蒸发明显减弱。地下水非开采期，盐分在垂向上的运移将取决于水位恢复的高低，高水位区因蒸发而土壤积盐，地下水矿化度降低，低水位区水土盐分变化甚微。地下水开采的长期效应是:因地下水位降低而使蒸发减弱，并在灌溉水等的入渗下有利于土壤脱盐; 开采井是地下水增加的新排泄点，可加速水的径流和循环，有利于水中盐分随水排出地表。

( 3) 南、北盆地的差异

南、北盆地的盐分运移与聚集有很多相同之处，但也有一定的差异。

南盆地的细土平原区，因地下水以泉或沿河泄流的方式大量溢出地表，携带盐分参与地表径流，使中游地区地下水与土壤的盐分含量总体上处于动平衡状态，局部地段 ( 如黑泉、罗城一带)浅层地下水与土壤因水盐平衡失调有盐化趋势; 地表水盐分含量，因地下水溢出量的衰减及河流来水量的减少，多年来呈增长趋势，正义峡地表水矿化度 20 世纪为 60 年 0. 4～0. 6g/L，80 年代增至 0. 82～0. 98g/L，90 年代超过了 1. 0g/L。

北盆地的细土平原区，因地下水仅靠蒸发排泄，必然造成水土盐分的聚集，使浅层地下水与土壤往盐化方向发展。

北盆地南部的戈壁平原及沿河地带与南盆地的戈壁平原有相同的盐分运移规律，但因北盆地承接的正义峡下泄水的盐分含量较南盆地高且有逐渐增高趋势，所以北盆地盐分的聚集量和聚集速度将明显高于南盆地。