摘要：針對地下水過量開采導致水資源短缺而嚴重遏制了呼和浩特市生態(tài)經濟持續(xù)發(fā)展的現狀，以呼和浩特市平原區(qū)為研究對象，對呼和浩特市淺層地下水進行系統(tǒng)取樣分析，綜合運用描述性分析，相關性分析，折線和餅圖圖示法，全面系統(tǒng)地研究了呼和浩特市淺層地下水水化學特征與礦化度演變規(guī)律。研究結果表明：①呼和浩特市淺層地下水中HCO.32-和Ca2+平均濃度為333525 mg/L和 829704 mg/L，兩值均較大，變異系數較小，反映了它們在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要離子。②地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和鹽酸鹽，地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和鹽酸鹽。地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。③沿地下水水流方向, 主要離子并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢，而是與地下水溫呈現顯著的負相關性。HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，即溫度越低時，離子的濃度反而越高。
關鍵詞：水文化學；淺層水；礦化度；呼和浩特
呼和浩特市位于內蒙古自治區(qū)中東部,河套斷陷盆地最東北部，北有大青山天然屏障，東及東南被蠻漢山環(huán)抱,盆地三面環(huán)山呈簸箕形狀，向西南敞開，地勢東北高，西南低。呼和浩特市地處我國北方內陸干旱半干旱地區(qū)，人均占有水資源量只有412 m3,是全國人均占有量的1/6，為全國嚴重缺水城市之一，水資源問題是該區(qū)域生態(tài)經濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。有關呼和浩特市地下水水化學特征方面的研究，已有少量報道，但主要集中在2000年之前。2000年后的研究主要集中在對呼和浩特市地下水位動態(tài)以及砷氟等地方病方面，如2002年，劉怡敏等對呼和浩特市地下水位動態(tài)及影響因素進行了分析；2009年楊亮平等對呼和浩特市地下水位動態(tài)變化及趨勢進行了預測研究；2009年李浩，梁秀芬等對呼和浩特市（地區(qū)）高砷地下水進行調查研究，查明地下高砷水的形成機制，以期控制地方性砷中毒。而近些年，呼和浩特市經濟發(fā)展迅速，日益增長的水資源需求和地下水污染問題以及頻發(fā)的供水安全事件，迫切需要對區(qū)域內的地下水資源進行質量評價，而地下水水化學研究是地下水資源質量評價的重要內容。
本研究分析了2009年呼和浩特市地下水中的主要離子含量和水化學特征，探討了1988年以來地下水礦化度的變化趨勢,目的是研究隨著工農業(yè)和生活需水量的增加促使開采量的增大以及多年來氣候變化對礦化度變化趨勢的影響，旨在為呼和浩特市制定合理的發(fā)展計劃和維護生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定提供科學依據。
1 研究區(qū)概況
研究區(qū)主要是指呼和浩特行政區(qū)內的平原區(qū)(包括山前傾斜平原、黃河和大黑河沖積平原)，呼包平原的東北部,在行政區(qū)劃上包括呼和浩特市所轄規(guī)劃區(qū)(新城區(qū)、賽罕區(qū)、玉泉區(qū)、回民區(qū))、土默特左旗、托克托縣、清水河縣、和林格爾縣及武川縣。研究區(qū)范圍：x：530 500～591 000；y：4 493 500～4 540 500，土地總面積17 224 km2，氣候屬于內陸干旱半干旱地區(qū)［1］。
呼和浩特市淺層地下水系統(tǒng)是一個比較復雜的開放系統(tǒng)。按地下水賦存條件，可分為山前沖洪積平原和沖湖積平原，黃河沖湖積平原和湖積臺地4個水文地質區(qū)；區(qū)內地下水的補給主要來自山區(qū)的側向徑流補給及平原內降水的入滲，地下水的排泄主要靠蒸發(fā)和開采消耗。
2 采樣及測試方法
2.1 采樣及測試
在研究區(qū)共布置了46個淺層水取樣點,其中包括水文化學剖面(沿地下水流方向)上的8個觀測井,分別在2009年的9月份取樣,TDS是使用上海雷磁水質分析儀現場測試完成。
2.2 數據處理
數據處理綜合采用了統(tǒng)計軟件SPSS 17.0對地下水中的主要離子含量進行了統(tǒng)計學和相關性分析，同時繪制了折線圖和圓形圖對地下水流方向上離子化學特征和淺層水礦化度演化進行了直觀的分析。
3 結果與分析
3.1 描述性統(tǒng)計分析
對2009年呼和浩特市范圍內的46個觀測井水樣的有關水化學參數進行統(tǒng)計分析，得到地下水主要離子特征見表1。Table 1 Statistics of hydrochemical parameters of groundwater for Hohhot County in 2009 (n=46)
水化學參數最小值最大值平均值標準差變異系數
水溫（℃）8.02112.9889.837320.9584990.097435
TDS/(g·L-1)0.270.820.44880.171240.381551
K+/（mg·L-1）0.627.592.361.431480.606559
Na+/（mg·L-1）13.3165.244.46138.46850.865219
Ca2+/（mg·L-1）39.7915882.970431.834110.38368
Mg2+/（mg·L-1）15.3467.5131.344613.440090.428785
Cl-/（mg·L-1）7.79138.344.812935.584010.794057
SO.42-/（mg·L-1）4.53233.158.354652.257880.895523
HCO.3-（mg·L-1）215.2651.5333.52595.33640.285845
CO.32-/（mg·L-1）0203.426.4131.875146
F-/（mg·L-1）0.11.160.4350.228850.526092
溶解性總固體/（mg·L-1）262.4952.7495.6207.24010.41816
pH值7.578.687.99710.372390.046566
NO.3-/（mg·L-1）0.2155.537.667195.33642.531026 從表1中可以看出在陽離子（Ca2+、Mg2+、 K+、Na+）中Ca2+的含量相對較高，平均為82970 4 mg/L，K+的含量最低，平均為236 mg/L;對于陰離子HCO.3-的平均值達到了333525 mg/L，標準差為95336 4，兩值均較大，變異系數較小，反映了其在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要陰離子。而CO.32-的平均值僅為3.42 mg/L，即其在地下水中相對其他陰離子含量最低。出現這種現象的原因是地下水中碳酸存在的形態(tài)受pH影響， 在偏酸、偏堿及中性水中HCO.3-占優(yōu)勢，且在pH=834時，HCO.32-達到最高值。本次現場測試結果在整個研究區(qū)范圍內pH在8.19～775之間， K+、Na+、Cl-、SO.42-和CO.3-的變異系數均較大，表明其在地下水中的含量變幅較大，表明它們是地下水中隨環(huán)境變化的敏感因子，決定地下水鹽化的作用的主要變量。HCO.3-和 Ca2+的變異系數相對都較小，表明它們在地下水中的含量相對比較穩(wěn)定。
3.2 離子相關性
表2為呼和浩特市平原區(qū)2009年地下水中8大離子（CO.32-、HCO.3-、Cl-、SO.42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+），F-、pH值、礦化度、水溫和溶解性總固體的Pearson相關系數。
從表2中可以看出，陰離子HCO.3-、Cl-和SO.42-、與陽離子Na+和Mg2+的相關性顯著，相關系數在0.7以上，這表明地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和氯酸鹽。陰離子Cl-、和SO.42-與陽離子Ca2+的相關性也是比較顯著，相關系數在0.5以上，表明地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和氯酸鹽。pH值與CO.32-呈現顯著的正相關性，相關系數達到了0896，即表明地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少決定。TDS與Mg2+和Cl-的相關關系最為顯著，相關系數達到09以上，與CO.32-之間呈負相關性，并且與K+、F-之間的相關性較差，這說明地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。
3.3 補給水流方向上水化學特征
2009年9月,在呼和浩特市采集46個觀測井水樣,采樣過程中用GPS記錄樣點的地理坐標。呼和浩特市地下水主要的補給來源為來自山區(qū)的側向徑流補給及平原內降水的入滲，地下水的排泄主要靠蒸發(fā)和開采消耗。地下水運動方向是由東北向西南。根據采樣點的位置,沿地下水補給水流方向選取8個觀測井水樣(分別是:①西黃合少鄉(xiāng)黑沙兔村②黃合少鄉(xiāng)添密灣村③金河鎮(zhèn)后三突村④金河鎮(zhèn)八拜村⑤金河鎮(zhèn)后白廟村⑥小黑河鎮(zhèn)楊家營村⑦小黑河鎮(zhèn)郭家營村⑧小黑河鎮(zhèn)烏蘭巴圖村),進行主要離子濃度變化分析。方向是由東北向西南。地下水中水溫、pH值及主要離子濃度沿地下水水流方向的變化趨勢可見2009年呼和浩特市地下水中主要離子沿補給地下水流動方向并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢。而是與地下水溫呈現顯著負相關性，HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，即溫度越低時，離子的濃度反而越高。這可能是因為研究區(qū)地層主要以碳酸鹽地層為主，碳酸鹽巖主要由方解石（CaCO.3）和白云石［CaMg（CO.3）.2］這兩種礦物組成。因此，碳酸鹽巖地區(qū)的地下水化學成分的形成主要由方解石和白云石溶解和沉淀控制，而在一定的二氧化碳分壓（PCO.2）下，地下水的溫度控制著這兩種礦物的溶解和沉淀，但這兩種礦物與大多數礦物不同，它們的溶解度不是隨溫度的升高而增大，相反，溫度越低，溶解度越高，故出現了溫度越低的取樣點，HCO.32-和Ca2+離子含量越高的現象。
從圖2中也可以看出沿地下水流方向所有的取樣點，陰離子都以HCO.3-為主，其次是SO.42-，而Cl-離子濃度很低，這也完全符合碳酸鹽地區(qū)地下水的一般特點。研究區(qū)所有水樣的pH值，均在7~8之間，說明該地區(qū)含水層為開系統(tǒng)。
4 結論
�、俸艉秃铺厥袦\層地下水中陽離子Ca2+的含量相對較高，陰離子HCO.3-含量最高，說明研究區(qū)范圍內的地下水中主要離子為HCO.3-和Ca2+。且HCO.3-和Ca2+也是地下水中含量相對穩(wěn)定的離子。
②通過相關性分析，可知地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和氯酸鹽，地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和氯酸鹽。地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少決定。地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。
�、酆艉秃铺厥械叵滤兄饕x子沿補給地下水流動方向并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢。而是與地下水溫呈現顯著地負相關性，HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，這一特點符合碳酸鹽地區(qū)地下水的一般特點。
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