劉慧文 姜紀沂 劉春平 李瑛 韓琦

摘要：綜合運用圖解法、格魯布斯檢驗法、夏皮洛-威爾克檢驗法等，對地下水化學特征及地下水環(huán)境背景值進行分析與計算。研究結果表明：伊犁河谷平原區(qū)地下水陽離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO-3為主，地下水主要水化學類型為HCO3-Ca、HCO3-Ca-Mg、HCO3-SO4-Ca-Mg；該區(qū)地下水化學成分的形成以溶濾作用、陽離子交替吸附作用為主，還與人類活動有關。地下水化學元素分布類型以對數正態(tài)分布為主，正態(tài)分布較少，無偏態(tài)分布類型。研究結果對該區(qū)地下水的環(huán)境影響分析和預測，判斷環(huán)境污染程度及評定環(huán)境質量的優(yōu)劣，合理開發(fā)利用地下水資源具有重要意義。

關鍵詞：伊犁河谷；水化學特征；地下水；水文地球化學；環(huán)境背景值；格魯布斯檢驗；分布類型

中圖分類號：P641 文獻標志碼：A 文章編號：1672-1683（2016）04-0107-05

Abstract：Using the Graphic method，Grubbs test，Shapiro-Wilk method etc；this paper analyzed the hydrochemical characteristics of groundwater and then calculated the environment background values.The results showed that the main cations of the plain area of Yili River were Ca2+ and Mg2+，and the main anion was HCO3-.HCO3-Ca，HCO3-Ca-Mg，and HCO3-SO4-Ca-Mg were the main hydrochemical types of groundwater.The chemical composition of the groundwater in this area was mainly related to leaching effect，cation exchange and adsorption，but also depended on human activities.The study is of great importance to the groundwater environmental impact analysis and prediction，judgment of environmental pollution and quality assessment，reasonable exploitation and utilization of groundwater resources.

Key words：Yili river valley；hydrochemical characteristics；groundwater；hydrogeochemistry；environment background values；Grubbs test；distribution type

地下水環(huán)境背景值是指在未受污染的情況下，地下水中化學元素和能量的正常含量分布[1]。地下水環(huán)境背景值具有空間差異性和時間差異性，是地下水污染評價的基礎，是進行環(huán)境影響分析和預測的前提，對于判斷環(huán)境污染程度及評定環(huán)境質量的優(yōu)劣具有重要意義[2-4]。諸多學者進行了地下水環(huán)境背景值的研究[5-8]。其常用的確定方法主要有類比法、歷時曲線法、數理統(tǒng)計法、趨勢分析法、剖面圖法、變差曲線法[9]。確定地下水環(huán)境背景值的前提是異常值的剔除，剔除準則有拉依達準則、肖維勒準則、格拉布斯準則等[10]。宇慶華等討論了拉式積分函數法與湯姆松法剔除異常值的優(yōu)劣[11]，邱漢學等提出了散點圖法剔除異常值[12]，齊萬秋等提出利用NO-3來剔除人為污染的指標[13]。

伊犁河谷長期以來對資源的過度開發(fā)利用，造成生態(tài)環(huán)境問題日益突出，地下水環(huán)境遭受嚴重污染，已經引起了眾多學者的關注[14-17]。對平原區(qū)地下水環(huán)境背景值的研究相對較少，幾乎處于空白。因此，亟需開展對地下水環(huán)境背景值的研究。本文利用檢驗效果好的格魯布斯檢驗法剔除異常值，用偏度、峰度檢驗法與夏皮洛-威爾克（Shapiro-Wilk）檢驗法對比分析，以確定地下水化學元素濃度頻數分布類型，計算出伊犁河谷平原區(qū)地下水環(huán)境背景值。

1 研究區(qū)概況

伊犁河谷位于新疆西北干旱半干旱區(qū)，區(qū)域范圍大，北、東、南三面環(huán)山，總體地勢東高西低，地下水賦存條件差異大。伊犁河谷地區(qū)河網密布，大小河流有120多條，主要由伊犁河及其三大支流，特克斯河、鞏乃斯河及喀什河組成，見圖1?？κ埠庸鹊刂胁繛樾律懴喽逊e物，沉積厚度由東向西逐漸增大，其中賦存的地下水以第四系松散巖類孔隙潛水為主，局部分布承壓水。伊犁-鞏乃斯谷地第四系厚度由東向西增大，最厚可達近千米，地層結構多次由單層到多層交替，巖層顆粒也多次由粗到細變化，地下水主要是松散巖類孔隙潛水和承壓水。昭蘇-特克斯盆地新構造運動對地下水其控制作用明顯，地下水類型為第四系松散巖類孔隙水；其南北兩側洪積扇上部多為單一卵礫石層孔隙潛水。研究區(qū)地下水補給來源包括地表水補給、大氣降水入滲補給、基巖裂隙側向徑流補給等。地下水總流向在昭蘇-特克斯盆地大致由西向東徑流，而在喀什河谷地和伊犁-鞏乃斯谷地則大致由東向西徑流。礦化度一般小于1 g/L。

2 水文地球化學作用分析

2.1 地下水化學類型分布特征

運用Aquachem軟件繪制Piper三線圖（圖2）。利用圖解法分析研究區(qū)水化學特征與演變規(guī)律[18]。從Piper三線圖中的菱形圖可以看出，1區(qū)水樣點數目大于2區(qū)，說明研究區(qū)堿土金屬離子大于堿金屬離子，伊犁河谷平原區(qū)地下水陽離子以Ca2+、Mg2+為主。3區(qū)水樣點數目大于4區(qū)，即弱酸根大于強酸根，陰離子以HCO-3為主，表明該區(qū)濃縮作用不強烈，地下水水化學類型以HCO3-Ca-Mg型水為主。碳酸鹽硬度大于50%，說明在地下水的化學成分形成過程中水體中發(fā)生的反應以碳酸鹽溶濾作用為主。

根據水質分析測試，對地下水進行舒卡列夫分類，得出該區(qū)地下水化學類型分區(qū)圖，見圖3。伊犁河谷是典型的“三山夾兩盆”地貌。在盆地的隆起部位，巖石被強烈沖刷，水化學類型以低礦化度重碳酸鹽型水為主，在盆地的低洼部位，水流速變緩，礦化度增高，水化學類型發(fā)生改變[19]。從水化學類型分區(qū)圖可以看出，烏孫山、阿布熱勒山等山麓間的盆地以HCO3-Ca、HCO3-Ca-Mg型水為主，而在鞏乃斯谷地、昭蘇—特克斯盆地、喀什谷地低洼處，由于蒸發(fā)濃縮作用，出現了HCO3-SO4-Ca-Mg、HCO3-SO4-Ca、SO4-Cl-Na、SO4-Na等高礦化度的硫酸鹽型、氯型水。

2.2 水文地球化學作用

利用Origin8.5軟件，繪制研究區(qū)地下水主要離子比例系數圖，見圖4。由Na+與Cl-的關系可知：γNa+>γCl-，說明地下水化學成分的形成除了含鹽地層的溶濾作用外，大部分是地下水在徑流過程中的水巖作用、酸化作用使鈉長石溶解形成的。（Ca2++Mg2+）與（HCO-3+SO2-4）離子比例系數圖顯示：大部分點位于1∶1線以上，說明地下水以大氣降水補給為主，Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4主要來源于碳酸鹽、硫酸鹽的風化溶解；小部分點位于1∶1線以下，說明地下水中還存在中硅酸鹽的溶解[20]。（Na+-Cl-）與（HCO-3+SO2-4）-（Ca2++Mg2+）的系數圖的點的比值接近于1，說明在地下水形成過程中發(fā)生了陽離子交替吸附作用。

本文首先采用格魯布斯檢驗法進行異常值的剔除，其次利用偏度、峰度檢驗法與夏皮洛-威爾克（Shapiro-Wilk）檢驗法對比分析地下水化學元素濃度頻數分布類型。通過得到的地下水化學元素濃度頻數分布類型來確定背景值計算公式進而計算背景值。

3.2 地下水環(huán)境背景值的確定

采用數理統(tǒng)計的方法計算地下水環(huán)境背景值，即當水化學元素分布類型為正態(tài)分布時，以平均值加減2倍標準差計算背景值，為對數正態(tài)分布時，以幾何平均值乘除幾何標準差的平方作為背景值，具體計算方法參照文獻[3]。計算結果見表1。

3.3 分析與討論

由偏度、峰度檢驗法與夏皮洛-威爾克（Shapiro-Wilk）檢驗法對比可知，地下水化學元素分布類型以對數正態(tài)分布為主，正態(tài)分布較少，無偏態(tài)分布類型。通過對地下水有關水化學參數進行描述性統(tǒng)計分析，了解地下水中各化學成分的富集、變化規(guī)律[23]。分析結果如下。

4 結語

地下水環(huán)境背景值是進行地下水污染評價的前提。本文通過對伊犁河谷平原區(qū)地下水化學特征的分析及尚處空白的環(huán)境背景值的計算，為該區(qū)地下水質量評價、地下水污染評價及地下水污染風險評價提供了依據。對該區(qū)合理開發(fā)利用水資源，制定地下水保護措施，治理修復水環(huán)境污染及維護邊境環(huán)境具有重要意義。

參考文獻（References）：

[1] 王小玲，劉予，張志林.北京市永定河沖洪積扇地下水環(huán)境背景值的調查研究[J].北京地質，1994，2：20-28.（WANG Xiao-ling，LIU Yu，ZHANG Zhi-lin.Investigation and study of Beijing City of Yongding River alluvial proluvial fan of groundwater environment background value[J].Beijing Geology，1994（2）：20-28.（in Chinese））

[2] 樊麗芳，陳植華.地下水環(huán)境背景值的確定[J].西部探礦工程，2004，98（7）：90.（FAN Li-fang，CHEN Zhi-hua.Determination of back-ground value of groundwater environment[J].West-China Exploration Engineering，2004，98（7）：90-92.（in Chinese））

[3] 高迪，潘國營，鐘福平，等.新鄉(xiāng)市地下水化學背景值研究[J].露天采礦技術，2006（4）：51-54.（GAO Di，PAN Guo-ying，ZHONG Fu-ping，et al.Study on the chemical background value of groundwater in Xinxiang City[J].Opencast Mining Technology，2006（4）：51-54.（in Chinese））

[4] 吳霞，吳津蓉，李巧，等.新疆漢水泉地區(qū)地下水環(huán)境背景值計算[J].人民黃河，2015，37（1）：83-90.（WU Xia，WU Jin-rong，LI Qiao，et al.Groundwater environment background values of Hanshuiquan region in Xinjiang[J].Yellow River，2015，37（1）：83-90.（in Chinese））

[5] 李世峰.地下水環(huán)境背景值確定方法探討[J].地下水，1991（2）：102-104.（LI Shi-feng.Method to determine the background value of groundwater environment[J].Groundwater，1991（2）：102-104.（in Chinese））

[6] 劉文波，馮翠娥，高存榮.河套平原地下水環(huán)境背景值[J].地學前緣，2014，21（4）：147-157.（LIU Wen-bo，FENG Cui-e，GAO Cun-rong.Background value of groundwater environment in Hetao Plain[J].Earth Science Frontiers，2014，21（4）：147-157.（in Chinese））

[7] 羅格平.奎屯市地下水環(huán)境背景值及質量評價[J].干旱區(qū)地理，1990，13（2）：73-79.（LUO Ge-ping.The background values of the gro-undwater environment and the evaluation of its quality in Kuitun City of its quality[J].Arid Land Geography，1990，13（2）：73-79.（in Chinese））

[8] 賀秀全.地下水環(huán)境背景值研究中存在的幾個問題[J].地下水，1994，16（2）：68-69.（HE Xiu-quan.Several problems in the study of groundwater environmental background value[J].Groundwater，1994，16（2）：68-69.（in Chinese））

[9] 郭高軒，辛寶東，劉文臣，等.我國地下水環(huán)境背景值研究綜述[J].水文地質工程地質，2010，37（2）：95-98.（GUO Gao-xuan，XIN Bao-dong，LIU Wen-chen，et al.Review on the study of the environment background values of groundwater in China[J].Hydrogeology & Engineering Geology，2010，37（2）：95-98.（in Chinese））王文周，王拓.判斷正態(tài)樣本異常值的簡便準則[J].統(tǒng)計研究，1996（4）：65-67.（WANG Wen-zhou，WANG Tuo.Simple criterion for gudging the abnormal value of normal sample[J].Statistical Study，1996（4）：65-67.（in Chinese））

[11] 宇慶華，曹玉和.地下水化學背景值研究中的異常值判斷與處理[J].吉林地質，1991（2）：75-79.（YU Qing-hua，CAO Yu-he.The research on the chemical background values in groundwater in Jilin Province[J].Jilin Geology，1991（2）：75--79.（in Chinese））

[12] 邱漢學，黃巧珍.地下水環(huán)境背景值及其確定方法[J].青島海洋大學學報，1994（S3）：16-20.（QIU Han-xue，HUANG Qiao-zhen.Theconcept of groundwater environment background and its determination[J].Journal of Ocean University of Qingdao，1994（S3）：16-20.（in Chinese））

[13] 齊萬秋，周金龍.石河子市地下水環(huán)境背景值[J].干旱環(huán)境監(jiān)測，1994，8（1）：14-17.（QI Wan-qiu，ZHOU Jin-long.Environmental background values of the groundwater of Shihezi City[J].Arid Environmental Monitoring，1994，8（1）：14-17.（in Chinese））

[14] 紀媛媛，賈瑞亮，周金龍.新疆伊犁河谷地下水質量與污染評價[J].節(jié)水灌溉，2014（3）：32-36.（JI Yuan-yuan，JIA Rui-liang，ZHOU Jin-long.Assessment of groundwater quality and pollution in Ili River Valley of Xinjiang[J].Water Saving Irrigation，2014（3）：32-36.（in Chinese））

[15] 加爾肯.伊犁地區(qū)水資源特征及利用對策[J].新疆環(huán)境保護，1994，16（1）：13-16.（JIA Er-ken.Characteristics and utilization of water resources in Yili Area[J].Environmental Protection of Xinjiang，1994，16（1）：13-16.（in Chinese））

[16] 殷肖肖，遲寶明，姜紀沂，等.新疆伊犁～鞏乃斯盆地西段霍城縣平原區(qū)地下水環(huán)境特征研究[J].第四紀研究，2014，34（5）：934-939.（YIN Xiao-xiao，CHI Bao-ming，JIANG Ji-yi，et al.The Study of groundwater environment characteristics of Huocheng County Plain located in the Western Part of Yili-Gongnaisi basin of Xinjiang[J].Quaternary Sciences，2014，34（5）：934-939.（in Chinese））

[17] 劉志興，徐俊榮，李梅英，等.新疆鞏乃斯河水化學分析[J].干旱區(qū)地理，2010，33（1）：24-28.（LIU Zhi-xing，XU Jun-rong.LI Mei-ying，et al.Hydrochemical analysis of Kunes River in Xinjiang[J].Arid Land Geography，2010，33（1）：24-28.（in Chinese））

[18] 孫亞喬，錢會，張黎，等.基于矩形圖的天然水化學分類和水化學規(guī)律研究[J].地球科學與環(huán)境學報，2007，29（1）：75-79.（SUN Ya-qiao，QIAN Hui，ZHANG Li，et al.Natural-Water hydrochemistry classification and hydrochemistry rule research based on rectangle hydrochemistry diagram[J].Journal of Earth Sciences and Environment，2007，29（1）：75-79.（in Chinese））

[19] 李學禮，孫占學，劉金輝.水文地球化學[M].第三版.北京：原子能出版社，2010，11，163-169.（LI Xue-li，SUN Zhan-xue，LIU Jin-hui.Hydrogeochemical[M].The Third Edition.Beijing：Atomic Energy Press，2010，11，163-169.（in Chinese））

[20] 趙新峰，陳建耀，唐常源，等.珠江三角洲小流域地下水化學特征及演化規(guī)律[J].生態(tài)環(huán)境，2007，16（6）：1620-1626.（ZHAO Xin-feng，CHEN Jian-yao，TANG Chang-yuan，et al.Hydrochemical characteristics and evolution of groundwater in a small catchment of Pearl River Delta[J].Ecology and Environment，2007，16（6）：1620-1626.（in Chinese））

[21] 張傳奇，溫小虎，高猛，等.萊州灣東岸地下水化學及鹽化特征[J].海洋通報，2014，33（5）：584-591（ZHANG Chuan-qi，WEN Xiao-hu，GAO Meng，et al.Hydrochemical characteristics and salinization characteristics of groundwater in the East coast of the Laizhou Bay[J].Marine Science Bulletin，2014，33（5）：584-591.（in Chinese））

[22] 王鐘靈，吳霖生，姜妍研.如何選用格魯布斯檢驗法的臨界值[J].滁州師專學報，2002，4（1）：80-81.（WANG Zhong-ling，WU Lin-sheng，JIANG Yan-yan.How to select critical value grubbs test [J].Journal of Chuzhou Normal Coliece，2002，4（1）：80-81.（in Chinese））

[23] 楊子林，李培月，吳健華，等.涇源縣飲用地下水水化學特征及水質評價[J].南水北調與水利科技，2010，8（5）：99-104.（YANG Zi-linLI Pei-yue，WU Jian-hua，et al.Hydrochemical characteristics of drinking groundwater and its quality assessment in Jingyuan Coun-y[J].South-to-North Water Transfers and Water Science&Technology，2010，8（5）：99-104.（in Chinese））