冰川冻土, 2020, 42(1): 234-242 doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2018.1108

冰冻圈水文与水资源

额尔齐斯河源春季水化学及稳定同位素特征研究

刘峰,1, 李忠勤,1,2, 郝嘉楠3, 梁鹏斌1, 王芳龙1, 张慧2

1.西北师范大学 地理与环境科学学院,甘肃 兰州 730070

2.中国科学院 西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学国家重点实验室,甘肃 兰州 730000

3.兰州大学 资源环境学院,甘肃 兰州 730000

Study on the hydrochemical and stable isotope characteristics at the headwaters of the Irtysh River in spring

LIU Feng,1, LI Zhongqin,1,2, HAO Jianan3, LIANG Pengbin1, WANG Fanglong1, ZHANG Hui2

1.College of Geography and Environmental Sciences,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China

2.State Key Laboratory of Cryospheric Science,Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China

3.College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China

通讯作者: 李忠勤, 研究员, 从事冰川学研究. E-mail: lizq@lzb.ac.cn.

编委: 武俊杰

收稿日期: 2018-07-28   修回日期: 2018-11-30  

基金资助: 国家自然科学基金项目.  41471058.  91425303
中国科学院战略性先导科技专项(A类).  XDA2006020103

Received: 2018-07-28   Revised: 2018-11-30  

作者简介 About authors

刘峰(1993-),男,甘肃甘谷人,2017年在河西学院获学士学位,现为西北师范大学在读硕士研究生,从事水化学同位素研究.E-mail:1186059616@qq.com , E-mail:1186059616@qq.com

摘要

基于2018年4月额尔齐斯河源至富蕴段的河水样品, 综合运用Gibbs图、 Piper三线图、 相关矩阵分析等方法对河水中主要的化学离子、 pH值、 电导率、 TDS和氢、 氧稳定同位素等物理化学指标进行了分析。结果表明: 额尔齐斯河源春季河水呈弱碱性, TDS平均值为72.02 mg·L-1, 整体属于低矿化度水。河水中主要离子浓度序列为HCO3- > SO42- > Ca2+ > Na+ > Cl- > NO3- > Mg2+ > K+, 其中HCO3-、 SO42-和Ca2+是最主要的阴阳离子。水化学类型从库依尔特河的HCO3--Ca2+型转变为额尔齐斯河富蕴段的(HCO3-, SO42-)-Ca2+型。从源区至富蕴段各离子含量整体呈增大趋势, 但其增加过程受到复杂因素的影响而出现差异。河水离子主要受水-岩风化作用控制, 且以碳酸盐岩(石灰岩、 白云岩)为主的风化水解是离子的主要来源, 其次是长石类矿物的风化, 还包括下游人类活动的离子输入等。δD和δ18O沿程逐渐增大, 在下游出现了富集现象。

关键词: 额尔齐斯河 ; 水化学 ; 离子来源 ; 稳定同位素

Abstract

Based on the water samples, collected from the headwaters to Fuyun stream segment of the Irtysh River in April 2018, this study analyzed the hydrogen and oxygen stable isotopes and physicochemical indices [including major chemical ions, pH, electrical conductivity, total dissolved solids (TDS) etc.] by using Gibbs diagram, Piper three-line diagram and correlation matrix analysis comprehensively. Results show that river water presents weak alkalinity and belongs to low salinity water, with a mean TDS of 72.02 mg·L-1 in spring. The rank order for major ions is HCO3- > SO42- > Ca2+ > Na+ > Cl- > NO3- > Mg2+ > K+, of which HCO3-, SO42- and Ca2+ are the major anions and cations. Hydrochemical type of the river water changes from HCO3--Ca2+ to (HCO3-, SO42-)-Ca2+ from the Kuyrte River to the Fuyun stream segment of the Irtysh River. The ion content increases with flow extension and increases in touching-time with riverbed, but this process has difference due to effect of various factors. River water ions are mainly controlled by water-rock weathering, which are mainly originated from weathering and hydrolysis of carbonate rocks, weathering of feldspar minerals and downstream human activities. The δD and δ18O increase gradually along the river and enrichment phenomenon occurs in downstream.

Keywords: Irtysh River ; hydrochemistry ; ion sources ; stable isotope

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本文引用格式

刘峰, 李忠勤, 郝嘉楠, 梁鹏斌, 王芳龙, 张慧. 额尔齐斯河源春季水化学及稳定同位素特征研究[J]. 冰川冻土, 2020, 42(1): 234-242 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2018.1108

LIU Feng, LI Zhongqin, HAO Jianan, LIANG Pengbin, WANG Fanglong, ZHANG Hui. Study on the hydrochemical and stable isotope characteristics at the headwaters of the Irtysh River in spring[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2020, 42(1): 234-242 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2018.1108

0 引言

自然水体中的可溶性无机离子被视为天然的“示踪剂”1已被广泛用于识别水体化学组成的基本过程, 如流域岩石风化、 水体的蒸发-结晶作用以及大气降水物质输入等2。水体化学特征受时空分布的影响。在空间上, 天然水化学特征与该区域的自然地理状况(流域气候、 地质地貌、 水流量、 土壤等)密切相关, 在不同的区域内水化学特征及控制因素不同3。在高寒山区, 人类活动影响有限, 自然环境是水体化学特征的主导因素4-6; 而平原区受人类活动影响很大, 通常伴随着NO3-、 SO42-等离子的高值, 在很大程度上与工业和农业活动相关。在时间上, 不同水文季节的水化学特征也不同。当河流处于汛期时, 径流量增大, 其流速也相应地增快, 水岩作用时间变短, 岩石和土壤中的无机矿物成分尚未融入水中, 使得径流中各离子含量较低; 反之, 则径流中离子含量较高7-9

在全球变暖背景下, 国内外学者对世界主要水体中的主离子含量与流域的气候条件及地质岩性的关系进行了大量研究, 代表性工作如对南美亚马孙河10、 北美马更些河11、 亚洲勒拿河12和布拉马普特拉河13等的研究。对我国主要河流水化学特征的研究也较为系统, 发现河流的离子组成主要受碳酸盐和蒸发盐岩溶解作用的影响, 而较少地受硅酸盐和铝硅酸盐岩石风化作用的影响14-16。许多学者针对我国西部高寒山区流域水化学特征及氢、 氧稳定同位素进行了大量的研究, 并积累了丰富的数据资料。冯芳等17-18对乌鲁木齐河流域水化学研究表明, 大气降水的水化学类型为(Ca2++Na+)-(HCO3-+SO42-), 接近中性; 径流的水化学类型为Ca2+-(HCO3-+SO42-), 呈弱碱性; 径流中离子来源与碳酸盐岩、 含硫矿物和长石类矿物风化有关。王彩霞等19、 冯亚伟等20、 吴锦奎等21研究发现, 祁连山老虎沟雪冰融水中的δD和δ18O表现出明显的消融期随月份波动, 融水径流水化学组成特征也表现出随消融过程而变化。刘昭22对雅鲁藏布江不同海拔梯度的水化学及同位素特征做了分析, 发现水化学特征及影响因素在空间上表现出差异, 同位素受海拔、 温度、 降水等效应的影响。

对于阿尔泰山南坡, 特别是额尔齐斯河源区的研究大多集中在土壤、 植被、 气候等方面23-25。水化学与氢、 氧稳定同位素的研究工作较少, 其中韦虹等26对额河发源地之一的喀依尔特河河水化学特征做了简要分析。但该研究采样点单一, 对河水中离子空间变化及水-岩作用等方面缺乏论述, 不能全面地反映额尔齐斯河源区的水文地球化学特征。因此, 本研究在此基础上对流域内库依尔特河(额尔齐斯河最东端源头)从河段上游到额尔齐斯河富蕴段沿海拔梯度依次进行了水样的采集, 补测了氢、 氧稳定同位素, 通过多种方法交互分析, 以填补该区域的研究空缺。初步探讨了额尔齐斯河源区河水中离子及δD和δ18O空间变化及其控制因素, 为该区域水文地球化学和稳定同位素的深入研究积累基础资料, 也为流域水资源评价、 管理和生态环境建设提供科学依据。

1 研究区概况

额尔齐斯河发源于中国境内阿尔泰山西南坡, 由两支山间源头库依尔特河、 喀依尔特河在伊雷木湖汇聚后成为额尔齐斯河(以下简称为“额河”), 在富蕴县城附近出山口后折向西流27。本文在库依尔特河(以下简称为“库河”)至额河富蕴段(图1)开展了水化学研究。研究区地势北高南低, 流域最高海拔高于3 800 m, 最低海拔低于800 m28。流域年内温差大, 夏季最高日均温可达30 ℃以上, 冬季酷寒, 最低气温低至-45 ℃以下29。据富蕴气象站多年观测资料30-31, 1979年以来的年平均降水量约为360 mm。降水年内分配不均, 春季降水较为稀少, 夏、 秋季降水较多(均超过100 mm), 降水类型在5 - 10月以降雨为主, 在11月至次年4月以降雪为主。

图1

图1   额尔齐斯河源区采样点分布

Fig.1   Sketch map of sampling points at the headwaters of the Irtysh River


研究区内岩类比较齐全, 且主要集中在海西期形成, 有花岗岩、 碳酸盐岩(石灰石、 白云石)、 含硫矿物、 长石类矿物(钾长石、 钠长石)以及花岗伟晶岩等32。土壤类型依次为高山冻土、 高山草甸土、 山地针叶林土、 山地黑钙土、 山地栗钙土、 棕钙土等33。自然资源丰富, 特别是有色金属资源富集, 著名的可可托海稀有金属矿区就位于此地。研究区所在的阿尔泰山东部地区是最重要的冬季牧场之一34。农牧业、 矿产业等发展态势良好, 水利、 交通、 能源等基础设施日趋完善。随着西部大开发、 “一带一路”的实施, 放牧、 采矿、 水电站的修建及污染物的排放等一系列人类活动, 对流域内水化学组分的变化起着一定的影响。

2 数据与方法

野外采样选择在2018年4月进行, 沿库河向下至额河富蕴段, 采集水样共6组, 每组6瓶, 分别用于阴、 阳离子和氢、 氧稳定同位素等3个检测项目。依次经过高山区、 峡谷段、 河流出山口等典型地形分布区。图1中所示的具体水样点依次为P1~P6, 各样点的海拔见表1。采样时先用河水清洗采样瓶和瓶盖, 选择水流较平缓且尽量靠近河流中间的位置, 使水灌满采样瓶, 避免留有气泡, 并在瓶上标注样品的编号和地理坐标。所有样品均在兰州的冰冻圈科学国家重点实验室进行测定。采用多参数水质分析测定仪测定pH值和电导率EC, 其精度分别为0.01 pH和1 μS·cm-1。阳离子(K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 NH4+)和阴离子(SO42-、 Cl-、 NO3-)分别采用美国戴安公司ICS-2500型和Dionex-320型离子色谱仪进行测定。HCO3-浓度使用酸碱滴定法(使用浓度为0.02 mol·L-1的稀盐酸溶液滴定, 指示剂为甲基橙)得出, 详细的分析过程及原理见文献[35]。总溶解固体(total dissolved solids, TDS)含量由各离子含量总和减去1/2 HCO3-含量计算得到。氢、 氧稳定同位素使用DLT-100型激光液态水同位素分析仪测定, 所测精度δD为±2‰, δ18O为±0.3‰。

表1   各采样点海拔

Table 1  Altitude of each sampling point

样点P1P2P3P4P5P6
海拔/m2 3962 1001 7831 174975800

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3 结果与分析

3.1 河水的水化学特征

表2所示, 河水样品的pH值范围为7.12~7.64, 平均值为7.33, 呈弱碱性。EC介于48.8~168.4 μS·cm-1, 平均值为144.23 μS·cm-1, 变化较大。Ca2+在所有阳离子中浓度含量最高, 平均值为16.48 mg·L-1, 占阳离子总量的54.48%; 其次为Na+, 平均值为8.58 mg·L-1; Mg2+与K+同属于一个量级, K+质量浓度最低。HCO3-是主要的阴离子, 浓度平均值为52.68 mg·L-1, 占阴离子总量的65.55%, 远高于其他离子, 浓度较高的还有SO42-、 Cl-、 NO3-。水体中阴、 阳离子质量浓度从大到小依次为HCO3- > SO42- > Ca2+ > Na+ > Cl- > NO3- > Mg2+ > K+。由图2可知, SO42-在P5超过Ca2+成为仅次于HCO3-的第二大离子。按舒卡列夫水化学类型划分方法36, 库河段河水主要离子类型为HCO3--Ca2+型, 额河富蕴段为(HCO3-, SO42-)-Ca2+型。TDS平均值为72.02 mg·L-1, 小于100 mg·L-1, 属于低矿化度水。EC与TDS具有较好的线性关系EC=2.008 TDS - 0.211 (N=36, R2=0.95)。

表2   水体中各项指标的最小值、 最大值和平均值

Table 2  The minimum, maximum and average of pH, electrical conductivity (EC) and various ion mass concentrations

数值pHEC/ (μS·cm-1离子质量浓度/(mg·L-1
TDSCa2+Na+Mg2+K+HCO3-SO42-Cl-NO3-
最小值7.1248.8024.406.712.231.021.2826.703.050.591.82
最大值7.64281.00114.0025.9724.305.562.8770.7851.4312.278.24
平均值7.33144.2372.0216.488.582.972.2252.6819.134.524.04
距平值0.1120.3111.466.235.501.540.146.8210.113.641.87

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图2

图2   TDS与各离子浓度随海拔的变化

Fig.2   Variations of total dissolved solids (TDS) and various ion mass concentrations along altitude


3.2 主要离子的空间变化

从库河向下至额河富蕴段(P1~P6), TDS和各离子含量均呈逐渐增加的趋势(图2)。TDS从P1到P6, 浓度值持续增加, P6处河水矿化度达到最高值。此类现象是由于河流从高海拔向低海拔流动过程中地势变缓, 随着河水与河床接触时间的增加, TDS也相应增加, 符合山区径流的一般规律18

各离子浓度在P2到P3峡谷段增幅最为明显, 其中HCO3-从24.77 mg·L-1增加到62.22 mg·L-1, 增长率为131.8%; Ca2+从6.78 mg·L-1增加到16.14 mg·L-1, 增长率为128.3%; SO42-从3.14 mg·L-1增加到13.93 mg·L-1, 增长率为132.6%。P2到P3为高山峡谷段, 岩石裸露, 且广泛分布, 是水-岩相互作用的主要区域, 此外水流对沿岸土壤的侵蚀和搬运也携带了一定量的离子, 所以各离子含量在这一区间增幅较快。从P3到P6, TDS继续保持较快的增幅, 而HCO3-的增幅变缓, 但仍为主要的阴离子。SO42-在P3到P6过程中增幅明显变大, 从13.93 mg·L-1增加到38.77 mg·L-1, 增长率为178.3%, 通过和其他离子对比发现SO42-是P3到P6过程中增幅最大的离子。Ca2+从P3到P6增幅变缓, 与HCO3-一样, 仍为主要的阳离子; Na+从P3到P6增幅变快, 从7.35 mg·L-1上升到15.57 mg·L-1, 增长率为111.8%。Cl-、 Na+、 Mg2+、 K+含量和变化趋势相似, 从P1到P6增长幅度不大, 尤其是K+, 基本无显著变化。

从P3到P6, HCO3-与Ca2+增幅变缓, 而SO42-与Na+增幅变快, 但其增加的过程受到复杂因素的影响而出现差异。当河水流经硫酸盐岩(CaSO4)地区时, 通过淋溶作用和氧化作用产生大量的SO42-和Ca2+。在弱碱环境下(河水pH平均值为7.33), HCO3-和CO32-比SO42-更易与Ca2+反应产生沉淀, 从而使CO32-和Ca2+对SO42-的抑制作用降低, 使SO42-含量和占比不断增加37。当河流流经县城时, 人类活动导致的工业和农业污染使河流中SO42-含量持续增加。Na+、 Mg2+、 K+、 Cl-随着河水流动逐渐积累, 含量有所增加, 但所占比重较低, 远不及Ca2+、 HCO3-和SO42-。天然水中Na+含量一般高于K+[38], Na+迁移能力强, 容易被淋溶及受吸附性阳离子交替作用影响, 如附着在胶体上的Na+与Ca2+发生交替, 使Na+含量和占比增加较快。K+的迁移能力弱, 易被土壤或植物吸收, 因此K+在全程变化不大39

3.3 其他离子的空间变化

河水中除了以上主要离子, 还检测出F-、 NO3-、 NH4+等较低浓度的离子(表3), 它们的来源多样且变化复杂。三种离子浓度从库河至额河富蕴段均呈现上升的趋势。其中NO3-与NH4+增加较为明显, 而F-变化较小。氮循环是重要的生物地球化学循环, 水体中含氮物质(主要表现为NO3-和NH4+)的研究可以揭示人类活动对水环境的影响。有研究发现NO3-与NH4+在一般条件下不稳定, 它们之间有成因联系, 通常河水中的NO3-含量较NH4+40。额河源头位于高寒山区, 人类活动对河水的影响很小, 而在库河出山口至额河富蕴段人为污染逐渐增多。因此, 河水中的NH4+和NO3-含量也随之增加。F-来源及影响因素单一, 因而变化较小。

表3   低浓度离子空间变化

Table 3  Spatial change of low concentration ions (mg·L-1

离子库河上段库河中段库河出山口额河富蕴段
F-0.120.130.150.20
NO3-1.871.982.298.17
NH4+0.020.010.090.10

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3.4 氢、 氧稳定同位素的空间变化

此外, 还对6个不同海拔的水样点做了稳定同位素δD和δ18O进行了简要分析, 以研究不同海拔的河水氢、 氧稳定同位素变化特征。如图3所示, 河水的δ18O介于-14.8‰~-12.6‰, 平均值为-13.7‰, δD介于-103.2‰~-83.2‰, 平均值为-93.1‰, 整体同位素值偏负, 符合高海拔地区稳定同位素值偏负的一般规律41-42

图3

图3   河水样品稳定同位素δ18O、 δD与海拔之间的关系

Fig.3   Relationship between stable isotope δ18O, δD and elevation of river water samples


河水中δD和δ18O随着海拔的降低逐渐富集, 通过对δ18O和δD沿海拔变化做线性拟合得到δ18O(‰) = -0.0013‰ H(m) - 11.63 (R2=0.97), δD(‰) = -0.0121‰ H(m) - 75.07 (R2=0.96)。又进一步根据同位素和海拔差得出: 海拔每降低100 m, δ18O增加量为0.08‰~0.15‰, δD增加量为0.91‰~1.38‰。

3.5 离子来源及控制因素

河流水体离子的来源主要包括岩石和矿物的风化、 大气的干湿沉降以及人类活动等43。将河水水化学数据绘于Gibbs图中(图4), 纵坐标以对数刻度表示TDS, 横坐标以数值表示Na+/(Na++Ca2+)或Cl-/(Cl-+HCO3-)的质量浓度比值。可知Na+/(Na++Ca2+)值主要集中在0.2左右, 而TDS值主要在100 mg·L-1左右, 一小部分在50 mg·L-1以下, 表明河水水体中离子组成主要受水-岩相互作用的影响。

图4

图4   河水样品水化学成分Gibbs图

Fig.4   Gibbs diagram of chemical composition of river water samples


为进一步确定岩石风化和水体离子间的相关性, 对各离子按当量浓度百分比做Piper三线图(图5)。在三线图中, 阳离子位于Ca2+一端, 阴离子主要靠近HCO3-和SO42-一端, 表明Ca2+、 HCO3-在水体中占绝对优势, 说明河水水体化学成分主要受碳酸盐岩风化的影响44。这与阿尔泰山南坡的地质岩性条件相关性较高, 该区土壤类型沿海拔梯度依次为高山草甸土、 山地针叶林土、 黑钙土、 栗钙土, 部分土壤中含有大量的CaCO3, 通过以下化学过程转换生成Ca2+, 成为水体中Ca2+的主要稳定来源。

图5

图5   河水化学离子Piper三线图

Fig.5   Piper three-line diagram of river water chemical ions


CO2 + H2O = HCO3-(aq) + H+(aq)
H+(aq) + CaCO3(s) = Ca2+(aq) + HCO3-(aq)

式中: aq表示溶液; s表示固体。

各离子间的相关系数可以从侧面反映离子的来源。通过分析相关系数矩阵(表4)可知, TDS与HCO3-、 SO42-、 Ca2+、 Na+等离子相关性很高, 其与HCO3-相关系数达到0.913, 相关性最为显著。而TDS与Cl-、 NO3-、 Mg2+、 K+、 NH4+等离子相关性较低, 这与图2中各离子从库河段至额河富蕴段的变化趋势相对应, 即河水中HCO3-、 SO42-、 Ca2+等浓度较高的离子增量对TDS的增加贡献很大。HCO3-和Ca2+存在较好的相关性, 进一步验证了Piper三线图(图5)中的结论(HCO3-和Ca2+受碳酸盐岩风化的影响)。

表4   TDS及各离子浓度间的相关系数矩阵

Table 4  Matrix of correlation coefficients between TDS and various ion mass concentrations

TDSHCO3-SO42-Cl-NO3-Ca2+Na+Mg2+K+
TDS1
HCO3-0.91**1
SO42-0.77**0.44*1
Cl-0.41*0.54**0.61**1
NO3-0.360.65**0.73**0.46*1
Ca2+0.76**0.74**0.78**0.52**0.351
Na+0.74**0.62**0.79**0.87**0.310.45**1
Mg2+0.36*0.61**0.46*0.71**0.41*0.390.55**1
K+0.320.310.380.62**0.380.61**0.61*0.41**1
NH4+0.330.300.57**0.300.63**0.36*0.43*0.310.19

注:*、 **分别表示通过0.05、 0.01显著性水平检验

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Ca2+、 Mg2+、 HCO3-、 SO42-间的相关性较好, 表明它们之间具有共源性。对样品的Ca2++Mg2+和HCO3-+SO42-的当量浓度关系做图分析(图6), 发现大部分样品都分布在1∶1关系线上或附近, 所有样品中(Ca2++Mg2+)/(HCO3-+SO42-)的平均值为0.95, 说明流域内除了碳酸盐风化作用以外, 还存在石膏等其他蒸发岩的风化45。由Ca2+和SO42-的强相关性(相关系数为0.786)可知, SO42-可能来自硫酸盐(CaSO4)等蒸发岩的风化。

图6

图6   河水HCO3-+SO42-与Ca2++Mg2+的当量浓度比

Fig.6   Equivalent concentration ratio between HCO3-+SO42- and Ca2++Mg2+ in river water


河水中的Na+、 K+和Cl-一般来自于大气降水输入、 蒸发岩的风化溶解和人为活动输入14。研究表明, 通过比较Cl-/(Na++K+)当量浓度的比值可以判断Na+和K+受何种岩性的影响较大46图7)。该当量浓度比为1∶1时, 表明流域内水体中Na+和K+主要受蒸发岩(钾长石、 钠长石)溶解作用的影响。研究区河水中Na+含量大于Cl-, 即Cl-/(Na++K+)比值点均落在1∶1关系线右下侧, 这表明Na+和K+的来源除了受蒸发岩影响外, 还可能与大气降水或人类活动输入有关。为论证推测, 结合离子间的相关性分析发现, Na+和K+与人为源离子NO3-相关性低, 而与海洋性离子Cl-有较好的相关性。因此, 流域内水体中Na+、 K+和Cl-主要来自蒸发岩(NaCl和KCl)的溶解作用和大气降水的输入。

图7

图7   河水Cl-与Na++K+的当量浓度比

Fig.7   Equivalent concentration ratio between Cl- and Na++K+ in river water


NO3-和NH4+的主要来源包括农业活动氮肥的使用、 生物质燃烧、 人畜排泄物、 工业生产污水排放等46。由离子间的相关性分析可知, NO3-、 NH4+仅与SO42-相关性较好, 与其他各离子相关性较差, 因此NO3-和NH4+主要源于工业和农业生产活动。SO42-在县城含量明显增多, 结合相关性分析, 表明SO42-在库河段可能来自于石膏的风化, 而在额河富蕴段主要来源于人类活动的离子输入。

F-与各离子相关性极低, 且F-的含量极低(表3), 表明来源相对较单一。位于库河下游与富蕴县城之间的可可托海地区发育了大量花岗伟晶岩脉, 有成群成带分布的稀有金属、 白云母和宝石等矿床、 矿点32, 萤石(CaF2)作为花岗岩、 伟晶岩、 正长岩的次生矿物在可可托海地区广泛分布, 可推断研究区河水中F-主要来源于含氟岩石(萤石)的风化释放。

4 结论

本文通过对额尔齐斯河源区径流样品进行研究分析, 得出以下结论:

(1) 额河源区河水pH值介于7.12~7.64, 平均值为7.33, 呈弱碱性, TDS介于24.4~140.0 mg·L-1, 整体属于低矿化度水。电导率与TDS相关性较好, EC=2.008 TDS - 0.211 (N=36, R2=0.95)。HCO3-与Ca2+是浓度最高的阴、 阳离子, 离子质量浓度序列为HCO3- > SO42- > Ca2+ > Na+ > Cl- > NO3- > Mg2+ > K+, 水化学类型由库河段的HCO3--Ca2+型转变为额河富蕴段的(HCO3-, SO42-)-Ca2+型。

(2) 通过Gibbs图、 Piper三线图以及相关系数矩阵分析可知, 额河源区春季河水离子主要受水-岩风化作用控制, HCO3-、 Ca2+、 Mg2+来源于碳酸盐岩(石灰石和白云石)的风化以及土壤的输送; SO42-在库河段受石膏的风化作用影响, 在额河富蕴段县城附近主要源于人类活动的离子输入; Na+、 K+和Cl-主要来自长石类矿物的风化水解, 也有大气降水的输入; F-主要来自含氟岩石的风化释放; NO3-、 NH4+主要来自生物活动和人类活动污染等。

(3) 额河源区春季河水稳定同位素组成中重同位素从库河段至额河富蕴段随着海拔降低逐渐富集, 海拔每降低100 m, δ18O和δD的增加量分别为0.08‰~0.15‰和0.91‰~1.38‰。

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