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内蒙古三大湖泊近10年水化学特征变化及影响因素分析

邹佳慧 孙标 赵胜男 潘学如 叶博文

邹佳慧,孙标,赵胜男,等.内蒙古三大湖泊近10年水化学特征变化及影响因素分析[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1247-1259 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230498
引用本文: 邹佳慧,孙标,赵胜男,等.内蒙古三大湖泊近10年水化学特征变化及影响因素分析[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1247-1259 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230498
ZOU J H,SUN B,ZHAO S N,et al.Analysis of changes in water chemistry characteristics and influencing factors of three major lakes in Inner Mongolia in the last decade[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1247-1259 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230498
Citation: ZOU J H,SUN B,ZHAO S N,et al.Analysis of changes in water chemistry characteristics and influencing factors of three major lakes in Inner Mongolia in the last decade[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1247-1259 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230498

内蒙古三大湖泊近10年水化学特征变化及影响因素分析

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230498
基金项目: 内蒙古自治区重点研发和成果转化计划项目(2023YFDZ0022);国家自然科学基金地区项目(52369014,52060022,52260028)
详细信息
    作者简介:

    邹佳慧(1999—),女,硕士研究生,主要从事湖泊湿地水环境、水利工程研究,zoujiahui1102021@163.com

    通讯作者:

    孙标(1983—),男,副教授,主要从事湖泊湿地水环境、水生态与3S技术应用研究,sunbiao@imau.edu.cn

  • 中图分类号: X524

Analysis of changes in water chemistry characteristics and influencing factors of three major lakes in Inner Mongolia in the last decade

  • 摘要:

    内蒙古自治区三大湖泊达里湖、乌梁素海、呼伦湖受地理位置和气候环境影响显著,尤其是作为尾闾湖的达里湖已由淡水湖演化为中咸水湖。于2022年对达里湖、乌梁素海、呼伦湖进行调查采样,与收集的历史资料进行比对分析,采用Piper三线图、Gibbs图、空间差异分析、端元图、离子比值和相关性分析等方法,研究三大湖泊水化学特征及成因机制,利用三大湖泊主要离子浓度历年对比图分析近10年湖泊主要离子浓度变化,并从环境角度分析达里湖盐化原因。结果表明:1)达里湖、乌梁素海、呼伦湖的水化学类型分别为${\mathrm{HCO}}_3^- $-Na+-Cl型、${\mathrm{HCO}}_3^- $-Cl-Na+型、${\mathrm{HCO}}_3^- $-Na+-Cl型。2)各湖泊变异系数较大的水化学组分空间分布表现为达里湖离子〔${\mathrm{HCO}}_3^- $与总溶解性固体(TDS)〕浓度呈现西部高、东部低的分布特征,乌梁素海离子(${\mathrm{HCO}}_3^- $与${\mathrm{SO}}_4^{2-} $)浓度总体上呈现由四周向中部递减的变化趋势,呼伦湖离子(${\mathrm{HCO}}_3^- $与${\mathrm{SO}}_4^{2-} $)浓度的空间分布受入湖河流离子浓度的影响。3)三大湖泊的水化学特征主要受蒸发作用和岩石风化作用的影响,其中达里湖受蒸发岩矿物与硅酸岩矿物共同作用的影响,乌梁素海和呼伦湖主要受硅酸岩矿物作用的影响,达里湖地下水存在阳离子吸附作用。4)近10年达里湖离子浓度整体呈逐年上升的变化趋势。达里湖湖面蒸发量远大于湖面降水量,加之河流补给量逐年减少,导致湖面萎缩以及湖水盐化程度逐渐增大。从根本上来讲,环境因素造成的入湖水量减少、蒸发量增大,最终促使湖泊盐化加快。

     

  • 图  1  三大湖泊采样点分布

    Figure  1.  Distribution map of sampling points in the three lakes

    图  2  2022年三大湖泊水化学组分空间分布特征

    Figure  2.  Spatial distribution characteristics of hydrochemical components in the three lakes in 2022

    图  3  三大湖泊的Piper三线图

    Figure  3.  Piper three-line diagram of the main ion composition in the three major lakes

    图  4  三大湖泊主要离子浓度历年对比

    注:图中各离子浓度单位为mg/L。

    Figure  4.  Comparison of the main ion concentrations of the three lakes over the years

    图  5  2022年三大湖泊水化学组分Pearson相关性热图

    注:*表示在0.05水平下相关;**表示在0.01水平下相关;***表示在0.001水平下相关。

    Figure  5.  Pearson correlation heat map of hydrochemical components of the three lakes in 2022

    图  6  三大湖泊Gibbs图

    Figure  6.  Gibbs diagram of the three lakes

    图  7  2022年三大湖泊γ(Mg2+)/γ(Na+)与γ(Ca2+)/γ(Na+)、γ(${\mathrm{HCO}}_3^- $)/γ(Na+)与γ(Ca2+)/γ(Na+)比值关系

    Figure  7.  Relationship between γ(Mg2+)/γ(Na+) and γ(Ca2+)/γ(Na+), γ(${\mathrm{HCO}}_3^- $)/γ(Na+) and γ(Ca2+)/γ(Na+) in the three lakes in 2022

    图  8  达里湖地下水离子比值与氯碱指数(CAI)

    Figure  8.  Ion ratio diagram and chlor-alkali index diagram of groundwater in Dali Lake

    图  9  2000—2021年达里湖湖面蒸发量与降水量拟合曲线

    Figure  9.  The fitting curve of evaporation and precipitation in Dari Lake from 2000 to 2021

    图  10  2007—2022年达里湖河流补水量变化

    Figure  10.  Change chart of river recharge in Dali Lake from 2007 to 2022

    图  11  2012—2022年达里湖湖面面积变化

    Figure  11.  Water area change map of Dali Lake in 2012-2022

    表  1  2022年三大湖泊水化学组分平均值

    Table  1.   The average hydrochemical composition of the three lakes in 2022 mg/L 

    湖泊 统计值 TDS Cl ${\mathrm{HCO}}_3^- $ ${\mathrm{SO}}_4^{2-} $ Na+ K+ Mg2+ Ca2+
    达里湖 最大值 12 602.88 1 814.12 6 211.29 70.12 2 973.37 298.44 134.19 5.86
    最小值 5 591.70 1 622.63 1 261.73 64.72 2 570.83 247.89 26.87 4.72
    平均值 7 453.47 1 753.80 4 955.24 67.87 2 840.53 269.47 38.79 5.39
    标准差 1 733.87 58.45 3 385.10 1.75 106.58 13.99 8.59 0.36
    变异系数/% 23.26 3.33 68.31 2.58 3.75 5.19 22.16 6.75
    乌梁素海 最大值 2 204.32 867.13 1 873.75 15.55 553.57 16.79 121.37 108.55
    最小值 1 269.13 372.71 286.24 3.65 276.04 8.35 67.98 43.17
    平均值 1 654.60 520.17 1 130.52 7.28 393.01 10.92 89.13 68.84
    标准差 297.45 138.35 367.86 3.07 77.08 1.91 15.08 12.15
    变异系数/% 17.98 26.60 32.54 42.15 19.61 17.46 16.92 17.66
    呼伦湖 最大值 1 066.00 195.51 1 113.06 1.05 307.28 28.48 54.58 36.35
    最小值 624.00 100.71 327.73 0.51 161.12 13.35 32.78 24.87
    平均值 909.50 145.03 847.67 0.71 246.62 18.26 44.27 30.78
    标准差 132.61 23.62 212.31 0.14 36.39 3.63 5.72 3.13
    变异系数/% 14.58 16.28 25.05 20.40 14.76 19.88 12.92 10.18
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  • 收稿日期:  2023-07-07

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