环境背景值是指在目前的环境状况下,人类活动影响相对 较小地 区的 化 学组 分 含 量 及 能 量值 [1 ] 。目前,对于地下水环境背景值比较公认的看法是:“地下水环境背景值是指未受污染或基本未受 污 染 的 情 况 下,地 下 水 的 化 学 组 分 和 含量。”[ 2 ] 由于地下水的形成环境受到地质、水文地质、气象、水文等多种因素的影响,地下水环境背景值同时具有空间差异性和时间差异性 [3 - 4 ] 。由于地下水的流动性和含水岩组的不均一性,地下水补给、径流及排泄的不同地段,水 - 岩相互作用的强度和特点仍有一定差异,环境各要素会表现出局部差异和渐变的特点,即在同一分区或单元内,环境背景值表现为一个范围值,而不是一个具体的数 [3 , 5 ] ;水文、气象以及人类活动等因素的随机变化,会使地下水的物理、化学要素随时间也有一定的变化,所以地下水的环境背景值具有时间差 148 　 　 　　 刘文波,冯翠娥,高存荣/ 地学前缘 ( Earth 　 Science 　 Frontiers ) 2014 , 21 ( 4 )http :// www.earthsciencefrontiers.net.cn　地学前缘, 2014 , 21 (4 )异性,选用不同时间进行地下水环境背景值的监测得到的结果应允许有一定差异 [4 ] 。河套平原的地下水环境问题,特别是地下水中砷元素的富集问题,已经引起国内外众多专家、学者和有关部门的广泛关注,开展了大量的有关地下水砷污染与形成机理等方面的研究工作 [6 - 17 ] 。但是,迄今为止,就河套平原地下水环境背景值的研究还几乎属于空白,近年来,虽然有诸多学者对河套平原区地下水中水化学组分、水化学特征做过相关研究 [18 - 33 ] ,但研究内容均未涉及地下水环境背景值。为了解和掌握河套平原的水质分布规律,提升对该平原地下水水质形成演化机理的认识,本文将以2006 — 2009年中国地质调查局资助项目“内蒙古河套高砷地区地下水勘查与供水安全示范”取得的数据资料为依据,对河套平原地下水环境背景值进行深入研究,以期为今后的地下水质量评价、区域环境地质评价、水资源开发及城镇居民供水水质评价等提供科学依据。图1　研究区地理位置图Fig.1　Location　of　the　study　 area1　 研究区概况1.1　 自然地理河套平原位于内蒙古自治区的西部,东、北、西分别接乌拉山、阴山山脉和狼山,南临黄河与库布齐沙漠。河套平原属于温带大陆性干旱、半干旱气候区,降雨量小、蒸发强烈,多年平均降雨量为130~200mm ,蒸发量为1　900~2　500mm ,年平均气温5.6~7.8℃ 。地势总体西高东低,南北高中间低。本文中河套平原研究区的地理坐标范围为北纬40°10′~41°20′ ,东经106°15′~109°30′ ,行政区划属于巴彦淖尔市,其中包括乌拉特前旗、五原县、临河区、杭锦后旗、磴口县和乌拉特后旗、乌拉特中旗山前的部分乡镇,东西长约250km ,南北宽约60km ,总面积约13　000km2(见图1)。区内盛产小麦、玉米、葵花、西瓜等。研究区的地势平坦开阔,局部有一定的起伏,形成岗 丘 和 洼 地,总 体 上 主 要 表 现 为 以 下 3 种 地貌 [34 ] :(1 )狼山山前冲积洪积扇形倾斜平原。其宽约5~10km ,微向南倾,南部为扇前平原,包括扇裙前缘洼地和扇间地带,由于岩性变细,地势较低,常构成地下水的溢出带,形成由地下水补给的湖泊和湿地景观。(2 )黄河冲积湖积平原。地势平坦开阔,地形自西向东,由南向北逐渐降低,总的地势向东北倾斜,北部总排干一线是全区较为低洼的地段,区内由于黄河多次改道泛滥和残留湖泊的退缩,形成许多微地貌地形,如古河道、牛轭湖、槽形和碟形洼地、带状沙丘、丛草沙堆、串珠状湖泊、残留湖泊和湖沼地等。(3 )乌兰布和近代风积沙地。分布于磴口—太阳庙一线以西,面积约2　500km2 。地形总的趋势自东南向西北降低,地面海拔为1　070~1　030m 。沙地位于冲湖积平原之上,为就地起沙形成,目前大部分为固定与半固定沙丘。 刘文波,冯翠娥,高存荣/ 地学前缘 ( Earth 　Science 　 Frontiers ) 2014 , 21 ( 4 ) 　　149 　 　http :// www.earthsciencefrontiers.net.cn　地学前缘, 2014 , 21 (4 )1.2　 水文地质条件河套平原的沉积构造条件,形成了以细粒相为主的冲 - 湖积含水层系统,其中以上更新统冲积湖积粉细砂承压水和半承压水为主,因为含水层岩性颗粒粒度较细,水平渗透性差而使得径流条件差,加之地形平缓,水力坡度小,地下水径流极其缓慢。从河套平原全区来看,地下水总的流向自西向东,但是大部分的浅层地下水靠区内数条自南而北的排水干渠汇入北部由西向东的总排水干渠,然后再经总排水干渠流入东部的乌梁素海。由于乌梁素海的作用,东部地区往往又受到乌梁素海回水的补给,使地下水水位不断抬升,产生了大量的土壤次生盐渍化。平原区内地下水总体流动趋及流向见图2 。河套平原是一个以垂直水交替为主的封闭地下水盆地,由于降雨量少,所以除了北部山前洪积扇的部分地下水是来自山区的基岩裂隙水补给外,大部分的地下水是由引黄灌溉水的补给入渗形成的,在非灌溉期的8月份,地下水的水位埋深为1.50~4.26m ,而在在10月份的冬灌期,地下水的位可上升到0.50~3.28m 。2　 背景值研究方法2.1　 研究方法概述美国人康纳于 1975 年提出环境背景值的概念 [35 ] 。 1976年,我国在开展部分地区土壤调查时,引入“土壤环境背景值”的概念。 20世纪80年代初,我国水文地质学家正式提出“地下水环境背景值”的概念,并应用于相关研究中 [36 ] 。地下水环境背景值常用的方法主要有:类比法、历时曲线法、数理统计法、趋势分析法、剖面图法、变差曲线法等。在实际应用中,常用前3种。其中,类比法是一种间接方法,并不直接在工作区内开展工作,而是研究与工作区地质、地貌、水文地质条件相似的对照区内的地下水背景值,用以代表工作区内的背景值;历时曲线法则需要系统收集研究区内的长序列地下水水化学历史观测资料,研究水化学组分浓度未出现跃变之前的数据记录,以确定研究区的背景值;数理统计法,是对研究区进行水文地质分区的基础上布点、取样分析,然后运用统计方法处理分析结果,最终得出研究区背景值。2.2　 研究方法确定在本次地下水水质调查过程中,采集的水质样品数量较多,有足够的样本数量,满足水化学调查评价精度,而且采样点的代表性和均布性均较好,因此,本文采用了目前应用最多的地下水环境背景值研究方法即统计分析法。研究按照六个步骤进行:(1 )地下水环境分区;(2 )地下水样布点采集;( 3 )水化学样品分析;( 4 )数据检验;(5 )统计计算;( 6 )确定背景值。3　 地下水环境背景值3.1　 地下水环境分区河套平原地下水环境除受中新生代以来古气候、古环境、构造运动和断裂活动的影响外,还受盆地水文、水文地质条件以及气候条件的控制。根据河套平原的水文地质条件、水化学特征、地形地貌及地质构造等因素,将河套平原的地下水环境由北向南分为四个大区,即:( Ⅰ )淋溶区,面积为1　041.2km2 ;(Ⅱ )富 集 区,面积为 3　545.1km2 ;( Ⅲ )补 - 径 - 排综合区,该区又由西向东分为3个亚区,即( Ⅲ - 1 )径流 - 补给区(面积为4　580.6km 2 )、( Ⅲ - 2 )径流 - 聚集区(面积为1　270.7km2 )和(Ⅲ - 3 )滞留聚集区(面积为1　476.4km2 );(Ⅳ )构造侵染聚集区,面积为1　552.9km2(见图2)。( Ⅰ )淋溶区。地貌上属于平原周边的山前冲积扇地区(见图2 )。地下水接受大气降水和基岩山区侧向补给,地下水埋深较大,蒸发作用弱。受地形坡度控制,水力梯度较大,含水层以冲洪积作用形成的含砾粗砂及中砂为主,径流流速较快,交替积极,形成地下水淋溶 - 迁移带。( Ⅱ )富集区。地貌上属于山前洪积扇前缘到地形坡度较小的平原区(见图2 )。随着地形变缓,地下水水力坡度变小。该地带含水层沉积颗粒变细,主要为冲积湖积作用形成的中细砂、粉细砂和黏土夹层,透水性较差,地下水径流受阻,流速较慢,南、北双向的水流在此汇合聚集。因此,这一地带属于区内地下水富集带。在干旱的气候条件下,蒸发作用强烈,成为该地带主要排泄方式,地下水水质较差。( Ⅲ)补- 径 - 排综合区。地貌上属于地形极为平缓的中部平原区(见图2 )。在东西方向根据地下水的补、径、排特征分为3个亚区。