区域盐分运动状况

三、区域盐分运动状况

水分在地球表面以降水——径流(地表和地下)——蒸散和入海的形式不停地循环和运动着。作为一种天然溶剂,水分在它的转运中,不断溶解和携带着多种矿物质盐类,构成一个运动着的、统一的物质流。溶于水中的矿物质主要是易溶性盐类,而易溶性盐类的运动,基本上是在水运动的影响和控制下进行的。水盐运动有着它自身的运动规律和特点,其中水运动起着主导的和决定性的作用。但是,水分与盐分毕竟是两种不同的物质,又有着各自的运动形式和规律。

盐分运动主要是在一定时空条件下,在土体和地下水中积聚和淋溶,以矿质化和淡化的形式进行的。在黄淮海平原这个大的空间范围内,水热条件的空间差异,必然影响着易溶性盐分在空间上,不同的地球化学分异。

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图2.2 黄淮海平原水量平衡模型

方框中数字:上为水量(亿立方米),下为各要素水量百分率

本平原上更新统和全新统沉积物中普遍埋藏着地下咸水,矿化度在2—10克/升,滨海区可达数10以至100克/升以上。咸水区面积达10万平方公里,其中浅埋藏(<10米)和深埋藏的面积约各占一半。地下咸水是古代积盐过程的历史记载。积盐的老地层为新地层所覆盖和处于水饱和环境,易溶盐的空间分异在水文地质作用下进行着再分化过程,原始积盐所表现的细小差异已经减小或消失,而代之以水文地质的分异特征。

上更新世以来的易溶盐的地球化学过程,在大区范围内可明显地分为以下4个积聚带:山前平原及南部平原的HCO3-Ca-Mg积聚带;冲积扇扇缘洼地的以硫酸盐为主的SO4-Ca-Mg和SO4-HCO3-Ca-Mg的积聚带(有石膏和芒硝的化学沉积);冲积平原的SO4-Cl-Na-Mg及Cl-SO4-Na-Mg积聚带;滨海平原的Cl-Na积聚带。

易溶盐的近代空间分异,是在气候、地学条件以及人为活动影响下,进行的一种十分复杂的地球化学过程。按其空间分异特征和易溶盐在土壤——潜水中淋溶和积聚的特点,可划分为以下5个大区和一些亚区:(见图2.3)

Ⅰ.淋失转运——重碳酸钙盐积聚区;

Ⅱ.淋失——重碳酸钙镁盐积聚区;

Ⅲ.苏打积聚区;

1重碳酸钠积聚亚区;

2苏打——硫酸盐——氯化物积聚亚区

Ⅳ.碱金属中性盐积聚区;

1低矿化淋失亚区;

2矿化强积盐亚区。

Ⅴ.氯化钠积聚区;

1高矿化强积盐亚区;

2高矿化自然脱盐亚区。

上述的易溶盐的大区分异,揭示了易溶盐的地球化学分异的总的特征和格局。但是,由于中小区地貌、地形、水文和水文地质条件,土壤特性以及人为活动(灌溉排水工程等)的影响,使易溶盐的积聚发生多种多样的积盐类型和一定形式的组合。组合中的各种积盐类型以不同比例搭配,呈大小不一的斑块镶嵌分布,构成了各具特色的图型和景观。

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图2.3 黄淮海平原易溶盐的地球化学分区

Ⅰ、Ⅱ……符号表示的内容与文中各区相同

在季风气候影响下形成的旱季和雨季的更替,也使土壤——潜水中的水盐循环系统,明显地表现为季节性的上行和下行过程更替的特点。水盐在土壤中作垂直方向的上行和下行运动,使盐渍地区的土壤也出现明显的旱季积盐过程和雨季脱盐过程的季节更替。与此同时,在地下水埋藏不深的冲积平原上,地下水也存在着旱季蒸发,水位回落和雨季接纳雨水补给,水位上升的相应过程。根据资料,海河、滦河平原区多年降水入渗补给潜水的水量为171.33亿立方米(胡学华,1979),黄淮海平原为471.48亿立方米(地质部水文地质工程地质局)。显然,这样大量的水分经土体而渗补到潜水,必然将土壤中的部分盐分淋洗到潜水,特别是在盐渍地区。在黄淮海平原约5万平方公里的盐渍地区,若按平均补给模式20万立方米/年·平方公里和平均脱盐系数3公斤/立方米计算,即每年经雨水从土体带入潜水的盐量约为3000万吨,平均每公顷6吨。

雨季里盐分从土壤上层淋溶到下层和潜水中,在旱季里又随着潜水蒸发而重新转入到土壤上层。随着水分在大气——土壤——潜水系统中的循环运行(特别是垂直方向),易溶盐分周而复始地频繁活动在土壤和潜水之间。

土壤中水盐上行与下行运动,积盐过程与脱盐过程的季节更替和易溶盐在土壤——潜水中频繁转移交换,是半湿润季风气候区水盐运动的基本特征。

气候、地形、地面被覆、土壤特性、地下水埋深和矿化度诸因素,构成一个相互联系、相互制约着的网络和系统,影响和控制着水盐的垂直运动。在某一定的位置上,土壤特性(主要是质地剖面)和地形,可视为相对稳定的一个系数,而气候因素主要是降水和蒸发力,是水(盐)运动的主要物质基础和能量(势能)的主要来源。地下水埋深既制约于气候因素,而又极大地影响和控制着水盐运动。在一定的地形、地面被覆和土壤条件下,气候——地下水埋深构成了一个影响系统,左右着一个地区水盐的垂直运动,图2.4表示了这个过程。

我们用月干燥度表示气候因素中的实际蒸发能力。月干燥度过程线和地下水埋深过程线的叠合,决定了水盐垂直运动的方向和强度,并表现出周年内的阶段性变化特征。在这个过程中反馈现象很普遍,对水盐运动的方向和强度起着重要作用。春季里,在蒸发能力增强,水盐上行运动加剧的同时,潜水位的下降和地面干土层的形成和加厚,又逐渐加强了对水盐上行运动的抑制过程,以致使上行过程减缓,或停止下来。雨季里降雨量和入渗量加大可促进水盐下行。与此同时,随着地下水水位的升高而加大了“顶托”作用,使水盐下行运动逐渐减弱以至完全停止。(见图2.4)

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图2.4 气候一地下水埋深影响系统和水盐垂直运动关系示意图

在气候一地下水影响系统的作用下,周年内水盐运动可分为如下5个阶段:

(1)春季强烈上行阶段。干燥度最高,水盐强烈上行,随着反馈作用的增强而上行运动逐渐减弱。

(2)初夏稳定阶段。在地下水埋深继续加大和反馈作用的强烈抑制下,水盐上行运动很弱或近于停止。

(3)雨季下行阶段。下行运动强度决定于雨量、雨型和地下水位上升的反馈作用情况。

(4)秋季上行阶段。干燥度不高,但地下水位高,上行速度有时不低于春季。

(5)冬季冻结稳定阶段。水分以气态形式向上层转移凝结,但数量有限。盐分上行近于停止。