张家界地质公园的水化学特征分析

贺莉

摘要 针对张家界地质公园内河流的水化学特征，在金鞭溪和索溪的干支流进行野外采样，并结合公园周边水文站的实测水化学数据，分析公园内河水的化学组分.分析认为，索溪流域每年的离子径流量约为1.5×104 t，其中，优势离子是Ca2+，然后依次是SO2-4，SiO2，Na+，Mg2+和K+.各干支流中，衫刀沟、鸳鸯溪和甘溪的离子质量浓度整体较高，尤以衫刀沟的离子质量浓度最高；琵琶溪和龙尾溪的离子质量浓度相对较小.

关键词水化学特征； 离子径流模数； 张家界地质公园

中图分类号P342+.1文献标识码A文章编号10002537（2015）01000606

张家界世界地质公园位于中国湖南省张家界市武陵源境内，其造景地貌类型多样，被名为“张家界地貌”[1].亚热带温暖湿润气候下的丰沛降水和强烈的溯源侵蚀作用是张家界峰林地貌形成的主要外动力之一[2].然而，处于热带亚热带湿润气候区的华南及华中地区为化学剥蚀模数的高值区[34].长江水系河水水化学组成主要受岩石溶解作用的影响，仅鄱阳湖水系各支流及长江中下游部分小支流站点表现出既受大气降水成分影响又受岩石溶解作用影响的过渡性质[5].为了更好地了解区域内降雨对岩石的溶解作用，本文以张家界世界地质公园中的地表河流金鞭溪和索溪（在索溪湖以上的河段）为研究对象，以周边水文站历史实测水化学数据为基础，结合野外采集样品的分析数据，分析区域内河水的水化学组成.

1研究区概况

张家界砂岩峰林地质公园位于湖南西北部张家界市武陵源区境内，属西南云贵高原东北沿武陵山腹地的中低山区.地理位置为29°16′25″～29°24′25″N，110°22′30″～110°41′15″E，面积达398 km2.气候类型为中亚热带山地型季风湿润气候，年均气温14～15 ℃，1月日均温度为1～5 ℃，7月日均温度为23～27 ℃，平均无霜期240～300 d，年平均相对湿度为77%，年降雨量为1 200～1 600 mm，且相对集中于夏季，侵蚀能力强.

公园地处整体呈北东走向的武陵山脉东北部，属于中国三大地貌阶梯中第二与第三阶梯间的过渡地带.地貌类型以石英砂岩峰林地貌为主，其次为喀斯特地貌、侵蚀构造地貌、河谷堆积地貌.构成张家界砂岩峰林地貌的岩石主要有单一的石英砂岩和石英砂岩夹页岩层[6].单一的石英砂岩为巨厚层，质纯，岩层厚度>520 m，石英含量75%～95%，其胶结物多为铁质、硅质等，岩石化学性质在表生环境下十分稳定，具较强的抗蚀性[6].石英砂岩夹页岩层存在于巨厚层石英砂岩中，其胶结物中含有钙质，抗风化侵蚀的能力较弱，易于风化剥蚀，造成崩塌.崩塌的岩块性脆而易裂，易被洪水带入河床[6].主要水系属洞庭湖支流澧水上游一级支流溇水的次一级支流索溪水系，流域面积534 km2，全长68.3 km.金鞭溪是张家界国家森林公园里唯一的河流，全长约8 000 m，发源于朝天观下的土地娅，由西南流向东北，途中汇合了多条溪流，经水绕四门进入索溪峪后称为索溪，并由索溪流入溇水.多年平均流量2.89 m3/s，落差150 m，河道宽3～20 m，上游3～5 m.本文研究区的位置如图1所示.

在索溪湖以上的索溪河段和金鞭溪均没有布设控制水文站，索溪的出口控制站是双枫潭水文站，仅有流量等实测资料，因此在分析中并没有考虑双枫潭水文站.而公园周边水文站中，仅大庸水文站（1997年改为张家界水文站）和长潭河水文站有水质测验项，本文的实测资料即来源于长潭河水文站、大庸水文站和三江口水文站.长潭河水文站是溇水的流域出口控制站，水文控制面积4 913 km2，多年平均径流量为5.37 km3，径流模数为1.068 m/a；大庸水文站属长江流域澧水水系澧水，在1947—1954年的水文控制面积为4 751 km2，1955年以后的水文控制面积为4 627 km2，多年平均径流量4.86 km3，径流模数为1.051 m/a；三江口水文站是澧水的出口控制站，代表澧水流域内的离子组成.

2野外调查及采样

于2012年4月进行了野外调查、样品采集和实验分析，野外测量历时6 d.本次野外考察的采集地点见图1.根据流域干支流情况布设采样点并采样[7]，并在野外现场测试pH值，水化学分析由中国科学院地理科学与资源研究所的理化中心测试分析.干流采样点一般布置在支流汇入点的上下游；支流采样点一般布设在支流出口处，代表了整条支流的离子化学组成及其对干流的物质贡献.采样点基本覆盖了区域内的主要支流，包括甘溪、鸳鸯溪、龙尾溪、衫刀沟、琵琶溪等支流，共20个测点，其中干流上共有测点11个，支流测点9个，测点的分布范围为29°18′41″～29°22′30″N，110°25′50″～110°29′25″E.

3结果分析

3.1水文站离子化学特征

根据澧水水系11个水文站多年径流量、含沙量和离子总量及集水面积估算，澧水流域内的离子径流模数为153.0 t/（km2·a），离子径流量为2.573 Mt，多年平均悬移质侵蚀模数469.2 t/（km2·a），矿化度多年平均值大于190 mg/L[8].根据溇水流域内水文站（上游南岔站和出口长潭河站）资料分析可知，河流穿行于石灰岩高山深谷中，风化壳较厚，径流深大于1 000 mm，化学剥蚀十分强烈，离子径流模数均在200～235 t/（km2·a）以上，矿化度大于190 mg/L[9].这说明溇水流域的化学剥蚀强度大于澧水流域的平均化学剥蚀强度.

表1同样表明，溇水长潭河站的离子径流模数大于200 t/（km2·a），大于澧水三江口站的离子径流模数156 t/（km2·a），也大于我国河流离子径流模数的均值44.2 t/（km2·a）[10].溇水流域内的矿化度达到190 mg/L（表2），大于世界河流的平均值（64.35 mg/L）及我国大中河流的均值166 mg/L（其他主要河流的离子总量为140～400 mg/L），也大于长江大通站的多年平均值（162 mg/L）和洞庭湖水系河水的平均矿化度（160 mg/L），接近淮河蚌埠站多年均值207 mg/L[1012].以上分析均表明，溇水流域内的离子径流模数和矿化度在澧水流域属偏大的流域.