基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别
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ｓｏｌｉｄｓ （ＴＤＳ），ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｍａｉｎ ｉｏｎｓ ａｎｄ ｐＨ ｈａｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ
ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｓ ｏｖｅｒ ９．８ ｍｇ ／ Ｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １．６ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅ⁃
［１２－１５］
。 聚类分析主要有系统
聚类法和 Ｋ－均值算法 ２ 种方法，该研究采用系统聚类法。
系统聚类分析选用瓦尔德法（离差平方和法），区间测量采用
５２ 卷 ２ 期 韩晓东等 基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别
１ 研究区概况
水
宝丰、新郑、汤阴、磁县、沙河、石家庄、唐县、易县以及惠南庄
南水北调中线工程（ 坐标 １１１．７１° ～ １１６．２７° Ｅ，３２．６７° ～
１１ 个断面以及南水北调中线干渠源头（丹江口水库等） 采集
水北调中线干渠水及其周边地下水水力联系的备选指标。 利用聚类分析和水化学类型的相似性，剔除了与干渠水可能存在水力联系的
地下水样钠离子浓度，初步确定南水北调中线沿线与干渠水没有水力联系的地下水钠离子浓度大于 ９．８ ｍｇ ／ Ｌ，且该数值是干渠水钠离
子浓度的 １．６ 倍以上。 因此，可将钠离子浓度及其参考范围用于快速判断南水北调干渠周边地下水与干渠水是否存在水力联系。
，沿华北平原中西部边缘自流到北京市颐和园团城湖的
样低温保存，送至自然资源部地下水矿泉水及环境监测检测
３９．９８°Ｎ）是从长江最大支 流 汉 江 中 上 游 的 丹 江 口 水 库 调
［９］
１９１
输水工程（图 １）。 干渠沿线途径南阳、平顶山、许昌、郑州、
焦作、新乡、鹤壁、安阳、邯郸、邢台、石家庄、保定、北京、天津
多指标的水质监测致使运行成本过高，同时数据量巨大，增
津冀以及河南地区水资源短缺的重大水利工程［２］ 。 这些水
的同时，也使得人类面临的水安全问题比以往任何时候都更
加复杂［３］ 。 例 如， 南 水 北 调 中 线 总 干总面积 １５．５ 万 ｋｍ２ ，虽然相关研究表明
１４ 个大中城市，输水干渠总长 １ ２７７ ｋｍ
［２］
。 干渠南北横跨亚
热带季风和暖温带季风 ２ 个气候区，其区域年降水量５４３ ～
１ １７３ ｍｍ，年平均气温 １４．６ ～ ２１．２ ℃ ［１０］ 。 自 ２０１４ 年通水以
来，南水北调中线工程累计向华北地区输水超 ３００ 亿 ｍ ，占
３
河南、河北、北京、天津 ４ 省（ 市） 饮用水的 ７０％以上
关键词 南水北调干渠；水化学；地下水；水力联系；钠离子
中图分类号 Ｐ ６４１．１２ 文献标识码 Ａ
文章编号 ０５１７－６６１１（２０２４）０２－０１９０－０７
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０２．０４２
开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
灵敏度问题，却存在检测费用偏高的问题。 因此，从检测费
性。 另外，一旦水利工程设施维护不及时，在基底高于周边
用相对低廉的一般水化学指标中筛查出可有效、快速识别干
地下水水位的渠段就存在南水北调干渠水外泄并补给地下
渠水与其周边地下水水力联系的指标成为南水北调干渠水
水的安全风险。 因此，高效、经济的干渠水与其周边地下水
Ｒｏｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ ４７３００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ，ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ， ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ
［２－３］
。 南
水北调中线干渠跨越长江、黄河、海河、淮河四大流域，地下
水埋藏条件不一，部分渠段基底低于其周边地下水位
２ 材料与方法
［１１］
。
２．１ 采样与分析 ２０２０—２０２１ 年夏季从陶岔（ 渠首）、姜沟、
１２７ 组地下水样、５４ 组干渠水样以及 ５ 组源头地表水样。 水
中心检测。 水样测试指标包括 ｐＨ、溶解性总固体（ ＴＤＳ） 浓
盐含量。 检测指标的相对误差均在 ５％以内。 上述水化学指
标分析所用的地下水样、干渠水样以及源头地表水样分别有
４１、１７ 和 ５ 组。
图 １ 研究区概况
Ｆｉｇ．１ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ
２．２ 聚类分析 基于水化学指标信息，可将水样依据水化学
信息的相似程度进行聚类分析
有限公司渠首分公司南阳管理处，河南南阳 ４７３００８；３．中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 ０５００６１）
摘要 从一般水化学角度研究了南水北调中线源头地表水、干渠水及其周边地下水的差异。 结果发现，钠离子在地下水与干渠水和源
头地表水中的浓度差异最为明显，其次是总溶解固体（ＴＤＳ）浓度，其他主要离子以及 ｐＨ 差异均不明显，说明钠离子浓度可作为识别南
水力联系的水质监管模式。 南水北调作为人工水利工程而
言，利用水位、水温等物理参数信息识别其干渠水与周边地
下水水力联系时存在信息灵敏度不高的问题；另外，同位素
响，存在安全隐患。 例如，南水北调中线部分渠段基底低于
信息用于识别干渠水与周边地下水水力联系时虽然不存在
其周边的地下水水位，致使其存在地下水补给干渠水的可能
ＨＡＮ Ｘｉａｏ⁃ｄｏｎｇ１ ，ＪＩＡ Ｂｉｎｇ⁃ｙｉｎｇ１ ，ＨＥ Ｋａｎｇ２ ｅｔ ａｌ （ １． Ｈｅｂｅｉ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｄｄｌｅ⁃Ｒｏｕｔｅ Ｃｏ．，
Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ ０５００３５；２． Ｎａｎｙａｎｇ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｑｕｓｈｏｕ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｄｄｌｅ⁃
度以及钾离子、钠离子、钙离子、镁离子浓度以及氯化物、硫
酸盐、重碳酸盐以及硝酸盐含量。 其中，ｐＨ 使用意大利哈纳
（ＨＡＮＮＡ）便携式 ｐＨ 测试仪进行现场检测；ＴＤＳ 浓度采用重
量分析法测定；钾离子、钠离子、钙离子、镁离子浓度采用电
感耦合等离子原子发射光谱法测定；采用酸碱滴定法测定重
碳酸盐含量；采用离子色谱法测定氯化物、硫酸盐以及硝酸
收稿日期 ２０２２－１０－１４
质监管工作中亟待解决的工作难点。 为阐明南水北调中线
干渠水及其周边地下水化学特征，筛查出可有效识别干渠水
与其周边地下水差异的水化学指标，笔者利用聚类分析等方
法评估所筛选出的识别干渠水与其周边地下水水力联系的
水化学指标，以期为南水北调干渠水质监管工作提供技术支
撑，进而保障南水北调工程的安全供水。
ｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｑｕｉｃｋｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｎａｌ ｏｆ
Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ．
安徽农业科学，Ｊ．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃ．Ｓｃｉ． ２０２４，５２（２） ：１９０－１９６
基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别
韩晓东１ ，贾兵营１ ，何 康２ ，陈 玺３∗
（１．中国南水北调集团中线有限公司河北分公司，河北石家庄 ０５００３５；２．中国南水北调集团中线
基金项目 中国南水北调集团中线有限公司资助项目“ 南水北调中线
干线水体特征与溯源分析 研究” （ ＺＸＪ ／ ＨＢ ／ ＹＷ ／ ＳＺ － ２０２０ －
００７） 。
作者简介 韩晓东（１９８３—） ，女，河北冀州人，高级工程师，硕士，从事
南水北调工程水质监测工作。 ∗通信作者，高级工程师，从
事水文地质调查工作。
ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｅ⁃
ｔｗｅｅｎ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ
Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｙｐｅｓ，ｓｏｄｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ
ｓａｍｐｌｅｓ ｔｈａｔ ｍｉｇｈｔ ｈａｖｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ｗｅｒｅ ｅｘｃｌｕｄｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｄｅｌｉｎｅａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ
南水北 调 中 线 工 程 运 行 至 今 干 渠 水 质 长 期 处 于 良 好 状
态［３－５］ ，但其长距离、宽范围的特征使其极易受外界因素的影
方法［６－８］ 。 然而，对南水北调工程的水质监管工作而言，长期
大了分析难度。 因此，从运行成本和分析难度来看，需要基
于少量指标甚至单一指标即可识别干渠水与其周边地下水
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍａｉｎ ｃａｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；Ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ
伴随着人口增长及城镇化发展，水资源供需矛盾日益凸
的水力联系识别方法是保障南水北调水利工程水安全的有
工程，以满足缺水地区生活用水、工业生产以及农业灌溉等
目前，水位、水温等物理参数信息与同位素以及常规水
显。 为了满足区域水资源合理配置的需求，新建了大量水利
效手段之一。
方面的用水需求［１］ 。 例如，我国南水北调中线工程是缓解京
化学信息组合使用是识别地表水和地下水水力联系的常用
利工程在连接和分配河流、湖泊以及其他水资源供人类使用
Ｉｎｄｉｃｅｓ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｃａｎａｌ Ｗａｔｅｒ ｉｎ Ｍｉｄｄｌｅ Ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ
Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｓ ｏｖｅｒ ９．８ ｍｇ ／ Ｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １．６ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅ⁃
［１２－１５］
。 聚类分析主要有系统
聚类法和 Ｋ－均值算法 ２ 种方法，该研究采用系统聚类法。
系统聚类分析选用瓦尔德法（离差平方和法），区间测量采用
５２ 卷 ２ 期 韩晓东等 基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别
１ 研究区概况
水
宝丰、新郑、汤阴、磁县、沙河、石家庄、唐县、易县以及惠南庄
南水北调中线工程（ 坐标 １１１．７１° ～ １１６．２７° Ｅ，３２．６７° ～
１１ 个断面以及南水北调中线干渠源头（丹江口水库等） 采集
水北调中线干渠水及其周边地下水水力联系的备选指标。 利用聚类分析和水化学类型的相似性，剔除了与干渠水可能存在水力联系的
地下水样钠离子浓度，初步确定南水北调中线沿线与干渠水没有水力联系的地下水钠离子浓度大于 ９．８ ｍｇ ／ Ｌ，且该数值是干渠水钠离
子浓度的 １．６ 倍以上。 因此，可将钠离子浓度及其参考范围用于快速判断南水北调干渠周边地下水与干渠水是否存在水力联系。
，沿华北平原中西部边缘自流到北京市颐和园团城湖的
样低温保存，送至自然资源部地下水矿泉水及环境监测检测
３９．９８°Ｎ）是从长江最大支 流 汉 江 中 上 游 的 丹 江 口 水 库 调
［９］
１９１
输水工程（图 １）。 干渠沿线途径南阳、平顶山、许昌、郑州、
焦作、新乡、鹤壁、安阳、邯郸、邢台、石家庄、保定、北京、天津
多指标的水质监测致使运行成本过高，同时数据量巨大，增
津冀以及河南地区水资源短缺的重大水利工程［２］ 。 这些水
的同时，也使得人类面临的水安全问题比以往任何时候都更
加复杂［３］ 。 例 如， 南 水 北 调 中 线 总 干总面积 １５．５ 万 ｋｍ２ ，虽然相关研究表明
１４ 个大中城市，输水干渠总长 １ ２７７ ｋｍ
［２］
。 干渠南北横跨亚
热带季风和暖温带季风 ２ 个气候区，其区域年降水量５４３ ～
１ １７３ ｍｍ，年平均气温 １４．６ ～ ２１．２ ℃ ［１０］ 。 自 ２０１４ 年通水以
来，南水北调中线工程累计向华北地区输水超 ３００ 亿 ｍ ，占
３
河南、河北、北京、天津 ４ 省（ 市） 饮用水的 ７０％以上
关键词 南水北调干渠；水化学；地下水；水力联系；钠离子
中图分类号 Ｐ ６４１．１２ 文献标识码 Ａ
文章编号 ０５１７－６６１１（２０２４）０２－０１９０－０７
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０２．０４２
开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
灵敏度问题，却存在检测费用偏高的问题。 因此，从检测费
性。 另外，一旦水利工程设施维护不及时，在基底高于周边
用相对低廉的一般水化学指标中筛查出可有效、快速识别干
地下水水位的渠段就存在南水北调干渠水外泄并补给地下
渠水与其周边地下水水力联系的指标成为南水北调干渠水
水的安全风险。 因此，高效、经济的干渠水与其周边地下水
Ｒｏｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ ４７３００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ，ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ， ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ
［２－３］
。 南
水北调中线干渠跨越长江、黄河、海河、淮河四大流域，地下
水埋藏条件不一，部分渠段基底低于其周边地下水位
２ 材料与方法
［１１］
。
２．１ 采样与分析 ２０２０—２０２１ 年夏季从陶岔（ 渠首）、姜沟、
１２７ 组地下水样、５４ 组干渠水样以及 ５ 组源头地表水样。 水
中心检测。 水样测试指标包括 ｐＨ、溶解性总固体（ ＴＤＳ） 浓
盐含量。 检测指标的相对误差均在 ５％以内。 上述水化学指
标分析所用的地下水样、干渠水样以及源头地表水样分别有
４１、１７ 和 ５ 组。
图 １ 研究区概况
Ｆｉｇ．１ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ
２．２ 聚类分析 基于水化学指标信息，可将水样依据水化学
信息的相似程度进行聚类分析
有限公司渠首分公司南阳管理处，河南南阳 ４７３００８；３．中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 ０５００６１）
摘要 从一般水化学角度研究了南水北调中线源头地表水、干渠水及其周边地下水的差异。 结果发现，钠离子在地下水与干渠水和源
头地表水中的浓度差异最为明显，其次是总溶解固体（ＴＤＳ）浓度，其他主要离子以及 ｐＨ 差异均不明显，说明钠离子浓度可作为识别南
水力联系的水质监管模式。 南水北调作为人工水利工程而
言，利用水位、水温等物理参数信息识别其干渠水与周边地
下水水力联系时存在信息灵敏度不高的问题；另外，同位素
响，存在安全隐患。 例如，南水北调中线部分渠段基底低于
信息用于识别干渠水与周边地下水水力联系时虽然不存在
其周边的地下水水位，致使其存在地下水补给干渠水的可能
ＨＡＮ Ｘｉａｏ⁃ｄｏｎｇ１ ，ＪＩＡ Ｂｉｎｇ⁃ｙｉｎｇ１ ，ＨＥ Ｋａｎｇ２ ｅｔ ａｌ （ １． Ｈｅｂｅｉ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｄｄｌｅ⁃Ｒｏｕｔｅ Ｃｏ．，
Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ ０５００３５；２． Ｎａｎｙａｎｇ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｑｕｓｈｏｕ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｄｄｌｅ⁃
度以及钾离子、钠离子、钙离子、镁离子浓度以及氯化物、硫
酸盐、重碳酸盐以及硝酸盐含量。 其中，ｐＨ 使用意大利哈纳
（ＨＡＮＮＡ）便携式 ｐＨ 测试仪进行现场检测；ＴＤＳ 浓度采用重
量分析法测定；钾离子、钠离子、钙离子、镁离子浓度采用电
感耦合等离子原子发射光谱法测定；采用酸碱滴定法测定重
碳酸盐含量；采用离子色谱法测定氯化物、硫酸盐以及硝酸
收稿日期 ２０２２－１０－１４
质监管工作中亟待解决的工作难点。 为阐明南水北调中线
干渠水及其周边地下水化学特征，筛查出可有效识别干渠水
与其周边地下水差异的水化学指标，笔者利用聚类分析等方
法评估所筛选出的识别干渠水与其周边地下水水力联系的
水化学指标，以期为南水北调干渠水质监管工作提供技术支
撑，进而保障南水北调工程的安全供水。
ｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｑｕｉｃｋｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｎａｌ ｏｆ
Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ．
安徽农业科学，Ｊ．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃ．Ｓｃｉ． ２０２４，５２（２） ：１９０－１９６
基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别
韩晓东１ ，贾兵营１ ，何 康２ ，陈 玺３∗
（１．中国南水北调集团中线有限公司河北分公司，河北石家庄 ０５００３５；２．中国南水北调集团中线
基金项目 中国南水北调集团中线有限公司资助项目“ 南水北调中线
干线水体特征与溯源分析 研究” （ ＺＸＪ ／ ＨＢ ／ ＹＷ ／ ＳＺ － ２０２０ －
００７） 。
作者简介 韩晓东（１９８３—） ，女，河北冀州人，高级工程师，硕士，从事
南水北调工程水质监测工作。 ∗通信作者，高级工程师，从
事水文地质调查工作。
ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｅ⁃
ｔｗｅｅｎ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ
Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｙｐｅｓ，ｓｏｄｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ
ｓａｍｐｌｅｓ ｔｈａｔ ｍｉｇｈｔ ｈａｖｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ｗｅｒｅ ｅｘｃｌｕｄｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｄｅｌｉｎｅａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ
南水北 调 中 线 工 程 运 行 至 今 干 渠 水 质 长 期 处 于 良 好 状
态［３－５］ ，但其长距离、宽范围的特征使其极易受外界因素的影
方法［６－８］ 。 然而，对南水北调工程的水质监管工作而言，长期
大了分析难度。 因此，从运行成本和分析难度来看，需要基
于少量指标甚至单一指标即可识别干渠水与其周边地下水
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍａｉｎ ｃａｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；Ｓｏｄｉｕｍ ｉｏｎ
伴随着人口增长及城镇化发展，水资源供需矛盾日益凸
的水力联系识别方法是保障南水北调水利工程水安全的有
工程，以满足缺水地区生活用水、工业生产以及农业灌溉等
目前，水位、水温等物理参数信息与同位素以及常规水
显。 为了满足区域水资源合理配置的需求，新建了大量水利
效手段之一。
方面的用水需求［１］ 。 例如，我国南水北调中线工程是缓解京
化学信息组合使用是识别地表水和地下水水力联系的常用
利工程在连接和分配河流、湖泊以及其他水资源供人类使用
Ｉｎｄｉｃｅｓ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｃａｎａｌ Ｗａｔｅｒ ｉｎ Ｍｉｄｄｌｅ Ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈ⁃ｔｏ⁃Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ
Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ