渭干河流域位于塔里木盆地北部，地理坐标位于东经80°13′—84°00′，北纬40°93′—42°65′之间，包括库车县西部、新和县北部、拜城县南部、沙雅县北部和温宿县东部. 流域北部以却勒塔格山为主体，走向自西向东，主要由第三系上新统地构成；中部主要以渭干河冲洪积平原为主；南部则以塔里木河泛滥平原为主，村庄城镇主要分布在流域中南部. 流域内地下水广泛分布于第四系孔隙含水层，其地下水含水结构由北部的单一结构逐渐过渡至南部的多层结构. 北部山区主要被砂卵砾石覆盖，并逐渐向南部的粉细砂过渡. 研究区的弱透水层岩性主要为亚砂土与亚黏土，局部区域存在黏土^[13]. 研究区北部山区地下水主要补给途径为山区大气降水、冰雪融水及基岩裂隙水，南部平原区地下水主要补给途径为沿岸渗漏补给^[14]. 地下水的排泄方式主要以植物的蒸发蒸腾作用、人为的生活灌溉开采为主.

流域内能源矿产十分丰富，油气田主要分布于塔里木盆地北缘库车-沙雅-拜城一带，煤炭资源主要分布在库车-温宿一带，经过多年发展改造，该地区已成为塔里木盆地开发石油的重要基地. 在土地利用方面主要以农业为主，流域中下游渭-库绿洲耕地面积占总面积62.5%^[15].

2018年在研究区采集浅层地下水水样65组（其中潜水26组，浅层承压水39组，潜水均为单一结构潜水，承压水区所取水样均为浅层承压水）（图1）. 依据《地下水环境监测技术规范（HJ 164-2020）》对水样进行采集、保存与送样. 研究区地下水指标测试由新疆地矿局第二水文地质工程大队实验室完成，各指标检测方法及检出限见表1.

利用SPSS 26.0软件进行描述性统计分析，确定地下水中各项水化学指标的特征值. 利用Grapher 11软件绘制Gibbs图、SPSS 26.0软件进行绝对主成分得分-多元线性回归受体模型（APCS-MLR）分析，确定研究区地下水化学成因. 利用Origin 2022软件绘制Durov图对地下水水化学类型进行分类，绘制离子比值图分析各离子来源.

APCS-MLR是在因子分析的基础上，将因子分析的各组分得分转变为绝对真实得分（APCS），在通过多元线性回归（MLR）计算确定主因子对各个指标的贡献率^[16]，其具体过程如下：

（1）对各指标数据进行标准化：

式中，${Z_{ij}}$为标准化后各指标浓度值；${C_{ij}}$为各指标浓度实测值；$\overline {{C_i}}$为各指标浓度实测平均值；${S_i}$为标准偏差.

（2）引入一组各指标浓度为0的样本，其公式为：

（3）运用因子分析法，提取出各指标实测数据的主成分，得到取样点的主成分因子得分；结合引入样本${\left( {{Z_0}} \right)_i}$值，得到各指标对应的主成分得分系数；再将各指标实测组分得分减去引入各指标浓度为0的样本的主成分得分系数即得到APCS.

（4）将各指标浓度作为因变量，APCS作为自变量进行MLR分析，即可确定各个指标对主成分的贡献率，其公式为：

式中：${B_{0i}}$为第i项的多元线性回归常数项；${{\rm{APCS}}_p}$为绝对主成分得分；${{\rm{APCS}}_p} \times {B_{pi}}$为组分p对指标浓度${C_i}$的贡献值.

渭干河流域潜水pH变化范围为7.1—8.2，平均值为7.6，浅层承压水pH变化范围为7.1—8.8，平均值为7.7，总体呈现弱碱性（表2）. 潜水与浅层承压水中阳离子浓度Na⁺+K⁺>Ca²⁺>Mg²⁺，潜水中阴离子浓度SO₄²⁻>HCO₃⁻>Cl⁻>NO₃⁻，浅层承压水中阴离子浓度SO₄²⁻>Cl⁻>HCO₃⁻>NO₃⁻. 流域内潜水TDS范围为206.0—3476.3 mg·L⁻¹，均值为869.8 mg·L⁻¹，淡水（TDS<1 g·L⁻¹）、微咸水（1 g·L⁻¹<TDS<3 g·L⁻¹）和咸水（3 g·L⁻¹<TDS<10 g·L⁻¹）分别占潜水水样的76.9%、19.2%和3.9%. 浅层承压水TDS范围在276.1—7105.0 mg·L⁻¹，均值为1277.5 mg·L⁻¹，淡水、微咸水和咸水分别占浅层承压水水样的61.5%、28.2%和10.3%. 研究区内浅层地下水以淡水为主，且TDS沿地下水流向呈递增趋势.

流域内浅层地下水TH总体较高，潜水TH范围为138.1—1272.0 mg·L⁻¹，均值为452.1 mg·L⁻¹，浅层承压水TH范围为40.5—2272.0 mg·L⁻¹，均值为519.9 mg·L⁻¹. 流域内潜水中软水（75 mg·L⁻¹ <TH<150 mg·L⁻¹）、微硬水（150 mg·L⁻¹ <TH<300 mg·L⁻¹）、硬水（300 mg·L⁻¹ <TH<450 mg·L⁻¹）和极硬水（TH>450 mg·L⁻¹）分别占潜水水样的11.5%、19.2%、46.2%和23.1%，浅层承压水中占比分别为12.8%、20.5%、20.5%和46.2%.

通过渭干河流域地下水化学Durov图（图2）可以看出，潜水水样分布较为分散，水化学类型复杂多样，潜水水化学类型主要为HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca、HCO₃·Cl-Na·Ca·Mg、HCO₃·SO₄-Ca和SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型. 浅层承压水阳离子主要靠近Na⁺+K⁺轴，阴离子则主要靠近SO₄²⁻与Cl⁻轴，从潜水到浅层承压水，水样点逐渐趋向岩盐溶解与阳离子交换，Na⁺和Cl⁻逐渐呈主导趋势，浅层承压水水化学类型以SO₄·Cl-Na 和HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型为主.

对流域内65组浅层地下水水样的10项指标进行KMO和Bartlett球形检验，检验值为0.674和0，满足KMO>0.50和Bartlett显著性<0.05的标准，表明变量间存在一定的相关性，可以做主成分分析^[17]. 在水样中提取出了3个特征值大于1的主成分，贡献率分别为62.81%、20.29%和10.19%，解释累积贡献率93.29%，可基本反映原始样本信息. 使用ACPS-MLR能进一步量化得到各指标的贡献率，研究区浅层地下水的预测值与实测值的R²介于0.692—0.999之间，表明模型基本可靠.

由水化学组分主成分荷载值（表3）与地下水各组分贡献率（图3）可以看出，研究区浅层地下水的F1因子中主要荷载为TH、TDS、Na⁺+K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻和SO₄²⁻，各组分贡献率分别为54.6%、65.5%、72.5%、46.6%、57.7%、69.6%和65.9%. 其中TDS的荷载最高，表明水化学组分受天然水文地球化学影响较大，碳酸盐岩、硅酸盐岩和蒸发盐岩矿物在地下水沿途流动的过程中发生溶解，控制着TDS的大小. 此外，渭干河流域位于西北内陆干旱区，水位埋深较浅，一般为2—6 m^[15]，潜水蒸发强烈，使得地下水中TDS升高. 因此将F1命名为蒸发浓缩-岩石溶滤因子.

浅层地下水的F2因子中主要载荷为HCO₃⁻和pH，且两者之间呈较强的负相关关系，其水化学组分贡献率分别为76.6%和90.4%. 地下水中的HCO₃⁻主要来源于碳酸盐岩的溶解，当地下水处于碱性或偏碱性环境时，会促使HCO₃⁻向CO₃²⁻转化，即碳酸盐岩的溶解作用受到地下水酸碱度的影响^[18]. 因此将F2命名为酸碱环境影响因子.

浅层地下水的F3因子中主要荷载为NO₃⁻，贡献率为52.3%. NO₃⁻能反映人类活动的影响，研究区作为新疆主要的农耕区，农业生产中氮肥的过量使用，以及人类生活中所排放的污水均会导致地下水中NO₃⁻含量增大，因此将F3命名为农业-生活污染因子.

地下水化学组成有多种成因，运用Gibbs图可以判断地下水在演化过程中受到大气降水（APD）、蒸发-浓缩作用（ECD）和岩石溶滤作用（RWD）的影响^[19]. 大部分取样点落于ECD区域中，个别取样点落于RWD区域内（图4），表明该区地下水化学主要受到蒸发-浓缩作用，其次受到岩石溶滤作用，这与APCS-MLR源解析中F1因子分析结论一致. Gibbs图中，γNa⁺/γ（Na⁺+Ca²⁺）相较于γCl⁻/γ（Cl⁻+HCO₃⁻）具有较好的聚集性，且部分样点位于Gibbs图模型范围外，表明研究区在受到蒸发浓缩和岩石溶滤影响以外，还可能受到人类活动和阳离子交换作用的影响.

离子比值可以对地下水水化学组分的补给来源做出判别，不同岩石风化会产生不同的离子，通过对各类离子的比值关系进行分析，可以有效的判别出其水文地球化学过程. 通常用混合图来揭示化学风化作用产生的离子^[20].

通过γ（Cl⁻+SO₄²⁻）与γHCO₃⁻和γ（SO₄²⁻+HCO₃⁻）与γ（Ca²⁺+Mg²⁺）的离子比例关系能够识别出研究区地下水化学成分所受硅酸盐岩、蒸发盐岩以及碳酸盐岩风化的影响大小^[21]. 由图5（a）可知，研究区取样点多数位于蒸发盐岩控制区域，少部分位于碳酸盐岩控制区域，且浅层承压水相较潜水更远离1:1等值线，表明研究区地下水水化学主要成分来源于蒸发盐岩溶解，部分来源于碳酸盐岩的溶解，浅层承压水受蒸发盐岩风化影响程度要高于潜水. 由图5（b）可知，取样点基本位于1:1等值线附近，部分取样点位于硅酸盐岩控制区域，若地下水中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻和HCO₃⁻来源于碳酸盐岩与蒸发盐岩溶解，则阴阳离子之间应当存在电荷平衡，而1:1等值线以下取样点的Ca²⁺和Mg²⁺的含量要低于SO₄²⁻和HCO₃⁻，则存在其他阳离子（如Na⁺）来平衡多出来的阴离子的量，表明硅酸盐岩的溶解也会对研究区地下水主要组分的含量起到一定的影响.

通过γCl⁻与γNa⁺/γCl⁻的离子比关系可以对研究区地下水中的Na⁺的来源做出判别. 地下水中Na⁺主要来源于大气降雨与蒸发盐岩和硅酸盐岩的溶解，海水和大气降水的Na⁺与Cl⁻比值大约为0.86左右，在未受人类活动影响下岩盐溶解的Na⁺与Cl⁻比值大约为1左右^[22]. 由图6（a）可知，研究区取样点大多位于γNa⁺/γCl⁻=1直线之上，表明研究区Na⁺除了来源于岩盐溶解之外，还来源于阳离子交换作用和含钠硅酸盐岩的溶解. 部分取样点位于γNa⁺/γCl⁻=1直线之下，Cl⁻在地下水中较为稳定，一般只会在与其他水体混合时才会发生改变，研究区存在大量的灌溉用地，其所属的渭干河-库车三角洲绿洲更存在着大量机井，部分地区单井设计不合理，成井质量不高，使用年限短，报废率高，使隔水层破坏，且长期缺乏维护的机井会使浅层地下水沿井壁下渗，从而导致不同含水层间混合. Ca²⁺和Mg²⁺的来源可以通过γCl⁻与γCa²⁺/γMg²⁺的离子比关系判断，若γCa²⁺/γMg²⁺=1，则说明Ca²⁺与Mg²⁺来源于白云石的溶解；若1<γCa²⁺/γMg²⁺<2，则说明有更多的方解石溶解；若γCa²⁺/γMg²⁺>2，则说明有硅酸盐岩或石膏溶解^[23]. 由图6（b）可知，研究区大部分取样点位于1<γCa²⁺/γMg²⁺<2之间，表明方解石的溶解是地下水中Ca²⁺的主要来源. 部分取样点位于γCa²⁺/γMg²⁺=1附近，且浅层承压水相较于潜水更加接近，表明浅层承压水受白云石溶解影响的程度要高于潜水，此外还存在个别取样点位于γCa²⁺/γMg²⁺=2之上，表明研究区地下水中的部分Ca²⁺和Mg²⁺来源于硅酸盐岩或石膏的溶解. 通过γSO₄²⁻/γHCO₃⁻与γ（Ca²⁺+Mg²⁺）/γHCO₃⁻的离子比例关系可以对地下水中的Ca²⁺和Mg²⁺的来源做出进一步判别. 若γ（Ca²⁺+Mg²⁺）/γHCO₃⁻=2，表明地下水中HCO₃⁻参与碳酸盐岩的溶解；若γSO₄²⁻/γHCO₃⁻=1，表明地下水中SO₄²⁻参与碳酸盐岩的溶解^[24]. 由图7（a）可知，研究区取样点大多位于γ（Ca²⁺+Mg²⁺）/γHCO₃⁻=2附近，表明Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于碳酸盐岩的溶解，部分取样点位于石膏溶解线附近，表明部分Ca²⁺来源于石膏等蒸发盐岩的溶解.

阳离子交换作用主要发生在Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺之间，通过γ（Na⁺+K⁺−Cl⁻）与γ（Ca²⁺+Mg²⁺-SO₄²⁻-HCO₃⁻）之间的比值可以对研究区地下水中的阳离子交换作用做出判别，当两者比值呈负相关时，表明地下水中发生阳离子交换作用^[25]. 当取样点趋向于第二象限时，表明Ca²⁺和Mg²⁺释放，Na⁺吸附，即地下水中发生了正向阳离子交换作用；当取样点趋向于第四象限时，则反之. 如图7（b）所示研究区取样点大多位于第四象限，部分位于第二象限，表明研究区地下水中主要发生反向阳离子交换作用. 结合APCS-MLR源解析F2因子，弱碱性环境促进碳酸盐岩的溶解，从而使得Ca²⁺、Mg²⁺在水中含量上升，而Ca²⁺、Mg²⁺吸附亲和力要高于Na⁺，导致地下水中的Ca²⁺和Mg²⁺置换出周围岩土颗粒表面的Na⁺，使得地下水中Na⁺相对富集. 潜水分布在斜率为-1.37（R²=0.81）的直线附近，浅层承压水分布在斜率为 -1.05（R²=0.78）的直线附近，表明浅层承压水中的阳离子交换作用要高于潜水.

流域内的渭-库三角洲绿洲是新疆的主要粮棉产地之一，更是阿克苏地区最大的灌溉区，农业产业较为发达，此外其上游区域还分布着丰富的矿产资源^[26]. 随着地区经济的发展与人口的增长，流域内地下水的化学组分受人类活动的影响越来越大. 一般来说，地下水中γCl⁻/γNa⁺和γNO₃⁻/γNa⁺的比值愈大，地下水化学组成所受人类活动的影响就愈强烈^[27]. 研究区浅层地下水水样中Cl⁻含量相较于Na⁺含量较高（图8（a）），表明人类活动对该区浅层地下水的化学组分造成了一定的影响，且水样的分布趋向于城市污染的区域，该区城镇人口集中，使浅层地下水受到生活污水的影响较为突出. 这与APCS-MLR源解析F3因子分析结论一致，各类肥料的使用和生活污水的不当处理会对流域内地下水化学组分的形成造成一定的影响. 研究区潜水的γSO₄²⁻/γNa⁺和γNO₃⁻/γNa⁺明显高于浅层承压水（图8（b）），潜水埋藏较浅，人类活动产生的生活污水、工业废水以及过量使用的农业肥料等，会对潜水的水化学组成造成更大的影响.

（1）渭干河流域内地下水总体呈现弱碱性，优势阳离子和阴离子分别是Na⁺+K⁺和SO₄²⁻，潜水水化学类型较为复杂，主要有HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca、HCO₃·SO₄−Ca、HCO₃·Cl-Na·Ca·Mg和SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型；浅层承压水水化学类型以SO₄·Cl-Na 和HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型为主.

（2）离子比值法与APCS-MLR模型结果表明，渭干河流域中地下水的主要化学组分受到蒸发浓缩作用和岩石溶滤作用的影响. 研究区地下水中Na⁺主要来源于岩盐的溶解，Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于碳酸盐岩溶解，部分来源于石膏等蒸发盐岩和硅酸盐岩溶解. 此外，Ca²⁺、Mg²⁺还与Na⁺发生了阳离子交换作用，对地下水化学组分产生了一定的影响，且从潜水到浅层承压水的阳离子交换作用呈现增强趋势. 人类活动对流域内浅层地下水的水化学组分产生了一定的影响，且对潜水的影响程度大于浅层承压水.