黑河流域是我国第二大内陆河流域，是我国主要的生态危急区之一，也是我国水资源稀缺地区，且水环境急剧恶化已经严重影响该区域可持续发展。通过分析黑河流域地下水主要阴离子（Cl-，SO42-，HCO3-，F-和NOx-）和主要阳离子（Na+，Ca2+，Mg2+及K+）的含量，运用相关性分析法、离子比值法、Piper图法及氯碱性指数法等研究方法对黑河流域地下水的水化学特征和离子交换效果进行分析，揭示黑河流域地下水的水化学主要离子的来源及其分布特征，从而为黑河流域地下水水质评价提供科学依据。主要结论如下：
　　1.黑河上游地下水的pH、电导率（EC）及总溶解固体（TDS）分别是在7.4~8.3、5~3186μS/cm和3~1752mg/L之间变化；中游的pH、EC及TDS分别在6.2~9.4、256~12400μS/cm和111~6160mg/L之间变化；下游的pH、EC及TDS分别在5.6~9.3、344~7592μS/cm及118~5833mg/L之间变化。可知黑河中游和下游的pH、EC、TDS的含量变化范围大于上游，原因是中游和下游流域为平原地区，人类活动频繁，对地下水的影响较大。
　　2.Piper图结果表明黑河上游地下水水化学类型以HCO3-－Ca2+?Mg2+型和SO42-?Cl-－Na+型为主，中游以SO42-?HCO3-?Cl-－Mg2+型为主，下游以SO42-?Cl-－Na+?Mg2+型为主，产生差异的原因是黑河地下水水化学组分的控制作用不同。结合Gibbs图可知，黑河上游地下水的水化学成分主要由水岩相互作用控制，中游和下游的水化学成分由水岩作用和蒸发浓缩作用共同影响。
　　3.若氯碱性指数（CAI1和CAI2）均为正值，表明离子交换主要发生在高盐度的地下水中；如果为负值，表示氯－碱不平衡，发生阳离子－阴离子交换反应。研究中黑河上游和中游地下水的CAI1为负，CAI2为正，表明黑河中游和上游氯碱不平衡，发生了阴阳离子互相交换的反应；而黑河下游地下水的CAI1和CAI2均为正，表明离子交换主要发生在高盐度的地下水中，且离子交换作用也是影响地下水的水化学成分的一个重要机制。
　　4.黑河中游地下水中F-的含量呈现随深度的增加而降低的趋势，但是趋势并不明显；下游地下水中F-的含量呈现随着深度的增加而明显增加的趋势。其原因是黑河中游和下游区域蒸发作用强烈，地下水滞留时间较长，易于氟的富集。黑河上游的地下水中亚硝态氮和硝态氮的平均值分别为0.160mg/L和2.261mg/L；中游分别为0.188mg/L和20.262mg/L；下游分别为0.913mg/L和13.201mg/L。即黑河中游地下水中亚硝态氮和硝态氮的含量最高，下游次之，上游最低，说明了上游地下水的水质良好；由于化学肥料氮肥的大量使用及高强度的灌溉，黑河中游地下水氮污染严重；黑河下游由于受中游含氮量高的地表水补给，地下水也受到较为严重的氮污染。