天山北麓水文地質研究程度的分析

張 磊，陳旭光，劉 斌，蔡青勤，陳和軍，陳德斌

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局第二水文地質工程大隊，新疆 昌吉 831100;2.新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局，新疆 烏魯木齊 830000)

準噶爾盆地南緣天山北麓地區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)國民經濟發(fā)展與建設的中心，是區(qū)內西部大開發(fā)戰(zhàn)略的“快車道”和示范區(qū)。該區(qū)東起木壘縣，西至博樂市，南以北天山北麓山前為界，北至古爾班通古特沙漠前緣。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入開展與實施，天山北麓地區(qū)水文地質研究程度是區(qū)內地下水資源開發(fā)利用、水資源評價與社會經濟發(fā)展的基礎，因此分析以往水文地質研究存在的問題，并提出解決問題的辦法與建設性意見，正確認識水文地質條件，合理地評價區(qū)內地下水資源，對天山北麓地區(qū)的水資源開發(fā)利用、規(guī)劃及管理有著重要的指導意義。

1 地質及水文地質條件

天山北麓總體地勢由南東向北西傾斜，海拔高度由山區(qū)3 000～5 000 m向盆地邊緣綠洲帶遞減至600～800 m，東部到瑪納斯湖降至257 m，西部到艾比湖降至189 m;構造單元區(qū)域上由南向北為天山褶皺帶、山前坳陷帶和準噶爾地塊［1］;地表水系主要有博爾塔拉河、庫松木切克河、精河、四棵樹河、奎屯河、八音河、金溝河、瑪納斯河、塔西河、呼圖壁河、三屯河、頭屯河、烏魯木齊河、三工河、開墾河等，總徑流量為 82.794 7 × 108m3/a①.［2］。

準噶爾盆地南緣天山北麓水文地質條件具有干旱區(qū)內陸盆地山前帶的一般規(guī)律。南部山區(qū)為水資源的形成區(qū)，山前沖洪積平原區(qū)為地下水的徑流區(qū)，瑪納斯湖、艾比湖為流域地下水的最終排泄區(qū)［3］。受新構造運動及地下水補給條件好的影響，天山北麓山前地帶沉積著巨厚的第四系松散堆積物，最大厚度可達1 000多 m以上，沙漠區(qū)前緣東道海子 －小拐 －甘家湖也達400～600 m(見圖1、2、3)，賦存有豐富的地下水。地下水類型為松散巖類孔隙水，富水性由山前到沙漠(或匯流中心)表現為弱—強—弱的變化規(guī)律(見圖4)，沿G312線一帶含水層富水性最強，單位涌水量為10～30 m3/h·m或＞30 m3/h·m，該帶兩側含水層富水性減弱至1.0～10 m3/h·m;單井實際涌水量山前帶下部4 000～7 000 m3/d，沙漠區(qū)前緣105團－106團－135團 －車排子地段400～600 m深井達3 000～5 500 m3/d;含水層巖性由山前帶到沙漠(或匯流中心)，由卵礫石、砂礫石(單一結構)逐漸過度為中粗砂、粉細砂(多層結構)(見圖1、2、3);地下水水位埋深由山前－溢出帶 －沙漠(或匯流中心)表現為由 ＞100 m逐漸過渡為＜1 m，再由 ＜1 m增大為4～10 m、承壓水頭埋深20～40 m;溢出帶部分地段地下水自流①;地下水補給主要接受山區(qū)側向徑流、溝谷潛流、河道入滲、田間灌溉入滲、降水入滲、渠系入滲等的補給，以泉水溢出、蒸發(fā)蒸騰、人工開采等為主要排泄方式。

2 水文地質研究程度分析

準噶爾盆地南緣天山北麓自上世紀九十年代年以后，先后開展過烏魯木齊河流域、頭屯河流域、三屯河流域、呼圖壁河流域、瑪納斯河流域、奎屯河流域、博爾塔拉河流域，以及各縣市水資源開發(fā)利用規(guī)劃的地下水資源評價工作，除此之外開展過的工作還有1991年新疆水利廳《新疆地下水資源評價》、2000年新疆國土資源廳《新疆地下水資源評價》、2004年新疆農業(yè)大學《新疆地下水資源調查與評價》、2006年新疆地質調查院《新疆準噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問題調查評價》四次大的區(qū)域性地下水資源評價。然而隨著區(qū)內水資源需求的增加、地下水開發(fā)利用程度的大大提高，區(qū)內水文地質條件發(fā)生了大的變化。受工作性質及經費投入所限，研究程度不能滿足對現狀地下水資源開發(fā)的指導，地下水資源評價滯后于水資源的開發(fā)需求。通過對上述水文地質工作成果及2000－2005新疆準噶爾盆地(天山北麓)地下水勘查與新疆準噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問題調查項目的實際外業(yè)調查成果綜合分析，已開展的水文地質研究程度所取得的水文地質資料尚不夠完善，存在以下不足。

1)天山北麓地帶山前沉積著巨厚第四系松散堆積物，上世紀九十年代以后在東道海子－小拐－甘家湖細土平原－沙漠區(qū)前緣地下水開發(fā)深度已達400～600 m(見水文剖面圖2)，而每次的地下水資源評價深度還是停留在上世紀八十年代的150～300 m的勘探深度上，其水文地質結構模型垂向上控制不足、平面上分布不均，控制性研究程度鉆孔明顯不足，因此建立的地質結構模型與水文地質結構模型與該區(qū)實際地質結構與水文地質結構存在較大的偏差，控制深度和控制精度不夠。

2)由2000－2005年新疆準噶爾盆地(天山北麓)地下水勘查與新疆準噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問題調查項目的實際外業(yè)調查區(qū)內山前平原區(qū)地下水溢出帶向北2～5 km，由于地下水的開采引起了承壓水頭持續(xù)下降，使得承壓水水頭低于潛水水位10～35 m①②③、，改變了下層承壓水向淺層地下水越流的補給條件，使得溢出帶向北2～5 km以北的地下水開采層(30～60 m以下)不再存在渠系、灌溉入滲補給［4］，而九十年代以后渠系、灌溉入滲補給只是維持了潛水蒸發(fā)與蒸騰(與上世紀五六十年代相比，潛水水位下降不大)，而以往的地下水補給計算把下游的渠系、灌溉入滲補給列入到以地下均衡計算中，因此地下水的補給量計算要小。

3)地下水開采量的統(tǒng)計是地下水資源計算中源匯項里一個重要基礎項［5］，據1996－2005年的實際調查與統(tǒng)計，各縣市地下水開采由于受水利、兵團、個體三家的不統(tǒng)一管理，以及其他因素的影響，開采量統(tǒng)計不全，水利公報上的縣市水資源開采量要比實際偏小1/4～1/3(縣市水利局了解也是如此)④⑤⑥。如奇臺縣2006年超采區(qū)劃定報告中地下水開采量為3.66×108m3/a，水資源公報中地下水開采量約為2.936×108m3/a;呼圖壁縣超采區(qū)劃定報告中地下水開采量為3.2×108m3/a，水資源公報地下水開采量約為 2.2×108m3/a。而以往的地下水資源計算是以水資源公報中的開采量為準進行計算的，由于區(qū)內的地下水開采量占總補給量的39.2% ～60.8%，因此計算的地下水資源量偏小。

4)天山北麓中段的烏魯木齊河—奎屯河流域地段內第三系存在著一定數量的地下水側向補給，根據水利部門對區(qū)內各河流測站、渠首站統(tǒng)計資料，以及區(qū)內水利部門的各河流流域規(guī)劃報告，山區(qū)地下水對平原區(qū)側向補給量應采用山區(qū)測站流量+丘陵產流—渠道測站流量計算。經略算，山區(qū)地下水對平原區(qū)側向補給量為 3.618 7×108m3/a［6］。以往的地下水補給計算中均將該地段作為一個相對隔水邊界處理，只計算了河谷潛流量，因此所計算的補給量比實際側向補給量要小得多。

5)天山北麓中段溢出帶以北5～8 km至沙漠區(qū)在上世紀七十至九十年代間，地下水普查、詳查投入的大量勘探工作是采用優(yōu)質泥漿鉆探工藝(勘探深度150～300 m)施工的，取得的水文地質參數遠比目前農業(yè)開發(fā)采用低粘度泥漿、快速成井(勘探深度400～600 m)的施工工藝的出水量、滲透系數要小，而以往的地下水資源評價所需的水文地質參數及計算深度均停留在上世紀九十年代勘探深度150～300 m上，而九十年代后地下水開發(fā)利用深度達400～600 m。由于計算深度和計算選取的水文地質參數的偏差，研究的北部側向排泄量不夠準確。

6)天山北麓山前帶平原東西長約920 km，南北寬約70～100 km，區(qū)內的地下水水位統(tǒng)測及動態(tài)監(jiān)測是確定區(qū)內的地下水位變幅與地下水流場的基礎，也是年內地下水資源儲存量的變化量計算的關鍵數據［5］，以往的水文地質工作除新疆準噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問題調查評價項目外，其它項目沒有做過整體地下水流場的統(tǒng)測研究工作。由于天山北麓山前帶平原東西長、面積大，以往的地下水位統(tǒng)測與動態(tài)長觀除控制點不足外，更受工作人員少的制約，水位統(tǒng)測一次需要一個半月以上(兩到三個組)，時間上不符合水位統(tǒng)測及地下水動態(tài)觀測的規(guī)范要求。

7)由于全球氣候得變暖，山區(qū)冰川消融，雪線上升，區(qū)內水資源總量在不斷的減少。如烏魯木齊河上游冰川研究，自上世紀六十至九十年代，155條冰川平均后退95 m，冰儲量減少72.8億 m3;奎屯河哈希勒根51號冰川1964—1999年退縮了49 m，1999－2001年退縮10.3 m①，以往的水資源評價沒有考慮冰川消融造成的水資源減少因素，因此水資源總量計算不夠準確。

8)天山北麓中西段山前沉積著巨厚第四系松散堆積物，大者可達千余米以上，其含水層厚度巨大，以往的水文地質工作缺少對150～250 m以下含水層的巖性、富水性、水文地質參數的研究，因此對山前帶巨厚含水層的水文地質條件尚未完全了解。

9)天山北麓中段存在著呼圖壁河、瑪納斯河、安集海河、獨山子山間洼地地下水庫，該區(qū)地下水庫是以第三系背斜隆起為天然“壩體”的水庫(見瑪河流域構造剖面圖，圖5)。地下水補給均來自南部山區(qū)地表水在流經低山區(qū)及庫區(qū)構造裂隙、河谷漂卵石及洼地第四系礫巖裂隙時的入滲補給［7］，目前該區(qū)地下水庫部分地段開展過以水源地供水、農業(yè)灌溉用水為主要目的的水文地質勘查工作，但山間洼地作為地下水的整體調蓄水庫，對其調蓄能力以及解決下游農業(yè)用水春旱夏余的卡脖子旱問題未進行過系統(tǒng)的水文地質研究工作。

10)準噶爾盆地南緣天山北麓地區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)經濟發(fā)展的重點地區(qū)，區(qū)內存在著地礦、水利、兵團三家水文地質隊伍，各自掌握著自己的水文地質成果資料，地礦部門掌握著大量的水文地質勘探資料與勘查技術;水利部門掌握著大量的地表水資料與技術，以及鑿井及地下水開采資料，兵團部門掌握著自己地段地下水開發(fā)利用鑿井與開采資料。由于三家部門缺少必要的成果資料共享，使得每次地下水資源評價都存在一定的研究程度不足，并且造成重復工作。

3 加強水文地質勘探研究建議

綜合以往準噶爾盆地南緣天山北麓地區(qū)水文地質研究程度存在的問題，區(qū)內進一步深化水文地質工作研究程度及地下水資源評價除按照水文地質規(guī)范要求進行外，還應著進一步深化研究以下幾個方面的水文地質問題。

1)天山北麓地區(qū)分布范圍東西較長，面積較大，尤其中段是新疆地下水資源開發(fā)利用程度最高的地區(qū)，2008年全區(qū)地下水開發(fā)利用量已達 35億 m3以上。由于區(qū)內存在著地礦、水利、兵團三家單位，各自掌握著不同的水文地質研究資料，因此需要政府部門組織與協(xié)調三家單位共同應用已有的水文地質研究資料，較深入的開展天山北麓地下水資源評價工作，避免區(qū)內水文地質重復研究現象。

2)天山北麓由南向北構造單元分為天山褶皺帶、山前坳陷帶和準噶爾地塊，受喜瑪拉雅末期構造運動的影響，褶皺、斷裂發(fā)育，形成了一系列軸向與天山平行的背斜隆起及平原區(qū)隱伏隆起［8］，其北部第三系向斜凹陷處在 105－149團地段，第四系基底與艾丁湖基底高程相當，為負200～250 m左右，第四系厚度巨大，是區(qū)內地下水主要的賦存空間，目前尚存在以下問題需進一步研究:第四系地質結構模型與水文地質結構模型控制深度不夠;區(qū)內開采深度已達400～600 m，缺少對該區(qū)段水文地質參數的研究;缺少對300 m深度內高粘度泥漿鑿井技術對求取水文地質參數的影響研究，缺少對山前帶下部含水層水文地質條件的研究。

3)結合區(qū)內前人資料，進行新一輪地下水資源開采量調查、統(tǒng)計及地下水長觀、統(tǒng)測工作，達到準確確定地下水位變幅與流場，并評價地下水資源量的目的。建議新一輪的調查研究工作以縣市為單位，地下水開采量調查、長觀、統(tǒng)測，周期為2年。長觀與統(tǒng)測時間要求各縣市統(tǒng)一，長觀每月一次;統(tǒng)測為每年豐、枯水期各一次，時間達到規(guī)范要求，

4)加強對烏魯木齊河—奎屯河流域地段的山區(qū)河流測站與渠首站測流統(tǒng)計工作，區(qū)內山前帶的第三系地段存在著一定數量的地下水側向補給，因此在今后的水文地質深化研究中，一定要加強該段山區(qū)測站與渠首測站的流量觀測工作，再者要對河流的山區(qū)測站與渠首測站實施物探、鉆探等勘探性研究，準確地計算河谷潛流量，同時也要考慮山區(qū)測站與渠首測站之間的水面蒸發(fā)以及區(qū)間的洪流來水與入滲補給量的研究。

5)深化對天山北麓中段山間洼地地下水庫的研究，對山區(qū)各地下水庫開展系統(tǒng)的水文地質研究工作，研究山區(qū)地下水庫形成的機理，查明山區(qū)地下水庫的地下水儲量、補給量及調蓄能力，并對其進行規(guī)劃，解決下游區(qū)春季干旱及卡脖子旱的季節(jié)性缺水問題。

6)自上世紀五六十年代以來由于氣候變暖，山區(qū)冰川不斷消融，加大了地表水補給量，使得區(qū)內的河流來水量有所增加，但從區(qū)內冰川融水量來看遠遠大于河水的增加量，說明區(qū)內水資源總量在不斷地減少。因此今后的水文地質工作要充分研究冰川消融對區(qū)內水資源的影響，對區(qū)內的冰川年平均消融量進行實地研究與計算，更好地指導區(qū)內水資源開發(fā)利用。

7)隨著地下水開發(fā)利用程度不斷提高，區(qū)內的水文地質條件與地下水資源也在不斷地變化，為更好的指導區(qū)內水資源開發(fā)利用與規(guī)劃工作，應建立一個從奇臺到博樂市的地下水數值模擬平臺，較系統(tǒng)地掌握區(qū)內地下水資源在時空上的變化，為天山北麓經濟帶水文地質研究程度深化及地下水資源可持續(xù)利用提供依據。

8)深化區(qū)內同位素研究，利用氚、碳 －14年齡及放射性同位素氚資料研究地下水淺層、中層、深層含水層年齡與地下水更新速率，計算各含水層的地下水補給量，為進一步深化地下水研究奠定基礎。

4 結語

天山北麓地區(qū)是一個地下水賦存豐富的地區(qū)，隨著區(qū)內地下水開發(fā)利用深度及程度的提高，區(qū)內水文地質條件發(fā)生了變化。受工作性質及經費投入所限，上世紀九十年代以后的水文地質研究程度不足，使得區(qū)內地下水資源評價滯后于水資源開發(fā)的需求，地下水資源評價不夠完善與準確。為解決水資源評價滯后于社會經濟發(fā)展需求的問題，今后的水文地質工作需要不斷深化研究深層地下水水文地質參數與含水層結構，重視地下水開采量調查及水位水量長觀、統(tǒng)測工作的時效性、統(tǒng)一性，開展下游區(qū)渠系、灌溉入滲對開采層地下水的補給程度研究工作，對天山北麓中段的第三系山前段存在的地下水側向補給進行研究;同時還要研究冰川消融對區(qū)內水資源的影響及山區(qū)地下水庫的調蓄作用，同時還應建立從奇臺到博樂地區(qū)的地下水數值模擬平臺，以上問題是提高當前天山北麓水文地質研究程度需要探討和研究的重大課題。

［1］徐開禮，朱志澄.構造地質學［M］.北京:地質出版社.1984.

［2］周聿超.新疆河流水文水資源［M］.烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社.1996.

［3］王大純，張人權，史毅虹.水文地質學基礎［M］.北京:地質出版社.1980.

［4］陳夢熊.中國地下水資源與環(huán)境［M］.北京:地震出版社.2002.

［5］趙運昌年.中國西北地區(qū)地下水資源［M］.北京:地震出版社.2002.

［6］陳旭光.陳德斌，等.天山北麓中段基巖山區(qū)地下水對山前平原區(qū)側向補給的探討［J］.新疆地質.2003.21(3):369～370.

［7］陳旭光.陳德斌，等.天山北麓瑪納斯河流域山間洼地地下水庫的形成機理與開發(fā)利用的意義［J］.新疆地質.2004.22(3):248～252.

［8］中國科學院蘭州地質所.準噶爾盆地構造特征及形成演化［M］.1985.

① 新疆地質調查院.新疆準噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問題調查評價.2006.

②新疆地礦局第二水文地質工程地質大隊.新疆準噶爾盆地(天山北麓)地下水勘查.2002.

③新疆昌吉洲水利科學技術研究所.新疆昌吉回族自制洲平原區(qū)地下水資源調查與評價.2004.

④新疆國土資源廳.新疆地下水資源評價.2000.

⑤ 新疆農業(yè)大學.新疆地下水資源調查與評價.2004.