新疆三工河流域地下水研究進(jìn)展

魏　興，賈瑞亮，周金龍，魏守忠

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆兵團(tuán)十二師二二二團(tuán)，新疆 阜康 831505)

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新疆三工河流域地下水研究進(jìn)展

魏興1,2，賈瑞亮1,2，周金龍1,2，魏守忠3

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆兵團(tuán)十二師二二二團(tuán)，新疆 阜康 831505)

[摘要]在分析和總結(jié)前人研究成果基礎(chǔ)上，詳細(xì)地介紹新疆三工河流域地下水研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀，包括地下水特征及狀況、地下水可開采量研究、地表水與地下水的轉(zhuǎn)化研究、地下水資源合理開發(fā)利用、地下水與工農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境關(guān)系、地下水模型研究進(jìn)展。提出通過查明水文地質(zhì)條件，加強(qiáng)地下水污染運(yùn)移和利用多種模擬軟件開展對比研究等對近期三工河流域地下水進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]地下水；新疆三工河流域；研究進(jìn)展

新疆地處歐亞大陸腹地，為典型的干旱、半干旱的溫帶大陸性氣候。夏季炎熱，冬季寒冷，降水量少，蒸發(fā)量大。水資源短缺、生態(tài)脆弱是干旱區(qū)的基本特征[1]。新疆北部的三工河流域是干旱區(qū)中小型流域的典型代表，地下水在干旱區(qū)流域的生活、生產(chǎn)和生態(tài)方面占有十分重要的地位。具有代表性的三工河流域的地下水研究對于整個新疆乃至西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域的水資源開發(fā)及利用、規(guī)劃及管理、對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會和諧有十分重要的作用和意義。

1研究區(qū)概況

1.1自然地理

三工河流域位于天山北麓東部，準(zhǔn)噶爾盆地南緣。地理坐標(biāo)東徑 87 ° 47 ″ ～ 88 ° 17 ″，北緯 43 ° 09 ″ ～45 ° 22″，流域總面積1 670 km2，其中平原區(qū)面積870 km2。流域南部山區(qū)較濕潤，是水資源的形成區(qū)，北部平原干燥。

1.2水文地質(zhì)條件

三工河流域南接天山北麓中段東部，北接古爾班通古特沙漠，流域內(nèi)三條小河多年平均徑流量為9 222.2×104m3，是一個地表徑流量小、流程短的小流域。流域為大陸性干旱氣候類型，平原區(qū)多年平均降水191 mm，年平均蒸發(fā)量1 941 mm，干旱指數(shù)10.2，是一個水資源緊缺的干旱地區(qū)。三工河流域地形東南高、西北低。平原區(qū)地貌單元可分為沖洪積扇、沖洪積平原和沙漠區(qū)。沖洪積扇和沖洪積平原水文地質(zhì)條件見表1[2]。

2地下水研究內(nèi)容與現(xiàn)狀

2.1地下水特征及狀況

地下水水量穩(wěn)定且水質(zhì)好是干旱區(qū)重要的水資源，人類生產(chǎn)生存都離不來地下水。研究地下水特征是合理開發(fā)利用和規(guī)劃管理好地下水資源的基礎(chǔ)。2003年趙成義等用GIS技術(shù)和數(shù)學(xué)模型法在三工河流域以水量均衡為基礎(chǔ)，根據(jù)植被變化對地下水的影響，建立了內(nèi)陸河流域二維地下水運(yùn)動模擬模型，對植被變化對地下水的影響進(jìn)行了探討[3]。2005年孫寶林等根據(jù)三工河阜北地下水潛水均衡試驗場資料，分析區(qū)域潛水有效蒸發(fā)期4月至10月的蒸發(fā)量特征，提出潛水埋深調(diào)控區(qū)間[4]。2005年閆金鳳等應(yīng)用遙感、地理信息系統(tǒng)、空間插值和統(tǒng)計分析的方法，以新疆三工河流域綠洲為例，分析干旱區(qū)綠洲土地利用淺層地下水位水質(zhì)變化，得出綠洲的非農(nóng)業(yè)用地和農(nóng)業(yè)用地的持續(xù)增加，淺層地下水水位和水質(zhì)均有顯著性的時空變化[5]。2005年肖魯湘等利用數(shù)理統(tǒng)計軟件SPSS對三工河流域綠洲9口水質(zhì)長觀井的水質(zhì)資料進(jìn)行匯總和分析，得出三工河洪積扇—沖積平原綠洲區(qū)的地下水水質(zhì)存在顯著時空變異性[6]。2005年蘇里坦等用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法對面積約670 km2的三工河流域地下水礦化度進(jìn)行了取樣檢測并對數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差函數(shù)分析，得出地下水礦化空間尺度之內(nèi)具有分形特征度的局限性[7]。2009年閆金鳳等運(yùn)用GIS的地統(tǒng)計分析法對流域地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行半變異函數(shù)模型分析，揭示了干旱區(qū)綠洲地下水水質(zhì)空間變異性及分布特征[8]。2012年胡娟用數(shù)理統(tǒng)計法對位于三工河流域的阜康市平原區(qū)近10年地下水監(jiān)測井監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出阜康市平原區(qū)地下水水位呈逐年下降趨勢，并總結(jié)了水位下降的多種原因[9]。2012年劉芳分析了三工河流域阜北地下水潛水均衡試驗場多年資料，得出潛水蒸發(fā)與埋深具有較好的相關(guān)性[10]。2014年Xu Zhengjian等討論了地層水化學(xué)特征與油氣聚集之間的關(guān)系，并討論得出在三工河組TDS是最低的，對鈉氯系數(shù)、碳酸鹽平衡系數(shù)和硫酸系數(shù)，三工河組是最高的[11]。

表1　三工河流域水文地質(zhì)條件概況

2.2地下水可開采量研究

地下水資源是基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源。了解地下水資源動態(tài)變化及可開采量，對合理利用地下水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步十分重要。2002年魏守忠等利用相關(guān)分析法與地下水動態(tài)監(jiān)測、地下水開采量和流域徑流量等資料，分別計算了在不同保證率下三工河徑流量相對應(yīng)的地下水可開采量[12]。2003年周金龍等以阜康三工河流域潛水均衡試驗場，總結(jié)其潛水蒸發(fā)規(guī)律并得出的經(jīng)驗公式可用于區(qū)域地下水資源評價[13]。2005年王智等以三工河流域為例，對如何確定科學(xué)合理的地下水可開采量進(jìn)行了討論[14]。2005年李洪慶等分析了三工河流域的222團(tuán)灌區(qū)潛水埋深動態(tài)特征及其影響因素，計算了豎井排灌區(qū)地下水開采量，分析了潛水埋深關(guān)系，建立了開采量預(yù)測模型[15]。2006年王水獻(xiàn)等利用流域多年基礎(chǔ)資料，用水均衡方法，對現(xiàn)狀進(jìn)行水資源綜合分析并構(gòu)建出合理地下水?dāng)?shù)值模型，對地下水水位、水量預(yù)報，確定了合理的地下水資源量以及合理的可開采量[1]。2006年魏守忠用回歸分析法，根據(jù)地下水動態(tài)資料分析計算出該流域漁爾溝水源地年單位降深地下水開采量為597.3×104m3/m·a，開采能力較大[16]。2013年吳紅燕在位于三工河流域的阜康市利用動態(tài)相關(guān)法、典型流域開采模型法、可開采系數(shù)法分析確定地下水可開采量，計算出阜康市地下水可開采量為13 365×104m3/a[17]。

2.3地表水與地下水的轉(zhuǎn)化研究

1997年魏忠義和湯奇成分析了干旱區(qū)山區(qū)至平原地下水與河水的相互轉(zhuǎn)化與影響[18]。2000年年福華和李新就三工河流域源頭，從地表水與地下水的相互補(bǔ)給關(guān)系，分析了不同地段上的水量轉(zhuǎn)化特征[19]。2007年王春峰等采用中子儀、負(fù)壓計，對新疆三工河流域地面灌區(qū)進(jìn)行灌溉入滲實驗，較為準(zhǔn)確地描述了灌溉水在土壤中的運(yùn)動分布狀況及土壤水地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系[20]。

2.4地下水資源的合理開發(fā)利用

地下水資源是對于人類乃至整個自然界十分寶貴的資源，合理高效地開發(fā)利用地下水資源能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會進(jìn)步，在干旱區(qū)更是如此。2002年魏守忠利用流域徑流量、地下水動態(tài)監(jiān)測、地下水開采量等資料，運(yùn)用相關(guān)分析法，通過對三工河流域灌區(qū)需水量的預(yù)測，提出了緩解該流域工農(nóng)業(yè)需水量與流域水量之間的矛盾并給出合理利用地下水庫的建議[12]。2005年魏守忠等從三工河流域不同水文地質(zhì)單元區(qū)的地下水動態(tài)分析入手，對流域大力開發(fā)山前地下水庫出現(xiàn)的現(xiàn)象討論分析，綜合提出潛水溢出帶應(yīng)保持穩(wěn)定高水位，開采水位應(yīng)至少大于潛水溢出帶高程[21]。2006年王水獻(xiàn)等利用三工河流域多年資料，用水均衡法與綜合分析法，構(gòu)建出合理地下水?dāng)?shù)值模型并定出不同地下水開發(fā)利用模式與保護(hù)區(qū)，按限制開采、調(diào)控開采、調(diào)蓄開采、與禁止開采四個方面確定地下水利用模式[1]。2006年魏守忠對該流域222團(tuán)灌區(qū)現(xiàn)狀及未來節(jié)水戰(zhàn)略的實施進(jìn)行分析，得出流域水資源的高效合理利用對地下水的開發(fā)的緩解作用，在潛水溢出帶的漁爾溝水源地地下水的開發(fā)利用是可持續(xù)且高效的[13]。2006年閆金鳳等運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、地統(tǒng)計學(xué)和遙感的方法，對三工河流域綠洲土地利用/土地覆被變化對地下水位時空變異性影響作出分析，這對開采利用綠洲淺層地下水與維護(hù)周邊生態(tài)穩(wěn)定性有直接的現(xiàn)實意義[22]。2007年鄧銘江等總結(jié)國內(nèi)外地下水庫的建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合三工河流域的地貌單元、儲水構(gòu)造特征與水資源轉(zhuǎn)化特征，總結(jié)得出水資源利用應(yīng)依照水庫調(diào)蓄與地表水地下水相互轉(zhuǎn)化配合進(jìn)行[23]。2009年周金龍等以位于三工河流域的阜康市水土開發(fā)區(qū)為例，利用典型剖面分層土壤含鹽量及地下水水質(zhì)的測試結(jié)果，分析開墾初期有水平排水和無水平排水條件下土壤及地下水中鹽分再分布特征，得出了在耕作期排水排鹽與地下水含鹽量的關(guān)系，對水土資源開發(fā)利用起到重要幫助[24]。

2.5地下水與工農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境關(guān)系

地下水與人類的關(guān)系十分密切，對農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境有著重要影響。2002年Gu FX等在三工河流域研究了土壤水分與鹽分，得出土壤水分和鹽分的時空動態(tài)變化引起群落的更替，是影響植物群落分布和演替的主要因素[25]。2005年占車生等以三工河流域為研究對象，判定三工河流域生態(tài)需水的閾值區(qū)間，提出了人與生態(tài)和諧的水資源配置的對策和建議[26]。2007年王玉剛等利用GIS技術(shù)和地統(tǒng)計學(xué)方法，分析了近23 a來三工河流域尾閭綠洲地下水動態(tài)，以及地下水抬升與地表積鹽的關(guān)系，較完整地闡述了地下水變化與土壤積鹽的關(guān)系[27]。2008年惠小玲等分析了三工河流域沖洪積細(xì)土平原灌區(qū)土地鹽堿化成因及危害特征，得出水庫供水水源水質(zhì)與土壤次生鹽漬化是灌區(qū)鹽堿化主要原因[28]。2009年占車生等依據(jù)新疆三工河流域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展情況以及農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀，預(yù)測農(nóng)業(yè)需水及“四水”的平衡分析，為綠洲農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)做出一定貢獻(xiàn)[29]。2011年呂迎春對三工河周圍的四個煤礦開采對三工河的影響做了分析，對在礦區(qū)開采中，注意的事項及對地下水污染的防治提出建議[30]。2014年Li Qiao等通過對新疆平原地區(qū)深部地下水鹽漬化特征的分析，提出了四種鹽漬化成因，并提出了四種防止鹽漬化的對策[31]。

2.6地下水模型研究

以水文地質(zhì)概念模型為基礎(chǔ)所建立的、能刻畫和再現(xiàn)實際地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特征和各種滲透要素的一組數(shù)學(xué)表達(dá)式的地下水?dāng)?shù)學(xué)模型，對定量地研究地下水資源起著不可替代的作用。2002年王智等充分利用三工河流域地下水動態(tài)監(jiān)測資料，用MODFLOW進(jìn)行詳細(xì)的模擬計算，介紹了該模型在水文地質(zhì)參數(shù)擬合和地下水資源評價方面的應(yīng)用，對地下水超采問題做了很好的闡述，同時對地下水可開采量的確定上加深了其精度，并對在干旱區(qū)地下水研究有現(xiàn)實意義[32]。2010年閆金鳳等定量把土地利用與水資源之間是相互作用的互動過程進(jìn)行模擬，把GIS與FEFLOW結(jié)合進(jìn)行地下水?dāng)?shù)值模擬，探究了地下水位時空變化[33]。2015年李豐琇等綜述了新疆地下水水質(zhì)評價和水文地球化學(xué)模擬的研究進(jìn)展，為新疆今后開展地下水水質(zhì)評價和水文地球化學(xué)模擬的方向提供參考[34]。

3結(jié)語

地下水資源評價為水量與水質(zhì)兩個部分，如何更客觀真實的評價水資源，就要用新的研究方法與技術(shù)手段定性與定量地研究地下水資源。三工河流域是十分典型的完整性流域，對其的研究在很多方面也能輻射到其他干旱區(qū)內(nèi)陸河流域，這一定是有深遠(yuǎn)意義的研究。

根據(jù)三工河目前的地下水研究現(xiàn)狀，應(yīng)從以下幾個方面加強(qiáng)該流域地下水的研究：(1)應(yīng)更好更具體地查明水文地質(zhì)條件，了解地下水性質(zhì)與含水層、隔水層的水力性質(zhì)；可以嘗試用新的方法與技術(shù)手段(如用不同的同位素、地球物理勘測、可視化等)進(jìn)行研究。(2)應(yīng)加強(qiáng)以結(jié)合水質(zhì)研究為基礎(chǔ)的三工河流域的地下水污染運(yùn)移等方面的研究，并建立地下水資源管理系統(tǒng)、水污染監(jiān)測系統(tǒng)、水污染處理系統(tǒng)等。(3)加強(qiáng)地表水與地下水轉(zhuǎn)化研究，充分高效地利用好兩者之間的相互補(bǔ)給作用，做到可持續(xù)利用與發(fā)展。(4)在地下水?dāng)?shù)值模擬方面，可以結(jié)合該流域的地下水特點用多種模擬軟件開展對比研究，以期分析不同模擬軟件在干旱區(qū)地下水模擬研究中的優(yōu)缺點。

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Research progress of groundwater in the Sangong River Basin in Xinjiang

WEIXing1,2，JIA Rui-liang1,2，ZHOU Jin-long1,2，WEI Shou-zhong3

(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2.Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China；3.222nd Regiment of Corps twelve Division, Fukang 831505, Xinjiang,China)

Abstract:This paper based on analyzing and summarizing the previous research results, particularly introduced content and present of groundwater in the Sangong River Basin, including groundwater characteristics and condition, sustainable yield of groundwater, transformation relation between groundwater and surface water, rational development and utilization of groundwater, relations of groundwater and agricultural , industrial, and ecological environment, groundwater simulation. Finally, the research direction on groundwater in Sangong River Basin in the future was put forward.

Key words:Groundwater；Sangong River Basin in Xinjiang and research progress

[收稿日期]2015-10-28

[基金項目]新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)勘查基金項目-祁漫塔格整裝勘查區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查評價(S13-1-XJ01)專題

[作者簡介]魏興(1993-)，男，新疆阜康人，在讀碩士研究生，主攻方向：干旱區(qū)地下水資源評價。[通訊作者]周金龍(1964-)，男，浙江龍游人，教授，主要從事干旱區(qū)地下水利用與保護(hù)、灌區(qū)土壤水-鹽運(yùn)移監(jiān)測與模擬等研究工作。

[中圖分類號]P641.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)01-0019-03