石羊河流域地下水盆地分區(qū)劃分研究

(甘肅省水利廳石羊河流域管理局，甘肅 武威 733000)

1 地形地貌概況

石羊河流域內(nèi)地勢(shì)南高北低，自西南向東北傾斜，由南而北可分四個(gè)地形區(qū)，即為南部的祁連山地、中部的走廊平原、北部的北山山地和阿拉善高原。走廊平原又可劃分為灌溉綠洲區(qū)和戈壁沙漠區(qū)。南部祁連山山體海拔高程大多在2 000～5 000 m之間，4 000 m以上發(fā)育著現(xiàn)代冰川，最高峰冷龍嶺海拔高達(dá)5 254.5 m。北部有龍首山、北大山和雅布賴山，龍首山最高海拔3 616 m。南北兩山之間為走廊平原，海拔在1 500～2 200 m之間，地勢(shì)平坦，有灌溉綠洲與戈壁斷續(xù)分布。北部的阿拉善高原海拔1 500～2 200 m，雅布賴山主要為復(fù)合沙山，海拔多為1 200～1 500 m，雅布賴山東南為民勤綠洲和滕格里沙漠。

2 區(qū)域地質(zhì)

2.1 地層巖性

流域內(nèi)各時(shí)代地層均有出露，地層序列比較完整，有多種類型的沉積建造，前第四系主要分布在南部祁連山區(qū)以及北部的龍首山及北山一代；第四系主要分布于走廊平原區(qū)。

2.1.1 前第四系

祁連山、龍首山以及北山均有大面積分布，主要地層巖性有寒武系中下統(tǒng)(∈1-2)變質(zhì)砂巖，奧陶系下統(tǒng)車輪溝群上組(O1ch2)變質(zhì)砂巖、千枚巖夾石英巖，二迭系下統(tǒng)大黃溝群(P1dh)砂巖、砂礫巖，二迭系上統(tǒng)(P2yg)窯溝群砂巖、粗砂巖、礫巖，三迭系中下統(tǒng)(T1-2)砂巖夾頁巖、砂礫巖，三迭系上統(tǒng)延長(zhǎng)群(T3yn)砂巖、頁巖，侏羅系中下統(tǒng)窯街群(J1-2yj)砂巖夾礫巖、頁巖，侏羅系上統(tǒng)享堂群(J3xn)砂巖夾礫巖，白堊系下統(tǒng)河口群(K1hk)頁巖、砂巖、砂巖夾泥巖。

2.1.2 第四系

第四系地層為本次研究的主要含水層，根據(jù)已有調(diào)查及鉆探資料，總結(jié)分析如下：

(1)第四系下更新統(tǒng)(Q1)

下更新統(tǒng)為一套冰水-河流-湖相堆積物，并經(jīng)歷過構(gòu)造變動(dòng)，巖相變化大，巖性復(fù)雜，有自前山帶向盆地中心由粗變細(xì)的變化規(guī)律。山前南營(yíng)一線，平均厚度約56.6 m。武威城區(qū)附近，厚度77～213 m。饅頭山北麓和潮水山南麓出露面積小，厚度小于12 m。昌寧盆地厚度大于200 m。潮水東盆地厚度大于70 m。民勤區(qū)下部的巖性為半固結(jié)-松散的河湖相砂、礫砂與泥巖互層。

(2)第四系中更新統(tǒng)(Q2)

在南部祁連山山前零星出露厚度約5～20 m的冰水-洪積礫石層，呈帽狀蓋于新近系丘陵頂部；河口地帶為礫卵石層，可見厚度5～8 m。

南部武威區(qū)為洪積物，自南而北由砂礫卵石層過度為砂礫卵石、砂、亞砂土多層結(jié)構(gòu)，厚度10～300 m。民勤區(qū)地層巖性表現(xiàn)為砂、礫砂、亞砂土及亞粘土互層的多層結(jié)構(gòu)。昌寧區(qū)地層巖性為砂礫石夾亞砂土，厚度30～50 m。潮水東區(qū)地層巖性以砂礫石、泥質(zhì)砂礫石和泥質(zhì)粉砂、亞粘土為主，厚度50～150 m。

(3)第四系上更新統(tǒng)(Q3)

流域低山丘陵分布有上更新統(tǒng)中期風(fēng)積馬蘭黃土，厚度一般2～10 m，疏松，具大孔隙，不顯層理，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育。在走廊平原區(qū)大面積出露，巖性以礫卵石為主，表層有薄層亞砂土、亞粘土覆蓋。厚度受祁連山前隱伏斷層控制，斷層以南厚度一般10～30 m，斷層以北厚度大于100 m；昌寧區(qū)下部埋藏地層以砂礫卵石為主，厚度20～70 m。潮水東區(qū)下部埋藏地層為砂礫石、含礫中細(xì)砂和亞砂土、粉細(xì)砂，厚度11～51 m。

(4)第四系全新統(tǒng)(Q4)

全新統(tǒng)下組沖洪積物：廣泛分布于傾斜平原及河谷(溝)Ⅱ階地上，以土黃色亞砂土為主，結(jié)構(gòu)疏松，局部地段夾砂和小礫石透鏡體，厚度山前地帶可達(dá)10 m，一般為1～3 m。河(溝)谷級(jí)階地表層亞砂土之下的礫卵石層厚度小于5 m。

全新統(tǒng)上組沖洪積物：分布于流域內(nèi)大型河谷的河漫灘及Ⅰ級(jí)階地上，巖性為砂礫卵石和亞砂土，厚度小于10 m，分選性較好，次渾圓狀。

風(fēng)積物：分布于流域北部的廣大沙漠地帶，巖性主要為粉細(xì)砂，成份以長(zhǎng)石為主，厚度達(dá)50 m。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

大地構(gòu)造上，石羊河流域?qū)倮銎钸B山褶皺系及中朝地臺(tái)阿拉善隆起帶。北部與天山興蒙造山帶相鄰，西北為塔里木地塊，東部為華北板塊。阿拉善隆起帶與河西走廊過渡帶之間以龍首山東段東大山、饅頭山及紅崖山南側(cè)隱伏斷裂為界。

昆侖祁連山褶皺系是在中國古地臺(tái)基礎(chǔ)上裂陷而成的，由北往南可分為四個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，即走廊過渡帶、北祁連優(yōu)地槽褶皺帶、祁連中間隆起帶和南祁連冒地槽褶皺帶。各構(gòu)造單元之間均發(fā)育NW、NNW、近EW向的深大斷裂。中生帶以來，流域在繼承、保留前中生代基本構(gòu)造格架基礎(chǔ)上，中新生代沿這些深大斷裂強(qiáng)烈差異的斷塊隆升運(yùn)動(dòng)塑造形成了南部祁連山強(qiáng)烈隆升帶、北部走廊山脈緩慢隆升帶和中部山間大幅度沉降帶，中下游沉降形成流域南部武威盆和北部民勤盆地。

金川區(qū)域構(gòu)造屬中朝地臺(tái)構(gòu)造單元阿拉善隆起帶，受東西向天山—陰山構(gòu)造帶、阿拉善弧形構(gòu)造帶和祁呂賀山字形構(gòu)造體系影響，構(gòu)成金川區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)，它們普遍具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，而祁呂系西翼和天山—陰山構(gòu)造帶至今仍在活動(dòng)，尤以祁呂系構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈，對(duì)近代山地的上升和下降起著控制作用，也推動(dòng)昌寧盆地、潮水東盆地的形成。

對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件具有重大控制作用的斷裂構(gòu)造主要為武威南部山前深大斷裂和北部紅崖山-阿拉古山大斷裂。前者走向南東-北西向，在祁連山前形成“斷層臺(tái)階”，使斷層兩側(cè)地下水位落差達(dá)百米；后者走向近東西向，斷層兩側(cè)地下水位落差10m左右，是形成武威盆地與民勤盆地的分界線。

3 區(qū)域水文地質(zhì)

根據(jù)地下水形成的自然條件、水理性質(zhì)及水理特征，流域內(nèi)地下水分為：基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、松散巖類孔隙水三種類型?；鶐r裂隙水分布于中山、丘陵地帶，系具自由水面的潛水，其巖性主要為變質(zhì)火成巖、砂礫巖及花崗巖等巖石，裂隙潛水補(bǔ)給來源主要是大氣降水，區(qū)域內(nèi)補(bǔ)給條件差，泉水出露少，水量貧乏。地下水徑流模數(shù)小于1 L/s·km2，單泉流量0.01～0.5 L/s，無嚴(yán)格地補(bǔ)給、徑流排泄分區(qū)，動(dòng)態(tài)變化與各季節(jié)降水量相關(guān)，泉水流量秋季大于春季。

碎屑巖類裂隙孔隙水賦存于石炭系—第三系組成的向斜或單斜構(gòu)造中，含水層為砂巖、含礫砂巖、砂礫巖等，隔水層為頁巖、粉砂巖和粉質(zhì)泥巖，為層間—承壓水，富水性很弱，降深為5 m時(shí)，單井涌水量小于10 m3/d，碎屑巖類裂隙孔隙水的補(bǔ)、徑、排條件基本與基巖裂隙水相同。

走廊平原區(qū)沉積了大厚度的第四系松散層，為地下水的賦存提供了良好的條件，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，流域內(nèi)平原區(qū)松散巖類孔隙水分布具有不連續(xù)性，含水層富水性差異較大。平原區(qū)松散巖類孔隙水為本次主要研究對(duì)象。

3.1 平原區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、地貌形成條件以及平原區(qū)松散巖類孔隙水狀況，進(jìn)一步劃分為大靖盆地含水區(qū)、武威盆地含水區(qū)、永昌盆地含水區(qū)、民勤盆地含水區(qū)、昌寧盆地含水區(qū)和潮水東盆地含水區(qū)。通過勘測(cè)、調(diào)查分析，各盆地含水區(qū)地下水形成、分布、埋藏及其水力特征既有相似性，又存在各自的差異。

3.1.1 大靖盆地含水區(qū)

位于流域東部平原(大靖盆地)的沖洪積傾斜平原區(qū)，地貌上包括大靖盆地以及盆地北部沙漠區(qū)。含水區(qū)南側(cè)為祁連山區(qū)，西側(cè)受區(qū)域斷裂影響，西靖——土門一帶基地抬升，基巖面高于地下水位，儲(chǔ)水構(gòu)造不利于地下水的富集，使得該區(qū)第四系松散巖類孔隙水具有不連續(xù)性，地下水無研究和利用價(jià)值，因此將西靖-土門基地抬升帶劃分為透水不含水區(qū)。

3.1.2 武威盆地含水區(qū)

位于流域中部走廊平原區(qū)。行政區(qū)域包括涼州區(qū)全部、古浪縣西部以及永昌縣縣城以東地區(qū)。地貌上包括六河水系(古浪河、黃洋河、雜木河、金塔河、西營(yíng)河、東大河)沖洪積平原區(qū)及涼州區(qū)東部沙漠區(qū)。含水區(qū)東側(cè)為西靖-土門透水不含水區(qū)，西南側(cè)為祁連山區(qū)，西側(cè)為龍首山和永昌南山，北側(cè)為民勤盆地。紅崖山-阿拉古山大斷裂為武威盆地與民勤盆地的分界線，紅崖山一代基地隆起，為透水不含水區(qū)。

3.1.3 永昌盆地含水區(qū)

位于流域西部，行政區(qū)域?yàn)橛啦魑鞑康貐^(qū)，地貌上為祁連山與龍首山之間的山間盆地。含水區(qū)東側(cè)為武威盆地，通過斷裂帶與武威盆地分界，南側(cè)為永昌南山(祁連山)，西側(cè)為大馬營(yíng)盆地，北側(cè)為龍首山。

3.1.4 民勤盆地含水區(qū)

位于流域東北部平原區(qū)，行政區(qū)域?yàn)槊袂诳h東部區(qū)域。地貌上包括武威盆地和盆地兩側(cè)沙漠區(qū)。含水區(qū)北側(cè)為北山延伸段，部分地段為透水不含水層，南側(cè)為武威盆地，西側(cè)為昌寧盆地。紅崖山-小井子一線為民勤盆地和昌寧盆地的地下水分水嶺。

3.1.5 昌寧盆地含水區(qū)

位于流域西中西部平原區(qū)，行政區(qū)域?yàn)槊袂诳h西南部和金川區(qū)中南部地區(qū)。地貌上包括昌寧盆地全部。含水區(qū)東側(cè)為民勤盆地，西側(cè)、南側(cè)為龍首山，北側(cè)為潮水東盆地。

3.1.6 潮水東盆地含水區(qū)

位于流域西北部平原區(qū)，行政區(qū)域?yàn)槊袂诳h西部和金川區(qū)北部地區(qū)。地貌上包括潮水東盆地全部。含水區(qū)東側(cè)為民勤盆地，南側(cè)為龍首山和昌寧盆地，北側(cè)為北山。潮水東盆地和昌寧盆地以鹽井子-鎖鎖井一帶為地下水分水嶺。

3.2 含水巖組及補(bǔ)、經(jīng)、排特征

3.2.1 大靖盆地

地下水類型為松散巖類孔隙潛水，賦存于第四系中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)沖洪積、洪積砂礫卵石、碎石層、細(xì)砂中，由南向北地下水位埋深由深變淺(30～100 m)。地下水補(bǔ)給來源為基巖山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給、降雨、河道、渠系、灌溉入滲補(bǔ)給等，地下水自西南向北東徑流，側(cè)向徑流與灌溉開采為北區(qū)主要的排泄方式。

3.2.2 武威盆地

地下水含水層主要為上更新統(tǒng)砂礫石，其分布和埋藏規(guī)律受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，因山前第四系隱伏斷層的切割，斷層以南基底翹起，潛水埋藏淺；以北含水層急劇變厚，可分為斷層臺(tái)階帶潛水和平原區(qū)潛水-承壓水。

地下水補(bǔ)、經(jīng)、排條件與大靖盆地相似，側(cè)向徑流補(bǔ)給除基巖山區(qū)外，東部沙漠區(qū)對(duì)平原區(qū)也有一定的補(bǔ)給。地下水最終匯聚到民勤蔡旗附近，以側(cè)向徑流的方式流入民勤縣境內(nèi)，另外，蒸發(fā)和灌溉開采也是本區(qū)地下水主要的排泄方式之一。

3.2.3 永昌盆地

地下水主要接受西大河滲漏補(bǔ)給及兩側(cè)山區(qū)測(cè)下給補(bǔ)給，地下水流向自西向東，一部分在永昌縣附近通過斷裂段補(bǔ)給武威盆地，另一部分徑流金川峽最終進(jìn)入永昌盆地，地下水開采灌溉和側(cè)向流出是本區(qū)主要排泄方式。

3.2.4 民勤盆地

含水層巖性為砂、礫砂、亞砂土及亞粘土互層的多層結(jié)構(gòu)，地層顆粒較細(xì)。地下水接受南部武威盆地側(cè)向徑流補(bǔ)給、北部山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給，流向由南北向盆地中部匯聚，蒸發(fā)和人工開采是本區(qū)最主要的排泄方式。

3.2.5 昌寧盆地

昌寧盆地地處石羊河流域下游西部，屬西大河尾閭區(qū)。盆地南、北、西三面環(huán)山(龍首山脈)，東與民勤盆地銜接。盆地內(nèi)第四系松散層厚度80～300 m，自西向東漸薄。巖性除西部金昌市—下四分一帶為砂礫卵石、砂礫石外，其余廣大地區(qū)均為礫砂、砂與粘土互層。

地下水接受山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給，河道入滲補(bǔ)給，徑流條件與民勤盆地相似，由四周向盆地中部匯集，蒸發(fā)和人工開采是本區(qū)最主要的排泄方式。

3.2.6 潮水東盆地

潮水東盆地地處石羊河流域下游西北，西、北、南三面為北山低山丘陵，東部與民勤盆地銜接。第四系松散層厚度80～400 m。含水層厚度50～200 m，自西向東、自南而北漸薄，西南部的南板洼灘一帶大于200 m，盆地東北緣含水層厚度不足50 m。地下水補(bǔ)、經(jīng)、排條件與昌寧盆地大致相似。由四周向盆地中部匯集，蒸發(fā)和人工開采是最主要的排泄方式。

4 結(jié)語

流域地下水劃分為大靖地下水盆地、武威地下水盆地、永昌地下水盆地、民勤地下水盆地、昌寧地下水盆地和潮水東地下水盆地，經(jīng)流域地下切面計(jì)算和抽水試驗(yàn)驗(yàn)證，區(qū)內(nèi)地下水降水入滲補(bǔ)給量為0.937億 m3/a，側(cè)向徑流補(bǔ)給量為0.086億 m3/a，合計(jì)地下水天然補(bǔ)給量為1.023億 m3/a。同清華大學(xué)石羊河流域地下水網(wǎng)格模型分析和計(jì)算機(jī)運(yùn)算，地下水資源量為0.99億 m3/a。相對(duì)誤差為0.033億 m3/a，絕對(duì)誤差3.23%，分析較為準(zhǔn)確，地下水盆地分區(qū)合理。