新疆伊犁河谷地下水系統(tǒng)劃分及特征研究

邵杰 李瑛 董美玲 馮俊嶺

摘要?地下水系統(tǒng)劃分是正確評(píng)價(jià)和合理開發(fā)利用地下水資源的基礎(chǔ)，也是區(qū)域地下水規(guī)劃的重要依據(jù)。以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以伊犁河谷地下水系統(tǒng)為研究對(duì)象，在全面分析研究區(qū)地形地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，依據(jù)地下水系統(tǒng)劃分原則，將伊犁河谷地下水系統(tǒng)劃分為2個(gè)一級(jí)地下水系統(tǒng)，7個(gè)二級(jí)地下水系統(tǒng)，并對(duì)一級(jí)、二級(jí)地下水系統(tǒng)特征進(jìn)行了初步總結(jié)。通過對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)劃分，為伊犁河谷地下水資源規(guī)劃提供了科學(xué)評(píng)價(jià)和理論依據(jù)，對(duì)我國西北干旱-半干旱地區(qū)地下水系統(tǒng)研究具有實(shí)際參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞?地下水系統(tǒng);伊犁河谷;系統(tǒng)劃分;地下水資源

中圖分類號(hào)?P641.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）22-0043-04

Abstract?Groundwater system study is an important base to assess regional groundwater resources and to set up the rational groundwater development patterns.Based on the topography and geomorphology，regional geological conditions and hydrogeology conditions of the Yili River Valley，the groundwater system in the Yili River Valley was divided in taking the systematic theoretical analysis of groundwater.According to the principles of groundwater system division，the groundwater system can be divided into two the first grade and seven second grade groundwater system，and the characteristics of the first and second groundwater system are summarized.The division of groundwater system has important theoretical and practical significance for groundwater resources of Yili River Valley，and the research has the practical reference value and referentical significance in the arid and semiarid area of Northwest China.

Key words?Groundwater system;Yili River Valley;System divisions;Groundwater resources

地下水系統(tǒng)是水文地質(zhì)學(xué)研究熱點(diǎn)與重要研究方向之一[1-2]，國際水文界于20世紀(jì)80年代初提出了“地下水系統(tǒng)”概念，這一概念和理論的提出不僅是系統(tǒng)思想與方法滲入水文地質(zhì)領(lǐng)域的結(jié)果，也是水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的必然產(chǎn)物[3]。在中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《水文地質(zhì)術(shù)語》（GB/T 14157—93）[4]中規(guī)定：“地下水系統(tǒng)（groundwater system）是具有水量、水質(zhì)輸入、運(yùn)移和輸出的地下水基本單元及其組合。”地下水理論是以系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)和方法，將水文地質(zhì)學(xué)研究的地下水水圈看作一個(gè)等級(jí)從屬關(guān)系的許多單元組成的復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)[5-7]。我國最早從事地下水系統(tǒng)研究工作的陳夢(mèng)熊院士對(duì)地下水系統(tǒng)概念進(jìn)行了全面的概括和總結(jié)，并將地下水系統(tǒng)的基本概念歸納為：地下水系統(tǒng)是由若干具有一定獨(dú)立性又互相關(guān)聯(lián)、互相影響的不同等級(jí)的亞系統(tǒng)或次系統(tǒng)所組成;地下水系統(tǒng)是水文系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，與大氣降水和地表水系統(tǒng)存在密切聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化;地下水系統(tǒng)都具有各自的特征與演變規(guī)律，包括各自的含水層系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、水動(dòng)力系統(tǒng)及水化學(xué)系統(tǒng)。著名水文地質(zhì)學(xué)家王大純教授認(rèn)為，地下水系統(tǒng)應(yīng)包括地下水含水系統(tǒng)與地下水流動(dòng)系統(tǒng)[8]。正確認(rèn)識(shí)和合理劃分地下水系統(tǒng)是勘查與評(píng)價(jià)區(qū)域地下水資源的理論基礎(chǔ)，也是區(qū)域地下水資源開發(fā)與規(guī)劃的重要依據(jù)[9-10]。

伊犁河谷地處我國西北邊陲，西與哈薩克斯坦接壤，是國家實(shí)施“一帶一路”經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略上的一個(gè)重要支點(diǎn)[11]。由于以往在該地區(qū)開展的水文地質(zhì)工作程度有限，導(dǎo)致對(duì)該區(qū)域地下水系統(tǒng)認(rèn)識(shí)程度較低。筆者以野外水文地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)以往資料，對(duì)伊犁河谷地下水系統(tǒng)進(jìn)行劃分并對(duì)其特征進(jìn)行分析，為正確評(píng)價(jià)伊犁河谷地下水資源以及科學(xué)開發(fā)利用地下水資源提供科學(xué)依據(jù)。

1?研究區(qū)概況

1.1?自然地理?xiàng)l件?伊犁河谷地處我國新疆天山山脈西段，區(qū)內(nèi)地形地貌形態(tài)較復(fù)雜，總體呈“三山夾兩谷地一盆地”的格局，呈三角形，東部頂點(diǎn)為特克斯河與鞏乃斯河交匯處，西部底邊朝向中哈邊界，東高西低，地勢(shì)由東向西傾斜，東西長170 km。伊犁河谷北部自西向東分布著NW—SE走向的科古琴山、博羅科努山和依連哈比爾尕山等北天山支脈。依連哈比爾尕山平均海拔高度在3 600 m以上，最高峰海拔5 500 m，博羅科努山海拔4 000～4 500 m。南部自西向東分布著NEE—SWW走向的哈爾克他烏山、那拉提山等南天山支脈，平均海拔高度3 500～4 000 m，昭蘇西南的汗騰格里山最高海拔在6 000 m以上。伊犁水資源豐富，是新疆荒漠干旱區(qū)的一塊“濕島”。區(qū)內(nèi)主要有伊犁河及其三大支流特克斯河、鞏乃斯河、喀什河。

1.2?區(qū)域地質(zhì)條件?區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。構(gòu)造形成始于震旦紀(jì)之前的呂梁期，經(jīng)加里東期，尤其是華里西期表現(xiàn)更趨強(qiáng)烈，基本形成了區(qū)內(nèi)構(gòu)造的骨架。又經(jīng)后期的燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，便形成了目前的構(gòu)造形態(tài)。伊犁河谷大地構(gòu)造位于天山—興安地槽褶皺區(qū)西南天山褶皺系西天山優(yōu)地槽褶皺帶。伊犁河谷地出露的地層包括元古界長城系特克斯群、長城系—青白口系和薊縣系—青白口系;古生界奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系;中生界三疊系、侏羅系及新生界第三系、第四系。研究區(qū)中低山區(qū)、低山丘陵區(qū)黃土較發(fā)育。在垂直方向上，黃土分布范圍上限至林帶，海拔高度2 000～2 200 m，下限與河谷平原相接，最低海拔高度600～700 m。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層相當(dāng)發(fā)育，包括各個(gè)不同時(shí)期的多種成因類型的堆積物。主要分布于伊犁—鞏乃斯谷地、喀什河谷地、昭蘇—特克斯谷地中。出露地層有下更新統(tǒng)山麓堆積，中更新統(tǒng)冰磧層和冰水堆積層，上更新統(tǒng)冰磧、冰水堆積、風(fēng)積、洪積、沖積，上更新統(tǒng)至全新統(tǒng)的沖積洪積，全新統(tǒng)的冰磧、冰水沉積、沖積、洪積及沼澤沉積等。第四紀(jì)沉積物的結(jié)構(gòu)，一般在谷地和盆地兩側(cè)的山前和各大河流的上游均為單一的卵礫石層，山前洪積扇中部以下和各大河流中、游逐漸變?yōu)樯暗[石、亞砂土、亞黏土、黏土等互層的多層結(jié)構(gòu)。在伊犁—鞏乃斯谷地中，第四紀(jì)沉積物厚度，伊犁河下段伊寧市以西大于350 m，上段鞏留縣附近大于488 m，鞏乃斯谷地東部（新源縣以東）大于800 m。

1.3?區(qū)域水文地質(zhì)條件?伊犁河谷呈典型喇叭狀，西端開口處寬約90 km，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸到工作區(qū)東部合攏，為一斷陷谷地，第四系厚度由東向西增大，最厚可達(dá)近1 000 m，地層結(jié)構(gòu)多次由單層到多層交替，巖層顆粒也多次由粗到細(xì)變化。在野果林改良場(chǎng)以北，卵礫石層厚約800 m，往西到阿勒瑪勒一帶，顆粒變細(xì)，層次增多，變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu);再往西到新源縣附近，因恰普河從南面匯入，形成新源洪積扇，改變了原有地層結(jié)構(gòu)。在洪積扇的中部，為單一砂礫石層，厚約420 m。沖洪積扇前緣地帶為多層結(jié)構(gòu)。新源縣以西至肖爾布拉克和公安農(nóng)場(chǎng)一帶，為恰普河和特克斯河兩個(gè)沖洪積扇的扇間地帶，顆粒變細(xì)、層次增多，再次出現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。到特克斯河出山口處，又形成規(guī)模更大、影響范圍更廣的沖洪積扇，單一卵礫石層厚度可達(dá)600 m。再往西到73團(tuán)7連一帶，又變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)。到雅馬渡附近為一新構(gòu)造隆起，砂礫石變薄，19號(hào)孔揭露僅13.5 m。往西又逐漸增厚。到伊寧市以西的廣大平原區(qū)，出南北山前為單一砂礫石層外，伊犁河兩側(cè)皆為細(xì)顆粒的多層結(jié)構(gòu)。據(jù)研究區(qū)地下水位統(tǒng)測(cè)數(shù)據(jù)知，在山前沖洪積扇區(qū)，地下水埋藏深度大于100 m，在河流沖洪積扇的河谷區(qū)兩側(cè)，地下水埋藏大多在0～15 m范圍內(nèi)。研究區(qū)北部及南部的山區(qū)是地下水主要補(bǔ)給區(qū)，山前沖洪積或冰水沉積傾斜平原是主要徑流區(qū)，而盆地或谷地中部平原區(qū)則是主要排泄區(qū)。在谷地兩側(cè)雖有南北向徑流，但整個(gè)谷地的地下水總流向是由東向西，大體與鞏乃斯河及伊犁河的流向相一致[12-16]，伊犁河谷水文地質(zhì)情況見圖1。

2?伊犁河谷地下水系統(tǒng)劃分

2.1?地下水系統(tǒng)劃分的原則及依據(jù)?地下水劃分原則主要遵循整體性原則、等級(jí)結(jié)構(gòu)型原則及系統(tǒng)劃分和地下水資源評(píng)價(jià)與開發(fā)相結(jié)合的原則[17]。以自然狀態(tài)不同級(jí)別地下水流系統(tǒng)為首要依據(jù)，以含水層系統(tǒng)為判斷水力聯(lián)系和流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。只有在進(jìn)行地下水系統(tǒng)管理模型研究時(shí)，在地下水自然系統(tǒng)的基礎(chǔ)上考慮人類活動(dòng)的影響。

在地下水系統(tǒng)劃分時(shí)，首先劃分含水層系統(tǒng)，將含水介質(zhì)基本相同，具有固定邊界所圈閉的含水巖系劃分為同一個(gè)含水系統(tǒng)，根據(jù)含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖相古地理?xiàng)l件及空間分布進(jìn)一步劃分為次級(jí)含水系統(tǒng)。然后，在同一含水系統(tǒng)內(nèi)，將具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的連續(xù)水流劃分為地下水流系統(tǒng)，同一地下水流系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)其內(nèi)部水循環(huán)特征的差異、水力性質(zhì)及循環(huán)方式和水均衡要素的不同，可進(jìn)一步劃分為若干個(gè)次級(jí)地下水流動(dòng)系統(tǒng)[18]。

2.2?地下水系統(tǒng)分區(qū)結(jié)果?以地下水系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，依據(jù)各個(gè)不同水文地質(zhì)單元的特征、地下水的賦存條件和分布規(guī)律。初步劃分為伊犁河谷谷地地下水系統(tǒng)和伊犁河谷基巖山區(qū)地下水系統(tǒng)2個(gè)一級(jí)地下水系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將伊犁河谷谷地地下水系統(tǒng)劃分為喀什河谷地地下水系統(tǒng)等3個(gè)二級(jí)地下水系統(tǒng)，將伊犁河谷基巖山區(qū)地下水系統(tǒng)劃分為科古琴山—婆羅科努山—依連哈比尕山地下水系統(tǒng)等4個(gè)二級(jí)地下水系統(tǒng)。研究區(qū)地下水系統(tǒng)分區(qū)見圖2。

2.3?地下水系統(tǒng)分區(qū)及其特征

2.3.1?伊犁河谷谷地地下水系統(tǒng)（Ⅰ）。伊犁河谷谷地主要受伊犁河以及及其三大支流特克斯河、鞏乃斯河、喀什河沖積而成，為地下水的主要徑流與排泄區(qū)，主要包括伊犁—鞏乃斯谷地、喀什谷地及昭蘇—特克斯谷地。伊犁河谷谷地地下水系統(tǒng)是研究區(qū)最為重要的地下水系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋研究區(qū)整個(gè)平原河谷區(qū)，具有地下水資源豐富，水位埋藏淺、水質(zhì)優(yōu)良，易于取用等特點(diǎn)，是當(dāng)?shù)鼐用耧嬘?、工業(yè)及農(nóng)業(yè)等主要用水來源。

（1）喀什河谷地地下水系統(tǒng)（Ⅰ1）。位于婆羅科努山和阿吾拉勒山之間，為一新生帶斷陷盆地。北側(cè)賦存基巖基巖裂隙水、碎屑巖裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水;中部為新生代陸相堆積物;從新生代開始，沉積中心多次向西遷移，沉積厚度由東向西逐漸增大，喀什河流域的第四紀(jì)堆積物是谷地中松散巖類孔隙潛水的主要分布區(qū)，局部分布承壓水?？κ埠庸鹊氐叵滤饕邮芙邓⒌乇硭疂B入和基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，徑流途徑較短。

（2）伊犁—鞏乃斯河谷地地下水系統(tǒng)（Ⅰ2）。位于研究區(qū)中部，呈NWW向橫貫全區(qū)，為典型的喇叭狀，西端開口處寬超過90 km，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸，至東部合攏。為一斷陷谷地，第四系厚度由東向西增大，最厚可達(dá)近千米，地層結(jié)構(gòu)多次由單層到多層交替，巖層顆粒也多次由粗到細(xì)變化，地下水主要以松散巖類孔隙潛水和承壓水為主。此外，在谷地南北兩側(cè)的山前地帶還分布有第三系砂礫巖裂隙孔隙水，鳳成黃土中水量較貧乏的潛水以及透水性差或透水不含水的冰水堆積。