新疆溫宿縣臺(tái)蘭河流域地下水循環(huán)規(guī)律及水資源評(píng)價(jià)

新疆溫宿縣臺(tái)蘭河流域地下水循環(huán)規(guī)律及水資源評(píng)價(jià)

臺(tái)蘭河流域位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿區(qū)。該地區(qū)幅員遼闊，水和光資源豐富，經(jīng)濟(jì)潛力巨大。臺(tái)蘭河灌區(qū)位于流域的底部，是前克蘇地區(qū)的五個(gè)灌溉。但由于區(qū)內(nèi)地表水時(shí)空分配不平衡,水利基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱,無(wú)良好的修建山區(qū)控制性地表水庫(kù)的地質(zhì)條件,故致灌區(qū)春旱嚴(yán)重、夏洪成災(zāi),尤其土壤次生鹽漬化現(xiàn)象更為突出,嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平提高。本文對(duì)山前盆地各含水系統(tǒng)的基本特征和區(qū)域地下水循環(huán)規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)地分析研究,評(píng)價(jià)了地下水資源及開(kāi)發(fā)潛力,提出利用地下水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用、對(duì)地表水采取滯洪削峰措施,即最大限度地合理利用地表水與地下水資源,從而達(dá)到人水和諧的目的。1臺(tái)蘭河前置斷裂帶臺(tái)蘭河流域?qū)偬焐焦派薨檸c塔里木地臺(tái)兩大構(gòu)造單元結(jié)合部位,相對(duì)穩(wěn)定的地臺(tái)與劇烈上升的天山活動(dòng)帶之間形成了極不均勢(shì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生了斷裂F1、F2、F3及F4隱伏斷裂,形成了五大地貌單元,即兩山及三大儲(chǔ)水構(gòu)造(天山、古木別孜山、塔克拉克儲(chǔ)水構(gòu)造、臺(tái)蘭河沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造與臺(tái)蘭河沖積平原儲(chǔ)水構(gòu)造);在上述兩大構(gòu)造單元邊緣地帶產(chǎn)生了斷裂F2(分界斷層)與斷裂F1,形成山前條形凹陷儲(chǔ)水構(gòu)造(塔克拉克凹陷洼地),此儲(chǔ)水構(gòu)造東西長(zhǎng)50km,南北寬10～15km;F1上盤(pán)隆起形成古木別孜背斜,該背斜東西長(zhǎng)50km,南北寬2～4km;F1與F4隱伏斷層之間形成沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造,東西長(zhǎng)50km,南北寬20～25km;F4隱伏斷裂以南平原區(qū)儲(chǔ)水構(gòu)造,東西長(zhǎng)約60km,南北寬35km左右;臺(tái)蘭河山前斷裂構(gòu)造分布參見(jiàn)圖1。隨著喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),帕爾勒克庫(kù)爾干F2斷裂,北盤(pán)不斷抬高,南盤(pán)不斷下沉,斷距大于300m;溫宿F1斷裂,北盤(pán)古木別孜背斜不斷抬升,南盤(pán)不斷下降,斷距大于100m;沙井子隱伏F4斷層,北盤(pán)下降、南盤(pán)上升,斷距10～20m;天山褶皺山系劇烈上升,不斷以剝蝕作用為主,大量碎屑顆粒源源不斷在臺(tái)蘭河河流沖刷作用下被帶入盆地,在盆地的塔克拉克山間凹陷和山前沖洪積扇沉積了巨厚的含漂石卵礫石、砂礫石地層。在F4以南由于處于相對(duì)抬升地帶,第四系沉積物以細(xì)顆粒為主,含水層較薄。2中更新統(tǒng)地層特征臺(tái)蘭河流域在第四紀(jì)時(shí)期,由于受到冰期-間冰期的影響,在垂直方向上,由下向上沉積了下更新統(tǒng)卵礫石層;中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)含漂石卵礫石層與全新統(tǒng)含漂石砂卵礫石層、中粗砂、粉細(xì)砂、粉土與粉質(zhì)粘土等地層。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期,下更新統(tǒng)地層經(jīng)過(guò)壓密、構(gòu)造、成巖作用,基本上為膠結(jié)狀態(tài),孔隙不發(fā)育,但有架孔結(jié)構(gòu),形成裂隙水含水層系統(tǒng);中更新統(tǒng)地層沉積時(shí)期比下更新晚,壓密、構(gòu)造、成巖作用較差,孔隙較為發(fā)育,以半膠結(jié)狀態(tài)為主,形成裂隙-孔隙含水層系統(tǒng);上更新統(tǒng)地層沉積時(shí)代更晚,沉積物較厚,基本上為松散狀態(tài),孔隙發(fā)育,形成孔隙含水層系統(tǒng);全新統(tǒng)地層為近代河床沉積物,厚度薄、結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育,形成孔隙含水層系統(tǒng),臺(tái)蘭河地下水儲(chǔ)水構(gòu)造及水循環(huán)參見(jiàn)圖2。在水平方向上,第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)由山前到平原區(qū),含水系統(tǒng)由山前沖洪積扇單一結(jié)構(gòu)的潛水含水層系統(tǒng),到?jīng)_積平原區(qū)形成多層結(jié)構(gòu)的潛水-微承壓水含水層系統(tǒng)。2.1層序水層根據(jù)鉆孔及物探對(duì)比資料,下更新統(tǒng)裂隙含水層主要分布于各斷陷盆地的底部,沉積厚度100～200m,受構(gòu)造控制,巖層呈階地狀斷落或以地塹相間出現(xiàn),除北部山區(qū)裸露地表外,山麓向南埋藏深度500～100m以下,含水層為網(wǎng)狀或脈狀。由于地層為各向異性沉積物,故透水性不均勻、水平與垂直滲透系數(shù)相差較大,一般大于10倍以上;地下水主要補(bǔ)給為沿?cái)鄬悠扑閹ы槍右运綇搅鳛橹?接受少量的上層含水層補(bǔ)給,以裂隙含水系統(tǒng)為主,富水性貧乏,單井出水量小于500m3/d。2.2地下水補(bǔ)徑排特征中更新統(tǒng)裂隙-孔隙含水層主要分布在盆地內(nèi)下更新統(tǒng)之上,上更新統(tǒng)之下,沉積厚度80～150m。因受構(gòu)造控制,巖層呈階地狀斷落或以地塹相間出現(xiàn),除北部山前有少量裸露地表外,山麓向南埋藏深度350～95m,含水層以半膠結(jié)狀態(tài)出現(xiàn),巖性以含漂石砂卵礫石為主;由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及沉積環(huán)境的影響,以層狀裂隙—孔隙含水層為主,但裂隙—孔隙連通性較差;地下水的補(bǔ)給主要為上部地層的滲漏補(bǔ)給,其次為山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給;中等富水性,單井出水量500～1000m3/d。2.3地下水開(kāi)礦帶。為河道沖洪積扇儲(chǔ)水區(qū),利用臺(tái)蘭河下白上更新統(tǒng)孔隙含水層是臺(tái)蘭河流域各儲(chǔ)水構(gòu)造,是地下水的主要貯藏、運(yùn)移場(chǎng)所,由北向南從單一結(jié)構(gòu)的潛水含水層系統(tǒng)漸變到多層結(jié)構(gòu)的潛水-微承水含水系統(tǒng)。北部塔克拉克儲(chǔ)水構(gòu)造盆地該統(tǒng)沉積物厚度達(dá)350m左右,以漂石、砂卵礫石為主,結(jié)構(gòu)松散、分選性與磨圓度較好,孔隙發(fā)育,以孔隙含水層為主,主要接受臺(tái)蘭河沿途滲漏及河谷潛流的補(bǔ)給,地下水埋藏深度大于100m,富水性極強(qiáng),單井出水量大于5000m3/d,地下水礦化度小于1g/L。南部沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造,沉積物厚度95～350m,以含漂石砂卵礫石為主,結(jié)構(gòu)松散、分選性及磨圓度較好,孔隙發(fā)育,以孔隙含水層為主,主要接受北部盆地的側(cè)向徑流、臺(tái)蘭河滲漏水補(bǔ)給,地下水埋藏深度1～100m,具強(qiáng)富水性,單井出水量3000～5000m3/d,地下水礦化度小于1g/L。F4以南沖積平原區(qū),沉積物厚度95～102m,為多層結(jié)構(gòu)的砂礫石、含礫中粗砂、粉細(xì)砂、粉土與粉質(zhì)粘土,主要接受北部盆地地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給,其次是灌區(qū)渠系滲漏、田間入滲的補(bǔ)給,地下水埋藏深度1～3m,為中等富水性區(qū),單井出水量1000～3000m3/d,潛水礦化度為3～10g/L,深層承壓水礦化度小于1g/L。2.4地下水富水性計(jì)算全新統(tǒng)孔隙含水層主要分布在臺(tái)蘭河現(xiàn)代河床內(nèi),沉積厚度10～30m,主要以卵礫石、砂礫石、中粗砂為主,地下水埋深上游大于20m、中游一般3～20m、下游1～3m,富水性受河床飽和程度的影響,中下游為強(qiáng)富水區(qū)。3盆地規(guī)模和高程區(qū)域地下水循環(huán)與轉(zhuǎn)化關(guān)系到地下水資源的屬性,是地下水資源評(píng)價(jià)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)性問(wèn)題。臺(tái)蘭河山前盆地地下水的循環(huán)與轉(zhuǎn)化受控于地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)系統(tǒng)和古環(huán)境的演化等諸多因素,尤其是新生代以來(lái)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和不均勻的抬升,形成了由北向南的沉降斷陷盆地,山地海拔1900～3800m,盆地主體高程為1000～1900m。臺(tái)蘭河進(jìn)入盆地內(nèi)高程為1900m左右,流出區(qū)內(nèi)的高程在1000m左右,水位總落差達(dá)900m。以上特點(diǎn)總體控制了地下水的循環(huán)與轉(zhuǎn)化規(guī)律。盆地地下水主要來(lái)源于臺(tái)蘭河在沖洪積扇河谷中的滲漏補(bǔ)給,其次是沖積平原區(qū)的渠系滲漏、田間入滲的補(bǔ)給,地下水得到補(bǔ)給后沿沖洪積扇及沖積平原區(qū)向下游徑流,在溢出帶以南以泉水、無(wú)效蒸發(fā)量及向下游塔里木河排泄(以塔里木河為地下水排泄基準(zhǔn)面)。由于盆地內(nèi)第四系各統(tǒng)沉積時(shí)代不同,地層結(jié)構(gòu)有所不同,根據(jù)地下水的埋藏條件和地下水循環(huán)規(guī)律在垂直方向上劃分為3個(gè)循環(huán)帶;在水平方向上劃分為2個(gè)循環(huán)帶。3.1就垂直方向方向而言(1)地下水循環(huán)周期主要分布于山前儲(chǔ)水構(gòu)造上部的上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)漂石、砂卵礫石、含礫中粗砂及粉細(xì)砂地層中;地下水與臺(tái)蘭河地表水、降水聯(lián)系密切,地下水循環(huán)交替速度快,循環(huán)深度達(dá)到100～200m;地下水礦化度小于1g/L,水化學(xué)類(lèi)型與地表水基本一致,以重碳酸型為主,是目前地下水開(kāi)發(fā)利用的主要含水層。(2)地下水聯(lián)通部位一般在上述侵蝕基準(zhǔn)面以下,主要分布在儲(chǔ)水構(gòu)造盆地的中更新卵礫石、砂礫石層之中,地下水與現(xiàn)代降水、地表水聯(lián)系較差,主要接受上部含水層中地下水的補(bǔ)給,因地層顆粒之間為半膠結(jié)狀態(tài),故聯(lián)通性較差,地下水循環(huán)交替速度極為緩慢;地下水礦化度小于1g/L,水化學(xué)類(lèi)型以重碳酸-硫酸型為主,由于富水性較弱,目前尚未開(kāi)發(fā)利用。(3)地下水膠結(jié)充填法主要分布在盆地下更新統(tǒng)沉積物中,由于成巖作用較強(qiáng),呈層狀膠結(jié),故以層間水為主,地下水主要來(lái)自古封存水及沿?cái)鄬悠扑閹У臐B入水,基本處于靜止?fàn)顟B(tài);地下水礦化度小于1g/L,富水性極其貧乏,目前無(wú)開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。3.2就水平方向而言(1)地形地貌及地下水主要分布于沖洪積扇地帶,含水層為單一結(jié)構(gòu)的漂石、卵礫石、砂礫石層,地形坡度大,為20‰～25‰。地下水主要以臺(tái)蘭河地表水垂向下滲漏作用為主,沖洪積扇中上部地下水位埋藏深度大,一般大于5m;扇緣埋藏深度較小,一般大于3m;蒸發(fā)作用較弱,地下水主要以側(cè)向徑流方式向下游補(bǔ)給。(2)地下水的蒸發(fā)作用主要分布在扇緣至下游的沖積平原地帶,由于受到F4斷層的影響,含水層較薄,且?guī)r性以細(xì)顆粒為主、呈多層結(jié)構(gòu)的含水層,地下水埋藏深度一般小于3m,故蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,土壤次生鹽漬化程度較重。臺(tái)蘭河谷在此段地下水補(bǔ)給河水,因此渠系滲漏水及田間入滲水量對(duì)開(kāi)采層含水層無(wú)實(shí)質(zhì)性的補(bǔ)給意義,主要在淺層潛水區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,其補(bǔ)給的地下水抬升了潛水地下水位高度,增大了排渠水量,加大了地下水的無(wú)效蒸發(fā)量及植物的蒸騰量。含水層地下水主要是上游地下水通過(guò)含水層向下游補(bǔ)給,形成承壓水,向上頂托補(bǔ)給淺層潛水含水層。只有在此區(qū)開(kāi)采地下水,降低地下水位才有可能向下補(bǔ)給地下水量,但補(bǔ)給量非常有限。4地下水資源和開(kāi)發(fā)方法4.1補(bǔ)給量采用水均衡法對(duì)臺(tái)蘭河流域地下水資源進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。地下水補(bǔ)給資源量為5.2125×108m3/a,其中:渠系滲漏量為2.7115×108m3/a,占總補(bǔ)給量的52.02%;河道滲漏量為1.845×108m3/a,占總補(bǔ)給量的35.4%;田間灌溉入滲量為0.5513×108m3/a,占總補(bǔ)給量的10.58%;山前河床潛流量為0.0729×108m3/a,占總補(bǔ)給量的1.4%;降水入滲量為0.0278×108m3/a,占總補(bǔ)給量的0.53%;地下水可開(kāi)采量約為2.500×108m3/a,目前水源地開(kāi)采地下水量?jī)H為0.63×108m3/a,故開(kāi)采潛力較大。4.2地下水開(kāi)發(fā)區(qū)段塔克拉克儲(chǔ)水構(gòu)造盆地,地下水量豐富,但地下水位埋藏深度大于100m,遠(yuǎn)距灌區(qū),提水費(fèi)用較大,建設(shè)成本高。雖然古木別孜隱伏背斜在老龍口有阻水作用,但向東隱伏地下300m左右,與南部?jī)?chǔ)水構(gòu)造中地下水構(gòu)成統(tǒng)一的含水系統(tǒng)。建議在新龍口以上選擇合適地段修建排洪工程,將洪水導(dǎo)向東南方向古河谷中,沿途修建積水坑、槽,達(dá)到“引洪回滲補(bǔ)”調(diào)蓄功能,增加地下水的補(bǔ)給量,起到滯洪削峰的作用,充分利用天然地下水庫(kù)的調(diào)節(jié)功能,洪蓄旱用。臺(tái)蘭河沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造,地下水量豐富,中南部地下水埋藏深度3～50m,是良好的地下水開(kāi)發(fā)地段,但打井提水,成本較高?，F(xiàn)西部已建有水源地,為了減少對(duì)其影響,充分利用地形坡度大、F4斷層隆起及斷層上覆細(xì)顆粒地層的天然壩址的作用,宜在東南部小阿其克溝地帶,修建“橫坎兒井”式的大口徑+水平輻射井集水系統(tǒng),根據(jù)“自流虹吸”原理,修建地下水引水管道(渠道)進(jìn)行自流式引水工程。臺(tái)蘭河沖積平原區(qū)東南部由于第四系松散沉積物厚度小于75m,含水層巖性多為中粗砂與粉細(xì)砂,且含水層薄,富水性較差,故單井出水量小,不具備建地下水庫(kù)之條件。5利用地下水的條件(1)臺(tái)蘭河山前儲(chǔ)水構(gòu)造是一個(gè)大型地下水儲(chǔ)存構(gòu)造盆地,盆地內(nèi)第四系松散含水層顆粒大、孔隙發(fā)育、地下水補(bǔ)給條件好,水交替積極,豐量豐富,水質(zhì)好,蘊(yùn)藏著豐富的地下