新疆瑪納斯河紅山嘴河谷泉水徑流分析

張瑞民　黃俐勤　張　蕾

摘要論述了新疆瑪納斯河流域自然地理特征、氣候及河流概況、介紹了泉水觀測概況、區域水文地質條件及泉水分布特征,并分析了泉水動態基本特征和泉水動態變化趨勢。

關鍵詞 泉水徑流;水文特征;泉水觀測;新疆瑪納斯河;紅山嘴河谷

中圖分類號 P333.1 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)19-0297-02

新疆瑪納斯河是天山北麓最大的河流,出山口紅山嘴斷面多年平均徑流量約13.25億立方米。瑪納斯河徑流量的年內動態變化較大。加之瑪納斯河水利水電工程引輸水的影響。自紅山嘴水電站一級渠首斷面以下河道在平水枯水季節,河道已無來自上游的下泄水量,而紅山嘴斷面所觀測到的徑流,全部來自一級渠首以下河道十戶窯村一帶河谷泉水的溢出匯流水量。據石河子水文資源勘測局1979～2008年資料,瑪納斯河紅山嘴斷面在10月至翌年4月時段泉水平均流量4.51～4.89m3/s(此時段無上游河道下泄水量加入)。紅山嘴一帶泉水分別從瑪納斯河東西兩岸Ⅰ～Ⅲ階地和河床及河漫灘中溢出,特別是瑪納斯河西岸石河子鄉十戶窯村一帶泉水多匯集成5條較大的泉水溝,最終流入瑪納斯河。

為了查清瑪納斯河西岸十戶窯村一帶泉水水資源狀況,以便為石河子市合理利用該處水資源提供依據,新疆石河子水文水資源勘測局在瑪納斯河紅山嘴河谷東、西兩岸泉水溢出帶(以西岸為主)選取重點泉水溝和泉水溢出點7處,進行泉水動態觀測,周期為一個水文年。通過對重點泉水溝進行水文動態的觀測,初步掌握了瑪納斯河紅山嘴河谷選定觀測點處泉水水量的年內動態變化規律,掌握了枯、平、豐3個時期泉水水質變化特征,為瑪納斯河紅山嘴河谷水源地的規劃論證提供了重要的基礎數據。

1觀測概況

1.1觀測點選取

經現場調查與觀測,瑪納斯河紅山嘴河谷泉水溢出帶主要分布在瑪納斯河紅山嘴河谷西岸十戶窯、東岸石灰窯子一帶,南至盤山渠渠首,北到瑪納斯河紅山嘴引水樞紐,南北向長約8km的河谷區。泉水分布于瑪納斯河河漫灘、Ⅰ級階地、Ⅱ級階地和Ⅲ級階地,多以條帶狀或沼澤濕地面狀散流的形式溢出,多數地點的泉水不便于觀測。Ⅲ級階地中后部泉水沿渠溝和階地坡面溢出,以散流形式通過其前緣洼溝進入Ⅱ級階地,與Ⅱ級階地后緣階坎和魚塘區溢出泉水匯集形成較大面積連片分布的水域,最終通過魚塘排水和渠溝以及自然泉水溝匯入瑪納斯河河道。而Ⅰ級階地在該位置缺失,沿Ⅱ級階地前緣溢出的泉水直接進入河漫灘,無法觀測。故該次工作根據觀測任務要求,并結合實際條件選取瑪納斯河紅山嘴河谷西岸十戶窯村南Ⅱ級和Ⅲ級階地和東岸河漫灘相對集中的自然溝作為泉水觀測對象,共設泉水觀測斷面7處。其中,河谷西岸5處泉水觀測點均位于西岸Ⅱ級階地前緣,分別匯集了西岸Ⅱ級和Ⅲ級階地上溢出的絕大部分泉水,各觀測點從北向南依次編號為1#、2#、3#、4#和5#泉水溝,間距200～400m。Ⅲ-1#泉水溝位于3#泉水溝西側Ⅲ級階地上的公路邊,該部分泉水和盤山渠放水一起匯入到3#泉水溝。瑪納斯河紅山嘴河谷東岸泉水溢出主要分布在河漫灘和Ⅱ級、Ⅲ級階坎上,泉流分散。故選取瑪納斯河東岸石灰窯風景區北側約300m處河漫灘一自然匯集泉水溝為6#觀測點,該觀測點受夏季洪水影響較大。

另外,根據工作需要,對瑪納斯河東岸Ⅳ級階地上紅山嘴電站Ⅱ級引水渠兩側的13眼融冰井進行了調查,選取其中4眼機井進行了水位觀測,以了解Ⅰ級電站運行后對區域地下水的影響。

1.2觀測過程

該次泉水觀測工作開始于2006年7月。首先對調查確定適宜觀測的泉水溝的觀測斷面按堰測法(梯形堰)的觀測要求進行了初步整修,埋設預制混凝土板,修建觀測臺階等,然后按每月2次的觀測頻率進行觀測。泉水溝首次動態觀測時間為2006年7月28日,至2007年8月初已滿1個水文年。在此期間,除3#溝2007年4～5月有3次因農民伐樹和Ⅲ-1#泉點因冬季冰雪覆蓋影響未能觀測外,其余泉水觀測點均按要求進行了觀測,共計24次,平均每月2次。按照枯、平、豐水期對4處泉水溝采取水質全分析樣品,進行水質分析測試,于2006年9月28日(豐)、2007年1月30日(枯)和2007年5月31日(平)分別采取了11組全分析水樣。同時對瑪納斯河紅山嘴河谷泉水溢出帶進行了水文地質測繪與調查,水文地質測繪范圍為:南北方向從盤山渠渠首沿河道到十戶窯村,東西方向從東岸2級電站引水渠到西岸盤山渠,面積約10km²。主要了解該泉水溢出帶在整個“南山洼地”中所處的位置、地形地貌特征、泉水溢出形式和出露高程、分布特征及其泉域面積等;掌握泉水溢出帶泉水、渠道水和河水之間的相互關系。

1.3流量誤差比較與校正方法

該次觀測在2006年10月和2007年7月對西岸部分泉水溝同時采用堰測法(梯形堰)、流速儀(LS10型旋槳式流速儀)及浮標法進行泉水溝測流,以相互檢驗觀測中產生的流量誤差。經檢查發現多種測流結果存在一定的誤差,堰測法(梯形堰)觀測流量數據偏小。經綜合分析比較,采用2006年10月和2007年7月流速儀觀測的泉水流量數據對各泉水溝原堰測法(梯形堰)觀測數據進行統一校正。

2區域水文地質條件及泉水分布特征

2.1區域水文地質條件

瑪納斯河紅山嘴河谷泉水溢出帶位于整個“南山洼地”北緣,洼地內堆積了厚度達300m以上的第四系下更新統西域組(Q1)礫巖、中更新統烏蘇群(Q2)、上更新統新疆群(Q3)和全新統(Q4)砂礫石、卵礫石層,礫巖和砂礫石、卵礫石中的空隙為地下水儲存提供了巨大的空間。在天山北坡中段第一排褶皺構造北側的背斜隆起構造的影響下,形成了東西向展布的由第三系泥巖、砂巖隆起的低山不透水層,阻斷了“南山洼地”地表徑流和地下水向沖洪積平原區的排泄。同時發源于天山北坡的塔西河、瑪納斯河、寧家河、金溝河等河流在流經“南山洼地”過程中,河水大量滲漏補給洼地第四紀松散砂礫石孔隙含水層地下水,使“南山洼地”儲存了豐富的地下水資源。而瑪納斯河紅山嘴河谷為“南山洼地”中侵蝕切割最深的河谷,其河床比東邊的塔西河低約150m,比西邊的寧家河低約50m,由此造成“南山洼地”中地下水沿著洼地中第四系松散砂礫石層滲漏通道向區域排泄基準面——瑪納斯河紅山嘴河谷匯集,最終地下水在瑪納斯河紅山嘴河谷Ⅰ～Ⅲ級階地的階坎、階面和后緣以及河漫灘等地帶以下降泉形式山露地表,成為“南山洼地”地下水的集中排泄通道。

該次選取的泉水溢出帶水文地質剖面位于3#和4#泉水溝間,剖面走向與瑪納斯河河道基本垂直,該橫剖面北距Ⅱ級電站約3.6km,南距Ⅱ級渠首9km。

2.2泉水分布特征

該次觀測泉水主要分布瑪納斯河紅山嘴河谷西岸Ⅱ、Ⅲ級階地和東岸河漫灘地帶。此區從河床到Ⅳ級階地,出露地層以第四紀全新世-中更新世沖洪積和冰水堆積的松散砂卵礫石層為主,Ⅱ、Ⅲ級階地表層沉積有厚度不足1m的粉土或淤泥質層。泉水溢出形式有的直接從階地陡坎底部出露,有些地段從階面以片狀散流或沼澤形式溢出,局部地段在階面以泉眼流出,泉水類型均為下降泉。此區出露的所有泉水水質清澈透亮,水溫在4～15℃。

2.3泉水動態變化特征

在觀測期內所觀測的瑪納斯河西岸泉水流量總體有所減小。其流量動態變化曲線基本符合泉水季節性變化過程,其豐水期為8～10月,枯水期為12月至翌年2月,枯、豐水期較為分明,年內豐水期泉水流量為枯水期的1.12～1.26倍。瑪納斯河東岸河漫灘泉水流量為0.25m3/s,僅占瑪納斯河紅山嘴多年泉水平均流量3.68m3/s的6.79%;西岸Ⅱ、Ⅲ級階地觀測泉水溝泉水流量為1.04m3/s,占瑪納斯河紅山嘴多年泉水平均流量的28.26%,兩岸合計觀測流量占35.05%。瑪納斯河Ⅰ級階地、河漫灘及河床帶泉水,大多因溢出分散而無法觀測。

2.4泉水流量變化趨勢分析

根據瑪納斯河河谷水源地水文地質詳查報告,河谷泉水溢出帶泉水補給受南北和東西2個方向的徑流補給,即受南部瑪納斯河上游以及東西部塔西河和寧家河、金溝河來水等多重因素的影響。目前,據2003年與2006年間觀測數據分析,瑪納斯河西岸泉水溝流量動態具有減小的趨勢,對應月份所觀測的泉水總流量下降了約19.3%。雖然個別泉水溝的流量受人為干擾有一定的變化,但瑪納斯河西岸Ⅱ級、Ⅲ級階地泉水總量逐漸減少的趨勢未能改變。由于泉水流量動態觀測數據系列較短,缺少連續多年泉水流量動態數據對比,還無法說明該動態變化的主因。一方面,瑪納斯河Ⅰ級電站于2006年10月開始運行,使瑪納斯河大于60m3/s的徑流量才下瀉Ⅰ級渠首以下河道,造成上游肯斯瓦特至Ⅱ級渠首約15km以及Ⅱ級渠首至泉水溢出南界約6km河道的自然徑流行水時間縮短近9個月,而這段南山洼地瑪納斯河強滲漏河道下滲補給量的明顯減少,對下游紅山嘴泉水溢出影響較大。另一方面,目前還不能排除南山洼 地東西2個方向補給量減少的影響。

3結論與討論

(1)根據該次1個水文年的瑪納斯河河谷泉水流量觀測數據分析,各泉水溝泉水流量年內動態變化基本符合泉水季節性變化規律。所觀測的瑪納斯河西岸Ⅱ、Ⅲ級階地5處泉水溝泉水總流量為1.04m3/s,比以往瑪納斯河西岸泉水1.3m3/s減少了約20%。初步分析認為泉水流量的減少主要與上游河道來水量減少有關,同時也與南山洼地東西兩側的補給量減少有關,但其影響程度還需要多年較長的泉水觀測數據系列來進一步分析確認。

(2)瑪納斯河紅山嘴河谷該次觀測泉水水質除細菌學指標超標外,其他指標符合生活飲用水衛生標準。

(3)鑒于瑪納斯河紅山嘴河谷泉水泉域較廣,泉水溢出量與整個南山洼地地下水補給量有關,受自然和人為因素多重影響,同時為準確掌握瑪納斯河Ⅰ級電站建成運行對泉水流量的影響,取得的1個水文年的泉水動態觀測數據序列明顯太短,還無法反映泉水動態的年際變化規律,因此建議對瑪納斯河紅山嘴河谷泉水動態開展長期觀測工作,并且與2006～2007年觀測序列相連接進行。2個較完整的觀測序列結束后,根據泉水動態變化情況,再選擇連續長期觀測或后續年份宜在每年豐、平、枯水期3個季節開展泉水流量動態長期觀測工作,以便完善地掌握并監控泉水動態的變化規律,為石河子市第2水源地的建設及運行管理提供有價值的水文數據。

4參考文獻

[1] 吉錦萍,吉呈祥.紅山口溝流域水文特性探析[J].現代農業科技,2008(21):350-351.

[2] 秦莉,琪美格.巴州清水河徑流變化趨勢分析[J].現代農業科技,2008(17):320,322.

[3] 曹潤珍.神頭泉流量動態及影響因素分析[J].山西水利,2008(3):36-37.

[4] 陳理.石畔河流域水文地質環境與水資源利用[J].蘭州大學學報(自然科學版),2008(3):11-16.

[5] 李艷紅,楚新正,金海龍.新疆艾比湖流域水文特征分析[J].水文,2006(5):68-71.

[6] 張巖,陳連,王繼承.湯旺河流域水文特征分析[J].東北水利水電,2006(9):28.

[7] 耿峻嶺,高玲,陳建江,等.新疆呼圖壁河流域水文特征分析[J].干旱區研究,2005(3):371-376.

[8] 湯世珍,賈兵,辛俊.新疆和布克河流域水文特征分析[J].中國西部科技,2005(6):57-59.

[9] 蘭文軍,賈兵,梁雪英,等.尼雅河水文特征分析[J].新疆水利,2004(6):38-42.