新疆塔里木河源生態脆弱區庫車河灌區地下水特征分析

李春梅,王書峰

(新疆阿克蘇水文水資源勘測局,新疆 阿克蘇 843000)

新疆塔里木河源生態脆弱區庫車河灌區地下水特征分析

李春梅,王書峰

(新疆阿克蘇水文水資源勘測局,新疆 阿克蘇 843000)

蘇地區庫車縣庫車河灌區地下水水文地質、賦存、補給、徑流、排泄特征

論述了阿克、化學特征和地下水動態變化特征。灌區北高南低地勢高差決定了地下水的基本流向,地下水主要以地表水轉化補給為主,灌區地下水表現為滲入 -蒸發型的動態特征,年際變化小,現狀地下水僅有少量生活用水開采,開采量很小,水質較好,滿足集中式生活飲用水水源及工、農業用水要求?？茖W認識該區地下水特征,對該區地下水開發、保護、治理以及調配流域和區域水資源保障供水安全、生態與環境安全和地下水資源的可持續利用政策的實施提供了科學依據。

塔里木河源;庫車河灌區;地下水特征;地下水水質

0 前言

庫車縣庫車河灌區是一個干旱、半干旱地區,水環境容量小,生態環境脆弱。按灌區分類面積統計,庫車河灌區林木覆蓋率僅有 4.0%左右,人工灌溉草地比例過低,灌區地下水水文地質、水化學和動態變化特征對該地區生態環境安全息息相關,對地下水各種特征的認識是地下水開發、保護、治理和管理的前提基礎。為調配流域和區域水資源保障供水安全、生態與環境安全和地下水資源的可持續利用政策的實施提供科學依據。

1 研究區概況

庫車河灌區處于歐亞大陸腹地,濕潤的海洋氣流不易進入,形成了干旱的大陸性沙漠氣候,表現為干旱少雨,蒸發量大,光熱資源充足,無霜期長、晝夜溫差大,夏季炎熱,冬季干冷,春夏常見風沙浮塵天氣。多年平均氣溫為 10.8℃,多年平均降水量 62.25 mm,降雨多集中在 5～9月份,多年平均蒸發量 1 365.66 m m。年凍土深一般為 0.65 m,最大為 0.82 m,最大積雪深度 10c m。

庫車縣境內河流有十余條,其中常年有水的河流有 4條,分別為:渭干河水系、庫車河水系、波斯坦托克拉克河、塔里木河。庫車河是該河系中水量最大的河流、又稱蘇巴什河,史稱“東川水”,水量可占全河河系的 73.30%。上源西支烏什開伯西河是其主源,源于科克鐵克山的莫斯塔冰川,流向南東、玉庫臺克力克陸續匯入東支阿恰溝、東支科克那克河、卡爾塔西后南下,經康村切穿卻勒塔格山到達蘭干。經 20 k m之多的礫質平原,穿過喀蘭古折向南東,消失于荒漠之中。全長 128 k m,集水面積 2 946 k m2,蘭干站多年平均徑流量 3.605×108m3/a。

圖 1 渭干河流域河流水系分布圖

2 灌區地下水特征

2.1 水文地質特征

庫車河灌區自東西展開,為一狹長不對稱的向斜構造,向北深陷、向南舒緩,其間接受了巨厚的中新生代內陸湖相、河流相沉積物。歷經喜瑪拉運動,使之巨厚的沉積層發生褶皺隆升,形成寬闊的近東西向平行分布的四排構造,從而構成天山南麓前山構造帶。有兩條斷裂,均呈東西向延伸。一為卻勒塔格山前斷裂,另一為亞肯背斜北翼斷裂,均為高角度逆掩斷裂。再者,在亞肯背斜南翼沿 314國道亦可能存在一條隱伏斷裂。隨著塔里木盆地周邊山體的持續上升,奠定了干旱內陸盆地的雛形。

在地貌單元上,地勢的總趨向是在北高南低的基礎上,而伴以北西高南東低的次一級特征。北部山地最大高程海拔 4 553 m,南部平原最低高程為海拔 922 m,平均地形坡度為 18.81‰。北部科克鐵克山呈東西走向,西高東低、北高南低,一般高程為 1 200～4 383 m。屬低山丘陵至中高山地形。規劃區分布于全縣中部及南部的山前平原區,地形亦是北高南低、北西高而南東低。地形坡度:西側的渭干河平原區為3.91‰ ～0.62‰,中部的庫車河平原為 7.27‰ ～0.46‰,東部的小河平原區為 1.56‰。南部沖積的塔里木河平原區,則是西高東低,地形坡度為 0.33‰ ～0.25‰。河床寬淺彎曲,河流改道頻繁,牛軛湖眾多,并有零星沙丘分布。風積地形主要分布在渭干河流域下游的廣大地區,由全新統風積細、粉砂組成,地表形態多表現為蜂窩狀固定或半固定沙丘,其次為活動性鏈丘和新月形沙丘。沙丘邊緣及河谷附近生長著野生胡楊林木、梭梭、紅柳等植物。

綜上所述,灌區地勢北高南低,由低山丘陵—山前傾斜平原—沙漠遞變,南北地勢高差近 100 m,從而決定了地表水及地下水的基本流向。

2.2 地下水賦存、補給、徑流、排泄特征

山前巨厚的第四系松散堆積層是平原區地下水賦存的主要場所。灌區地處山前傾斜平原區,天山褶皺帶以南、塔里木地臺北緣的阿克蘇坳陷構造區域內,由于天山褶皺帶的強烈上升,阿克蘇坳陷帶相對下降,從而在坳陷帶內沉積了厚達 200～1 200 m第四系松散堆積物,為本區地下水提供了良好的儲水條件。據鉆孔揭示,山前沖洪積平原區卵礫石地層厚度超過 250 m,地下水埋深 1～10 m。物探資料表明,沖積平原區第四系松散沉積物最大厚度在 1 000 m以上,形成巨厚的地下水孔隙含水層組。由北向南,含水層結構由山前單一卵礫石含水層逐漸過渡為該區的含礫中粗砂、中細砂夾粉砂、亞砂透鏡體的含水巖組,總趨勢為由北向南在 0～10 m之間變化。

中、高山區由于大量接受天山山區大氣降水、冰雪融水和基巖裂隙水的補給,造成地下逕流暢通,循環強烈,這里也是山前平原區地下水的主要天然補給源區。山區天然補給帶主要在山前隱伏斷裂帶以北。平原區地下潛水和承壓水的補給來源以地表水在山前帶入滲所形成的水平逕流補給為主,其次為灌溉水的垂直入滲補給。

地下水主要以地表水轉化補給為主,補給方式主要為河流入滲、暴雨性洪流入滲以及灌溉滲漏。此區地下水含水層厚度自北向南逐漸變大,含水層顆粒由粗變細,含水層巖性以中、粗砂及細砂為主。本區為地下水的逕流排泄區,此帶地層顆粒變細,砂、少量礫石層和亞粘土、粘土層交互出現,地下水徑流速度變緩,地下水含水層厚度自北向南逐漸變薄。此區地下水排泄途徑除向下游的逕流和人工開采外,由于地下水逕流受阻而出露成泉,也是其排泄途徑之一。沖積平原區以北的沙漠區為地下水的蒸發排泄區。由于地層顆粒極細,地下水逕流滯緩,最終消耗于蒸發。

2.3 地下水水化學特征

灌區地下水補給來源主要為地表水體的滲漏補給,因此地下水的水化學變化特征與河水基本一致。根據現有的水質資料分析,該區地下水 p H值在 6.5～8.5之間;礦化度在204～1990 mg/L之間,總硬度一般小于 200 m g/L;沖洪積平原上部及近河地帶地處于水文地球化學遷移?溶濾區,潛水水化學多為 H C O3C l S O4—C a N a Mg型淡水;至平原下部及與庫車河沖洪積平原扇間地區之南疆水利指揮部、比西巴克,逐漸過渡到水文地球化學的遷移集累及集累區,潛水水化學多為 C l S O4H C O3—N a Mg型微咸水、甚至變異為 C l S O4—N a Mg型咸水。

2002～2007年間,新疆水環境監測中心阿克蘇分中心根據水質監測資料采取單項組分評價和綜合評價方法提供了33組庫車縣開采井的水質分析報告,該中心通過國家計量認證,分析結果可靠。

地下水質量單項組分評價,按國家標準《地下水環境質量標準》(G B/T 14848-93)所列分類指標劃分為五類,不同類別標準值相同時,從優不從劣[5,6]。單項組分評價包括色度、渾濁度、肉眼可見物、p H、總硬度(以 C a C O3計)、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、高錳酸鹽指數、硝酸鹽(以 N計 )、氟化物 、汞、砷、鎘、鉻 (六價 )、鉛、總大腸菌群、細菌總數等 19項。

33組水樣的分析、評價結果表明,規劃區大部分地方地下水水質綜合類別符合《地下水環境質量標準》的Ⅲ類標準,適用于集中式生活飲用水水源及工、農業用水。符合Ⅱ類標準的的水樣達到 10組,占到水樣總數的 43.5%,達到Ⅳ類水質標準的 2組,占到水樣總數的 43.5%,達到Ⅴ類標準的 3組,占到水樣總數的 13%。見表 1。

表 1 庫車縣地下水水質超標項目分析表

表 1顯示,超標水樣中,超標率最高的項目為氯離子、硫酸鹽,超標率達到 16%,其次為礦化度和氟化物,超標率為12%,最低的為鐵、錳,超標率 4%。而在單組水樣中,超標項目最多的為紅旗鎮集鎮水廠、托依堡鄉鎮色日馬克水廠水樣,超標項目為 4項,且 2組水樣中,氯離子、硫酸鹽、礦化度均超標。

綜合分析,灌區大部分區域地下水水質較好,滿足集中式生活飲用水水源及工、農業用水要求,小部分地方地下水水質超過《地下水環境質量標準》的Ⅲ類標準。就超標的項目分析,主要集中在氯離子、硫酸鹽、礦化度和氟化物 4個參數,單項水質類別最高達到Ⅴ類,沒有達到劣Ⅴ類。從超標項目性質來說,超標的項目經過水質處理均可達到Ⅲ類水質標準,如果僅為滿足生產用水要求,庫車河灌區地下水水質經過處理后,均可滿足生產用水要求。

2.4 地下水動態特征

地下水動態特征可以反映出本區域地下水補給條件的好壞和地下水開發利用的程度高低。灌區地下水主要受地表水體的入滲補給,以向下游徑流和人工開采的方式進行排泄,地下水水位動態變化規律與河流來水量、田間灌溉用水量及人工開采量密切相關,表現出洼地內的地下水動態由于受庫車河的影響,基本都呈現出水文——逕流型的動態特征。

根據收集到的灌區水利局 2001～2006年地下水埋深長觀資料,渭干河灌區新墾農場地下水位動態多年變化趨勢圖如圖 1所示。

圖 1 庫車河流域地下水動態變化曲線圖

年內變化,洼地內的地下水動態由于受庫車河的影響,基本都呈現出水文——逕流型的動態特征。每年 12月至翌年 6月為枯水期,地下水水位動態基本只受地下水逕流運移的影響;8～11月為洪水期、10月水位達最高峰,由于地表水洪流的入滲影響,地下水水位急劇上升,其變化一般都滯后于地表水的相應變化。水位年變幅多為 2～5 m,多者達6 m。

年際變化,據《庫車河灌區水鹽監測項目》1993～1996年地下水動態資料:灌區內地下水水位的年際變化不大;1993年后是克孜爾水庫建成開始的受益年,在水庫調節運行的狀態下灌區內的最高水位有不太顯著的上升。

3 結論

通過分析塔里木河源生態脆弱區庫車河灌區地下水水文地質特征、賦存、補給、徑流、排泄特征、化學特征和地下水動態變化特征得到以下結論。

(1)塔里木河源生態脆弱區庫車河灌區在地質構造上處塔里木地臺北緣的塔里木臺坳區之北部的坳陷帶內。坳陷區域形成的厚達 200～1 200 m的第四系砂卵礫石,為地下水提供了良好的存儲空間;灌區地勢北高南低地下水的基本流向;地下水主要以地表水轉化補給為主,補給方式主要為河流入滲、暴雨性洪流入滲以及灌溉滲漏。該區地下水排泄途徑包括向下游的逕流、人工開采外、出露成泉等,沖積平原區以北的沙漠區,由于地層顆粒極細,地下水逕流滯緩,最終消耗于蒸發。

(2)灌區大部分區域地下水水質較好,滿足集中式生活飲用水水源及工、農業用水要求,小部分地方地下水水質超過Ⅲ類標準。超標的項目主要集中在氯離子、硫酸鹽、礦化度和氟化物 4個參數,經過水質處理后,可滿足生產用水要求,單項水質類別最高達到Ⅴ類。但灌區相關部門要根據主導功能的水質要求,嚴格控制,避免地下水水質惡化。

(3)灌區地下水表現為水文——經流型的動態特征,年際變化小,現狀地下水僅有少量生活用水開采量,開采量很小,本區可維持開采現狀,將來隨著該區經濟社會的發展,在探明淡水水源的情況下,可適當增加開采量以滿足生活用水需求。但地下水開采量要以可開采量和開采區地下水補給條件確定,實現區域地下水的采補平衡。根據地下水功能區生態與環境保護目標的要求,合理確定地下水水位。

地下水是脆弱的系統,一旦遭到破壞、很難修復,在制定分區地下水保護和開采目標時,要以保障地下水的各項功能的正常使用為原則[7]?？茖W認識該區地下水特征,對該區地下水開發、保護、治理以及調配流域和區域水資源保障供水安全、生態與環境安全和地下水資源的可持續利用政策的實施提供科學依據。

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1004-1184(2010)06-0043-03

2010-08-02

李春梅(1975-),女,四川安岳人,工程師,主要從事水文水資源研究工作。