烏魯木齊縣東諸小溝流域山前平原帶水文地質條件分析

袁麗發，謝 寧，徐海龍

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

烏魯木齊縣以東諸小溝位于烏魯木齊市區南約45 km的天山北麓，行政區隸屬于烏魯木齊縣水西溝鎮，是烏魯木齊市城區的重要水源地上游。為對烏魯木齊上游地區及附近的小河流域地下水資源進行統籌規劃，對區域內的各水系在流域開發、利用、保護水資源，以實現烏魯木齊上游水資源可持續利用和水生態系統、濕地生態系統的良性循環。因此，本文以烏魯木齊縣以東諸小溝流域山前平原帶作為研究對象，在對研究區自然地理和地質條件分析的基礎上，并結合相關研究成果[1-5]，對研究區水文地質條件進行了分析和研究。研究成果可為研究區地下水資源的開發利用與保護提供科學依據。

1 研究區自然地理分析

1.1 地理位置

研究區處于烏魯木齊河流域山前沖洪積平原，行政區隸屬于烏魯木齊縣，位于烏魯木齊市以南約30 km。由西向東主要包含廟爾溝、羊圈溝、大東溝和半截溝，為洪積傾斜平原，東部是小東溝、南部為山區、西部為板房溝、北部為烏拉泊洼地。研究區南北向公路有S116線、S103線、X024線，向北可達烏魯木齊市，東西向公路有X031。鄉鎮、各村莊之間簡易公路四通八達，交通便利。

1.2 氣象水文

1.2.1 氣象

研究區地處天山北麓中段，準噶爾盆地南緣歐亞大陸腹地，遠離海洋，氣候干燥，氣溫年差較大，屬典型大陸性氣候區。夏季酷熱一般干旱少雨，并經常有大風，日變化劇烈；冬季嚴寒，根據烏魯木齊縣多年氣象觀測，區內多年平均氣溫6.02，低溫天氣出現在12、1、2月，最低氣溫可達-34.9℃；高溫天氣出現在6、7、8月，最高氣溫可達37.5℃；氣溫日變化顯著，日較差可達13℃。最大凍土深度1.55 m。區內多年平均降水量為61.9 mm，個別年份降水更少，如1985年降水量僅24.7 mm。降水多集中在6、7、8三個月內，約占全年降水量的66.1%。區內多年平均蒸發量為3 130.7 mm，每年5、6、7、8四個月份的蒸發量約占全年的61.3%。蒸發與氣溫成正比關系，蒸發量高值出現在每年的7月，低值出現在每年的12月或1月。

1.2.2 水文

研究區所在區域內的河流均系內陸河，所有河流均發源于山區，從源頭到尾經歷徑流形成區和徑流散失區兩個區即山區、平原地貌單元。徑流形成區占有整個山區部分，其主要特點是地勢高寒，降水較多，河川徑流量隨集水面積的增加而增大，出山口達最高值：徑流散失區大致占有平原部分具有與徑流形成區截然不同的特點，河川徑流隨集水面積的增加而減少，最終消失在平原區中。

研究區主要包括5條河流，分別為小東溝、廟兒溝、羊圈溝、半截溝、大東溝，其中廟爾溝與大東溝，徑流量較大，其余各溝無地表水徑流。廟兒溝位于烏魯木齊縣水西溝鄉境內，距烏魯木齊市正南4 km處，平均海拔1 860 m，屬于發源于前山帶的常年性河流。廟爾溝集水面積16 km2，多年平均年徑流量為255萬 m3。大東溝位于烏魯木齊縣境內的南山地帶，屬于發源于天山北麓的季節性河流，大東溝源頭高程2 972 m，全長94 km，集水面積6 km2，多年平均年徑流量為159萬 m3。

2 研究區地質條件分析

2.1 地形地貌

研究區主要地貌為山前傾斜礫質平原，地形平坦地勢開闊，整個地勢南高、北低，坡降12‰～15‰。研究區南部山區發育有多條沖溝，流出溝口后，形成沖洪積扇群。板房溝河河道南北向延伸，河道切割深度在6 m左右，平均寬度為30 m左右，平均海拔為1 500 m，地形坡降在4%～8%。

2.2 地質概況

2.2.1 研究區地層

研究區內主要出露地層為第四系上更新統沖洪積層，南部山區出露石炭系中統凝灰巖。

全新統沖洪積層：分布于溝(河)道內，沿溝(河)徑流方向呈帶狀分布，巖性由灰及深灰色卵石、礫石組成，結構松散，卵石、礫石的分選性和磨圓度較差。

上更新統洪積層、中更新統洪積層：廣泛分布在研究區內，為沖洪積層，巖性由灰及深灰色卵石、礫石組成，結構松散，卵石、礫石的分選性和磨圓度較差。

下更新統冰水沉積層：分布于山前地帶，研究區分布面積不大，為冰水沉積層，巖性多帶有棱角狀、次棱角狀和次圓狀，巖性成分以凝灰巖、細砂巖為主。

石炭系中統凝灰巖：主要出露于研究區南部山區，上部巖性為夾砂巖的凝灰巖碎屑巖，中下部為安山巖及層狀凝灰巖夾石灰巖透鏡體。

2.2.2 研究區地質構造

研究區所處大地構造位置隸屬天山—興安褶皺區(一級)，準噶爾—北天山褶皺系(亞一級)北天山優地槽褶皺帶(二級)。研究區屬于北天山褶皺系中的依連哈比爾復向斜，該區經歷了加里東構造期、華力西構造期、燕山構造期和喜馬拉雅構造期，發生了強烈的區域性升降運動。區域內起控水作用的主要構造為南山山前隱伏斷裂，分布于研究區南部，為基巖山區與第四系松散堆積物的分界線，斷層兩側地貌、地層巖性差異明顯，上升盤的溝谷內第四系覆蓋厚度較薄，下降盤內第四系厚度可達數百米。

3 研究區水文地質條件分析

3.1 地下水類型及其地下水含水層特征

地下水的賦存與分布受流域氣象、水文、地貌、地質、地質構造等水文地質條件控制。山前由北向南呈現階梯式沉降，覆蓋層厚度北部厚，南部薄，形態為階梯型下降的大洼地。沉積物顆粒由粗變細，巖性結構由單一卵礫石、向砂礫石層過渡，沉積物厚度由薄到厚。根據物探解譯成果，出山口至限采區南部界限之間，第四系地層沉積厚度600～800 m，地層巖性為單一卵礫石、砂礫石、砂層，結構松散，顆粒粗大，孔隙發育，透水能力強，是良好的儲水介質和儲水空間，最大沉積厚度在研究區附近。該區主要接受板房溝河、羊圈溝等南部河流滲漏和山前暴雨洪水入滲補給，形成了單一結構松散巖類孔隙潛水。

研究區內位于山前地帶，地下水類型僅為單一結構孔隙潛水，含水層巖性主要為砂礫石、卵礫石、砂，含水層厚度由南向北呈南部薄，中間厚，含水層厚度>200 m，地下水埋深由北向南逐漸變淺，由于斷裂的影響形成了跌水構造，跌水位于出山口至空九軍基地之間。根據賦存條件和水力特征，調查內地下水可分僅有單一結構松散巖類孔隙潛水一種類型。松散巖類孔隙水富水性等級劃分以換算單井涌水量為標準，當口徑小于12吋(Ф325 mm)時，按12吋口徑，5 m降深換算單井涌水量；當口徑大于12吋時，按實際口徑，5 m降深換算單井涌水量。單一結構松散巖類孔隙潛水,根據本次的抽水試驗成果。研究區內地下水含水層富水性為水量中等(換算單井涌水量1 000～3 000 m3/d)。

根據研究區內鉆孔揭露，山前含水層巖性以卵礫石為主，結構松散，多以粉砂充填。卵石粒徑多在5～13 cm。潛水埋深276.30 m；換算涌水量為1 039.81 m3/d，滲透系數為9.83 m/d，礦化度0.26 g/L，屬HCO3·SO4-Mg·Ca型水。

3.2 研究區地下水補給、徑流、排泄條件

研究區地下水補給、徑流、排泄嚴格受地形地貌、水文和人類活動等因素的影響和制約，其中地形地貌決定了地下水的徑流條件，水文因素決定了地下水補給和徑流條件。

3.2.1 補給條件

(1)河流入滲補給：根據《烏魯木齊縣水資源利用規劃報告》可知，廟爾溝至羊圈溝河流出出山口后，一部分河水被引入渠道用于農業灌溉，其余的地表水滲入到山前礫質平原內，山溝小型河流滲漏率一般50%以上。因此河水入滲補給為研究區地下水的主要補給來源。

(2)渠系滲漏補給：研究區飲水渠道較少，干渠主要為板房溝干渠，大部分防滲。防滲率達到了96.55%。地表渠系滲漏對地下水的補給量較之前人研究已明顯減少，但對研究區地下水仍具有一定的補給意義。

(3)田間灌溉入滲補給：農業灌溉主要通過機井灌溉和各級渠系引地表水灌溉，現狀大規模的農業活動導致田間灌溉量劇增，從而田間入滲量大幅增加，田間灌溉入滲補給已成為研究區地下水的重要補給來源。

(4)山前暴雨洪流入滲補給：研究區南部山前沖洪積礫質平原隨著海拔高程的增加，降雨大于洪積平原中下部。山前平原發育較多的沖溝，降雨形成的暴雨洪流順溝流入本區下滲對地下水也具有一定的補給意義。

綜上所述，研究區地下水主要接受河流入滲補給、渠系滲漏補給、田間灌溉入滲補給，山前的暴雨洪流入滲補給。

3.2.2 徑流條件

研究區內地下水總體流向與河流走向及地形坡向基本一致，呈S-SE向，水力坡度為11.56‰～16.7‰。在局部地帶受地表水體和河道洼地、的影響，徑流方向稍有變化，水力坡度向下游逐漸變小。整個研究區地下水徑流基本上以板房溝河為軸線順河向下游緩慢水平運移，通過東北部側向流出區外。

3.2.3 排泄條件

研究區南部主要為地下水補給區及徑流區，研究區地下水主要通過側向徑流和零星人工開采地下水進行排泄。

(1)側向徑流排泄：研究區地下水通過側向徑流流出區外也是地下水排泄方式之一。板房溝河下游以垂直于地下水流向為流出斷面，含水層巖性以卵礫石、中粗砂為主，透水較好，水力坡度為11.56‰～16.7‰，含水層滲透系數9.83 m/d，地下水主流線主要以板房溝河為軸線向下游運動。

(2)人工開采：研究區內現狀下擁有機井約30眼，一年的取水量為233.8萬 m3。相對于補給量而言，地下水的人工開采僅占很少一部分。

3.3 地下水化學特征

根據收集報告水樣采集測試結論和地下水采樣檢測成果，研究區域地下水水化學類型為HCO3·SO4-Mg·Ca型，礦化度0.26 g/L，地下水質相對較好。

3.4 地下水動態特征

3.4.1 年內動態

研究區主要分布在山前的洪積扇群上，處于地下水的徑流區，地下水動態類型為徑流型。地下水徑流條件好，水位埋深大于5 m不受地面蒸發的影響，地下水埋深變化平緩，年變幅很小。

3.4.2 多年動態

根據《烏魯木齊水資源公報》資料，依據地質環境監測技術工作細則，按照地下水水位升降速率劃分地下水水位多年動態類型，項目取水區位于烏魯木齊地下水動態監測區的基本穩定區(-0.5 m～0.5 m/a)。地下水多年動態主要受自然因素、水文因素和人為因素影響，由于該區域地表水系較為發達，地下水用水量較小，多年動態基本穩定，相鄰年份年均水位變幅不大，多年水位升降速率(-0.5 m～0.5 m/a)，為基本穩定型。

4 結語

(1)烏魯木齊縣東諸小溝山前帶為典型的內陸干旱山前帶，水文地質條件具有內陸干旱盆地山前帶的一般規律，在山前傾斜礫質平原區為單一結構的第四系松散巖類孔隙潛水分布區。

(2)烏魯木齊縣東諸小溝山前帶潛水主要接受南部諸小溝河流入滲補給、渠系滲漏補給、田間灌溉入滲補給，山前的暴雨洪流入滲補給。徑流總體方向由南向北，排泄以側向徑流、機井開采等方式排泄。山前水化學類型以HCO3·SO4-Mg·Ca型為主。

(3)烏魯木齊縣東諸小溝山前帶內現狀下有機井約30眼。相對于補給量而言，地下水的人工開采僅占很少一部分，但研究區位于烏魯木齊市城區的重要水源地上游，因此研究區的地下水的開發利用需要進行更深入供需平衡分析。