新疆吐魯番盆地地下水動(dòng)態(tài)特征及開(kāi)發(fā)利用狀況評(píng)價(jià)

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

吐魯番盆地是新疆天山東部南坡的一個(gè)山間盆地，呈南北高，中部低的特征，是典型的封閉式盆地。為了解我國(guó)西北地區(qū)主要城市及其周邊區(qū)域的地下水污染現(xiàn)狀，本文以吐魯番盆地為研究對(duì)象，在野外調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，并參考相關(guān)研究成果[1-6]，對(duì)吐魯番盆地的含水層特征、區(qū)域地下水的補(bǔ)徑排特征以及地下水的水化學(xué)特征進(jìn)行了分析，并對(duì)區(qū)內(nèi)地下水資源的開(kāi)發(fā)和利用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，進(jìn)而為后期該地區(qū)地下地下水資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域概況

1.1 氣象

吐魯番盆地1986～2010年年內(nèi)氣溫1月最低，7月最高，氣溫年較差40℃～47.5℃。春秋兩季氣溫變化劇烈，尤其是春季，月升溫速度在10℃左右。吐魯番盆地的托克遜縣、吐魯番市、鄯善縣夏季平均炎熱日數(shù)(最高氣溫≥35℃日數(shù))分別為92 d、98 d和71 d；酷熱日數(shù)(最高氣溫≥40℃日數(shù))分別為29 d、34 d和13 d，最高氣溫分別為48.0℃、47.8℃和46.5℃，冬季最低氣溫分別為-24.6℃、-25.2℃和-24.7℃。吐魯番盆地降水量分析選用了山區(qū)和平原區(qū)共12個(gè)站點(diǎn)，實(shí)測(cè)資料最長(zhǎng)的從1952～2010年，最短的1992～2000年。吐魯番盆地降水量等值線基本為南北走向，山區(qū)降水量等值線大致與山脈走向一致。降水量與海拔高度成正比關(guān)系，海拔高降水量大，海拔低降水量小。

1.2 水文

吐魯番盆地內(nèi)共發(fā)育有大小河流14條，屬于博格達(dá)山水系的河流有：白楊河、大河沿、塔爾朗、煤窯溝、黑溝、恰勒坎、二塘溝、柯柯亞和坎兒其等河溝，屬于天格爾山水系的河流有：柯?tīng)枆A溝、艾維爾溝、阿拉溝，屬于覺(jué)羅塔格山水系的河流有：祖魯木圖溝、烏斯通溝。

1.3 地形地貌

吐魯番盆地南北高，中部低，是典型的封閉式盆地?！叭健睘楸辈康牟└襁_(dá)山、南部的天格爾山和覺(jué)羅塔格山、中部的鹽山～火焰山；“兩盆”為被鹽山～火焰山分隔開(kāi)的吐魯番北盆地和南盆地；東部為庫(kù)姆塔格沙漠。

吐魯番盆地地貌按形態(tài)類型可分為山地、平原和沙漠，按成因類型可分為侵蝕構(gòu)造作用、構(gòu)造剝蝕作用和堆積作用(洪積、沖洪積、湖積、化學(xué)沉積、沼澤沉積、風(fēng)積和沖～風(fēng)積)。

2 區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)特征分析

2.1 主要含水層特征

根據(jù)地下水儲(chǔ)存介質(zhì)、地下水動(dòng)力特征、不同含水層系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系等，并結(jié)合本次調(diào)查與評(píng)價(jià)工作的需要，將吐魯番地下水類型簡(jiǎn)單概化成三大類型及相應(yīng)的亞類：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水、凍結(jié)層水(如表1)。主要含水層及分區(qū)敘述如下：

表1 吐魯番盆地地下水類型劃分及分布特征統(tǒng)計(jì)一覽表

2.2 區(qū)域地下水補(bǔ)徑排特征

吐魯番盆地地下水流動(dòng)系統(tǒng)，從水流空間來(lái)看可分為補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)三個(gè)部分，垂向上由第四系含水巖系的淺層含水巖組和深層含水巖組組成，該含水巖系底板為隔水的新近系、古近系。它們的地下水流場(chǎng)特征有明顯的差異，其中：第四系含水巖組中的淺層含水層具有水交替強(qiáng)烈，短循環(huán)周期的特點(diǎn)；第四系含水巖組中的深層承壓含水層，具有水交替緩慢、中等循環(huán)周期的特點(diǎn)。

2.2.1 地下水的補(bǔ)給

盆地平原區(qū)地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要包括河道滲漏補(bǔ)給、山區(qū)河谷潛流的側(cè)向流入補(bǔ)給以及大氣降水入滲補(bǔ)給。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，在人類開(kāi)采地下水能力增強(qiáng)和地表水引水工程引水逐漸增多的作用下，盆地平原地下水的補(bǔ)給方式由降水入滲補(bǔ)給、河道滲漏補(bǔ)給和河谷潛流補(bǔ)給變?yōu)樵黾恿饲罎B漏補(bǔ)給和田間灌溉補(bǔ)給和田間灌溉回歸補(bǔ)給。由于山區(qū)與平原區(qū)之間的地層主要為第三系相對(duì)隔水的泥巖，因此，山區(qū)與平原區(qū)之間的接觸面可認(rèn)為是隔水邊界，沒(méi)有山區(qū)地下水的側(cè)向流入補(bǔ)給。降水入滲多集中在北部博格達(dá)山、西部天格爾峰、南部庫(kù)木塔格山山前一帶，補(bǔ)給方式多為暴雨形成的洪水在山前戈壁灘上滲入補(bǔ)給地下水。

盆地北部的博格達(dá)山、西部的天格爾峰、南部的庫(kù)木塔格山等山區(qū)中的主要河流形成的沖洪積扇。沖洪積扇透水性強(qiáng)，側(cè)向潛流補(bǔ)給條件極佳，是接受山區(qū)河谷潛流流入補(bǔ)給的主要地段，構(gòu)成了平原區(qū)地下水強(qiáng)大的補(bǔ)給來(lái)源之一，基本代表了天然條件下山區(qū)河谷潛流的真實(shí)情況。

2.2.2 地下水的徑流

受盆地地形、地貌等因素控制，徑流方向基本與地形坡度的方向相一致，由北向南徑流。北盆地的地下水流入南盆地后向艾丁湖和以艾丁湖為中心的地下水淺埋區(qū)匯流。南盆地的南部山區(qū)降水稀少，只有暴雨形成的洪水才對(duì)地下水形成有意義的補(bǔ)給，因此南部覺(jué)羅塔格山山前洪積扇地下水不會(huì)形成向艾丁湖的徑流。地下水的徑流主要形成于艾丁湖的西部、北部、東部三個(gè)地區(qū)。

2.2.3 地下水的排泄

淺層地下水的蒸發(fā)排泄量，取決于地下水的埋藏深度、地下水水面以上地層的巖性。沿鹽山、火焰山北麓分布的水位埋深小于5 m的細(xì)土帶分布面積則非常小，雖有蒸發(fā)，但蒸發(fā)量是很小的。南盆地的艾丁湖是吐魯番盆地地表水和地下水的匯集地，在環(huán)艾丁湖地區(qū)，細(xì)顆粒地層分布面積非常廣泛：西部到伊拉湖鄉(xiāng)，北部到近火焰山山前，東部靠近庫(kù)木塔格沙漠區(qū)。細(xì)顆粒地層分布區(qū)地下水位埋藏小于5 m的地區(qū)面積比較大，故潛水蒸發(fā)量比較大，主要集中于春季、夏季和秋季。由于地下水的長(zhǎng)期蒸發(fā)，鹽份富積于地表，在環(huán)艾丁湖附近一帶形成結(jié)晶的芒硝、鹽堿地等。盆地中地下水的排泄途徑以實(shí)際開(kāi)采量(包括機(jī)井、坎兒井)、潛水蒸發(fā)及平原泉水排泄為主要排泄方式。其中坎兒井和機(jī)井成為盆地中地下水開(kāi)采的主要排泄方式。

2.3 地下水水化學(xué)特征

平原區(qū)地下水化學(xué)類型具條帶狀分布規(guī)律。山前礫質(zhì)平原區(qū)以HCO3·SO4型水為主，向細(xì)土平原及湖積平原依次變?yōu)镾O4·HCO3型、SO4·Cl型、Cl·SO4型和Cl型水，地下水溶解性總固體含量從小于1 g/L逐漸上升至100 g/L以上。

3 地下水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

目前的吐魯番盆地，在地下水的開(kāi)發(fā)利用上以機(jī)電井為主，坎兒井、泉為輔。機(jī)電井開(kāi)采的地

下水用于農(nóng)田灌溉、農(nóng)村自來(lái)水(農(nóng)村人畜用水)，也用于工業(yè)生產(chǎn)，其中吐哈油田的開(kāi)采也有地下水的功勞?？矁壕牡叵滤糜谏鷳B(tài)綠化、農(nóng)田灌溉、以及農(nóng)村居民生活。

隨著機(jī)電井的大面積施工和使用，坎兒井的水量受地下水位變動(dòng)的影響，出水量受到了嚴(yán)重影響，很多坎兒井出水量降低其價(jià)值也隨著降低，隨之而失去維護(hù)，干涸以至廢棄，而機(jī)電井的數(shù)量和地下水的開(kāi)采量都呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的勢(shì)頭。吐魯番盆地在用的農(nóng)灌機(jī)電井總計(jì)達(dá)到了5 732眼，機(jī)電井主要分布于吐魯番盆地的綠洲區(qū)，平均井點(diǎn)分布密度為2.5眼/km2，在達(dá)朗坎鄉(xiāng)、恰特卡勒鄉(xiāng)井點(diǎn)最高的分布密度已經(jīng)達(dá)到了4眼/km2。

經(jīng)過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)出：2010年吐魯番盆地各行業(yè)地下水總用水量為11.891 0×108m3。

按用水行業(yè)分類：農(nóng)業(yè)用水量為7.824 4×108m3(占比65.80%)、工業(yè)用水量為0.246 4×108m3(占比2.07%)、生活用水量為0.221 4×108m3(占比1.86%)，其它用水(生態(tài)、坎兒井排水)3.598 8×108m3(占比30.27%)。

按開(kāi)發(fā)利用方式分類：吐魯番盆地的機(jī)電井的地下水開(kāi)采量為8.292 3×108m3(占比69.74%)、坎兒井為1.407 9×108m3(占比11.84%)、自流井為0.283 5×108m3(占比2.38%)、泉水為1.907 3×108m3(占比16.04%)。

按行政區(qū)劃分類：吐魯番盆地吐魯番市的地下水開(kāi)采量為4.621 3×108m3(占比38.86%)，托克遜縣為2.053 0×108m3(占比17.27%)，鄯善縣為5.216 7×108m3(占比43.87%)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 根據(jù)地下水儲(chǔ)存介質(zhì)、地下水動(dòng)力特征、不同含水層系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系等，將吐魯番盆地地下水類型劃分為：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水、凍結(jié)層水。吐魯番盆地地下水接受來(lái)自北部博格達(dá)山、西部天格爾山的冰川水及少量大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)、機(jī)井、坎兒井、側(cè)向徑流以及人工開(kāi)采等形式排泄，最終排泄區(qū)為艾丁湖。

(2) 平原區(qū)地下水化學(xué)類型具條帶狀分布規(guī)律。山前礫質(zhì)平原區(qū)以HCO3·SO4型水為主，向細(xì)土平原及湖積平原依次變?yōu)镾O4·HCO3型、SO4·Cl型、Cl·SO4型和Cl型水，地下水溶解性總固體含量從小于1 g/L逐漸上升至100 g/L以上。

(3)目前的吐魯番盆地，在地下水的開(kāi)發(fā)利用上以機(jī)電井為主，坎兒井、泉為輔。機(jī)電井開(kāi)采的地下水用于農(nóng)田灌溉、農(nóng)村自來(lái)水(農(nóng)村人畜用水)，也用于工業(yè)生產(chǎn)?？矁壕牡叵滤糜谏鷳B(tài)綠化、農(nóng)田灌溉、以及農(nóng)村居民生活。

[1]陳魯. 吐魯番盆地區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水循環(huán)研究[D]. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京).2014.

[2]連會(huì)青, 武強(qiáng), 王秉忱. 吐魯番綠洲區(qū)地下水開(kāi)采條件下生態(tài)效應(yīng)分析[J]. 工程勘察.2006(7):23-26.

[3]蔡月梅, 王文祥, 張明江,等. 基于環(huán)境同位素分析吐魯番盆地地下水流系統(tǒng)[J]. 中國(guó)地質(zhì).2016.43(4):1439-1445.

[4]陳魯, 王艷偉, 劉娟,等. 基于GMS的吐魯番盆地地下水資源量模擬預(yù)測(cè)[J]. 干旱區(qū)研究.2017.34(4):727-732.

[5]張曉, 董宏志. 吐魯番盆地平原區(qū)地下水潛力評(píng)價(jià)[J]. 地下水.2017.39(2):18-20.

[6]魏青軍, 李白業(yè), 劉亮. 吐魯番盆地水資源合理開(kāi)發(fā)與保護(hù)對(duì)策研究[J]. 地下水.2013.35(3):51-55.