新疆塔里木河源生态脆弱区库车河灌区地下水特征分析

李春梅,王书峰

(新疆阿克苏水文水资源勘测局,新疆 阿克苏 843000)

新疆塔里木河源生态脆弱区库车河灌区地下水特征分析

李春梅,王书峰

(新疆阿克苏水文水资源勘测局,新疆 阿克苏 843000)

苏地区库车县库车河灌区地下水水文地质、赋存、补给、径流、排泄特征

论述了阿克、化学特征和地下水动态变化特征。灌区北高南低地势高差决定了地下水的基本流向,地下水主要以地表水转化补给为主,灌区地下水表现为渗入 -蒸发型的动态特征,年际变化小,现状地下水仅有少量生活用水开采,开采量很小,水质较好,满足集中式生活饮用水水源及工、农业用水要求。科学认识该区地下水特征,对该区地下水开发、保护、治理以及调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供了科学依据。

塔里木河源;库车河灌区;地下水特征;地下水水质

0 前言

库车县库车河灌区是一个干旱、半干旱地区,水环境容量小,生态环境脆弱。按灌区分类面积统计,库车河灌区林木覆盖率仅有 4.0%左右,人工灌溉草地比例过低,灌区地下水水文地质、水化学和动态变化特征对该地区生态环境安全息息相关,对地下水各种特征的认识是地下水开发、保护、治理和管理的前提基础。为调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供科学依据。

1 研究区概况

库车河灌区处于欧亚大陆腹地,湿润的海洋气流不易进入,形成了干旱的大陆性沙漠气候,表现为干旱少雨,蒸发量大,光热资源充足,无霜期长、昼夜温差大,夏季炎热,冬季干冷,春夏常见风沙浮尘天气。多年平均气温为 10.8℃,多年平均降水量 62.25 mm,降雨多集中在 5～9月份,多年平均蒸发量 1 365.66 m m。年冻土深一般为 0.65 m,最大为 0.82 m,最大积雪深度 10c m。

库车县境内河流有十余条,其中常年有水的河流有 4条,分别为:渭干河水系、库车河水系、波斯坦托克拉克河、塔里木河。库车河是该河系中水量最大的河流、又称苏巴什河,史称“东川水”,水量可占全河河系的 73.30%。上源西支乌什开伯西河是其主源,源于科克铁克山的莫斯塔冰川,流向南东、玉库台克力克陆续汇入东支阿恰沟、东支科克那克河、卡尔塔西后南下,经康村切穿却勒塔格山到达兰干。经 20 k m之多的砾质平原,穿过喀兰古折向南东,消失于荒漠之中。全长 128 k m,集水面积 2 946 k m2,兰干站多年平均径流量 3.605×108m3/a。

图 1 渭干河流域河流水系分布图

2 灌区地下水特征

2.1 水文地质特征

库车河灌区自东西展开,为一狭长不对称的向斜构造,向北深陷、向南舒缓,其间接受了巨厚的中新生代内陆湖相、河流相沉积物。历经喜玛拉运动,使之巨厚的沉积层发生褶皱隆升,形成宽阔的近东西向平行分布的四排构造,从而构成天山南麓前山构造带。有两条断裂,均呈东西向延伸。一为却勒塔格山前断裂,另一为亚肯背斜北翼断裂,均为高角度逆掩断裂。再者,在亚肯背斜南翼沿 314国道亦可能存在一条隐伏断裂。随着塔里木盆地周边山体的持续上升,奠定了干旱内陆盆地的雏形。

在地貌单元上,地势的总趋向是在北高南低的基础上,而伴以北西高南东低的次一级特征。北部山地最大高程海拔 4 553 m,南部平原最低高程为海拔 922 m,平均地形坡度为 18.81‰。北部科克铁克山呈东西走向,西高东低、北高南低,一般高程为 1 200～4 383 m。属低山丘陵至中高山地形。规划区分布于全县中部及南部的山前平原区,地形亦是北高南低、北西高而南东低。地形坡度:西侧的渭干河平原区为3.91‰ ～0.62‰,中部的库车河平原为 7.27‰ ～0.46‰,东部的小河平原区为 1.56‰。南部冲积的塔里木河平原区,则是西高东低,地形坡度为 0.33‰ ～0.25‰。河床宽浅弯曲,河流改道频繁,牛轭湖众多,并有零星沙丘分布。风积地形主要分布在渭干河流域下游的广大地区,由全新统风积细、粉砂组成,地表形态多表现为蜂窝状固定或半固定沙丘,其次为活动性链丘和新月形沙丘。沙丘边缘及河谷附近生长着野生胡杨林木、梭梭、红柳等植物。

综上所述,灌区地势北高南低,由低山丘陵—山前倾斜平原—沙漠递变,南北地势高差近 100 m,从而决定了地表水及地下水的基本流向。

2.2 地下水赋存、补给、径流、排泄特征

山前巨厚的第四系松散堆积层是平原区地下水赋存的主要场所。灌区地处山前倾斜平原区,天山褶皱带以南、塔里木地台北缘的阿克苏坳陷构造区域内,由于天山褶皱带的强烈上升,阿克苏坳陷带相对下降,从而在坳陷带内沉积了厚达 200～1 200 m第四系松散堆积物,为本区地下水提供了良好的储水条件。据钻孔揭示,山前冲洪积平原区卵砾石地层厚度超过 250 m,地下水埋深 1～10 m。物探资料表明,冲积平原区第四系松散沉积物最大厚度在 1 000 m以上,形成巨厚的地下水孔隙含水层组。由北向南,含水层结构由山前单一卵砾石含水层逐渐过渡为该区的含砾中粗砂、中细砂夹粉砂、亚砂透镜体的含水岩组,总趋势为由北向南在 0～10 m之间变化。

中、高山区由于大量接受天山山区大气降水、冰雪融水和基岩裂隙水的补给,造成地下迳流畅通,循环强烈,这里也是山前平原区地下水的主要天然补给源区。山区天然补给带主要在山前隐伏断裂带以北。平原区地下潜水和承压水的补给来源以地表水在山前带入渗所形成的水平迳流补给为主,其次为灌溉水的垂直入渗补给。

地下水主要以地表水转化补给为主,补给方式主要为河流入渗、暴雨性洪流入渗以及灌溉渗漏。此区地下水含水层厚度自北向南逐渐变大,含水层颗粒由粗变细,含水层岩性以中、粗砂及细砂为主。本区为地下水的迳流排泄区,此带地层颗粒变细,砂、少量砾石层和亚粘土、粘土层交互出现,地下水径流速度变缓,地下水含水层厚度自北向南逐渐变薄。此区地下水排泄途径除向下游的迳流和人工开采外,由于地下水迳流受阻而出露成泉,也是其排泄途径之一。冲积平原区以北的沙漠区为地下水的蒸发排泄区。由于地层颗粒极细,地下水迳流滞缓,最终消耗于蒸发。

2.3 地下水水化学特征

灌区地下水补给来源主要为地表水体的渗漏补给,因此地下水的水化学变化特征与河水基本一致。根据现有的水质资料分析,该区地下水 p H值在 6.5～8.5之间;矿化度在204～1990 mg/L之间,总硬度一般小于 200 m g/L;冲洪积平原上部及近河地带地处于水文地球化学迁移?溶滤区,潜水水化学多为 H C O3C l S O4—C a N a Mg型淡水;至平原下部及与库车河冲洪积平原扇间地区之南疆水利指挥部、比西巴克,逐渐过渡到水文地球化学的迁移集累及集累区,潜水水化学多为 C l S O4H C O3—N a Mg型微咸水、甚至变异为 C l S O4—N a Mg型咸水。

2002～2007年间,新疆水环境监测中心阿克苏分中心根据水质监测资料采取单项组分评价和综合评价方法提供了33组库车县开采井的水质分析报告,该中心通过国家计量认证,分析结果可靠。

地下水质量单项组分评价,按国家标准《地下水环境质量标准》(G B/T 14848-93)所列分类指标划分为五类,不同类别标准值相同时,从优不从劣[5,6]。单项组分评价包括色度、浑浊度、肉眼可见物、p H、总硬度(以 C a C O3计)、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、高锰酸盐指数、硝酸盐(以 N计 )、氟化物 、汞、砷、镉、铬 (六价 )、铅、总大肠菌群、细菌总数等 19项。

33组水样的分析、评价结果表明,规划区大部分地方地下水水质综合类别符合《地下水环境质量标准》的Ⅲ类标准,适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。符合Ⅱ类标准的的水样达到 10组,占到水样总数的 43.5%,达到Ⅳ类水质标准的 2组,占到水样总数的 43.5%,达到Ⅴ类标准的 3组,占到水样总数的 13%。见表 1。

表 1 库车县地下水水质超标项目分析表

表 1显示,超标水样中,超标率最高的项目为氯离子、硫酸盐,超标率达到 16%,其次为矿化度和氟化物,超标率为12%,最低的为铁、锰,超标率 4%。而在单组水样中,超标项目最多的为红旗镇集镇水厂、托依堡乡镇色日马克水厂水样,超标项目为 4项,且 2组水样中,氯离子、硫酸盐、矿化度均超标。

综合分析,灌区大部分区域地下水水质较好,满足集中式生活饮用水水源及工、农业用水要求,小部分地方地下水水质超过《地下水环境质量标准》的Ⅲ类标准。就超标的项目分析,主要集中在氯离子、硫酸盐、矿化度和氟化物 4个参数,单项水质类别最高达到Ⅴ类,没有达到劣Ⅴ类。从超标项目性质来说,超标的项目经过水质处理均可达到Ⅲ类水质标准,如果仅为满足生产用水要求,库车河灌区地下水水质经过处理后,均可满足生产用水要求。

2.4 地下水动态特征

地下水动态特征可以反映出本区域地下水补给条件的好坏和地下水开发利用的程度高低。灌区地下水主要受地表水体的入渗补给,以向下游径流和人工开采的方式进行排泄,地下水水位动态变化规律与河流来水量、田间灌溉用水量及人工开采量密切相关,表现出洼地内的地下水动态由于受库车河的影响,基本都呈现出水文——迳流型的动态特征。

根据收集到的灌区水利局 2001～2006年地下水埋深长观资料,渭干河灌区新垦农场地下水位动态多年变化趋势图如图 1所示。

图 1 库车河流域地下水动态变化曲线图

年内变化,洼地内的地下水动态由于受库车河的影响,基本都呈现出水文——迳流型的动态特征。每年 12月至翌年 6月为枯水期,地下水水位动态基本只受地下水迳流运移的影响;8～11月为洪水期、10月水位达最高峰,由于地表水洪流的入渗影响,地下水水位急剧上升,其变化一般都滞后于地表水的相应变化。水位年变幅多为 2～5 m,多者达6 m。

年际变化,据《库车河灌区水盐监测项目》1993～1996年地下水动态资料:灌区内地下水水位的年际变化不大;1993年后是克孜尔水库建成开始的受益年,在水库调节运行的状态下灌区内的最高水位有不太显著的上升。

3 结论

通过分析塔里木河源生态脆弱区库车河灌区地下水水文地质特征、赋存、补给、径流、排泄特征、化学特征和地下水动态变化特征得到以下结论。

(1)塔里木河源生态脆弱区库车河灌区在地质构造上处塔里木地台北缘的塔里木台坳区之北部的坳陷带内。坳陷区域形成的厚达 200～1 200 m的第四系砂卵砾石,为地下水提供了良好的存储空间;灌区地势北高南低地下水的基本流向;地下水主要以地表水转化补给为主,补给方式主要为河流入渗、暴雨性洪流入渗以及灌溉渗漏。该区地下水排泄途径包括向下游的迳流、人工开采外、出露成泉等,冲积平原区以北的沙漠区,由于地层颗粒极细,地下水迳流滞缓,最终消耗于蒸发。

(2)灌区大部分区域地下水水质较好,满足集中式生活饮用水水源及工、农业用水要求,小部分地方地下水水质超过Ⅲ类标准。超标的项目主要集中在氯离子、硫酸盐、矿化度和氟化物 4个参数,经过水质处理后,可满足生产用水要求,单项水质类别最高达到Ⅴ类。但灌区相关部门要根据主导功能的水质要求,严格控制,避免地下水水质恶化。

(3)灌区地下水表现为水文——经流型的动态特征,年际变化小,现状地下水仅有少量生活用水开采量,开采量很小,本区可维持开采现状,将来随着该区经济社会的发展,在探明淡水水源的情况下,可适当增加开采量以满足生活用水需求。但地下水开采量要以可开采量和开采区地下水补给条件确定,实现区域地下水的采补平衡。根据地下水功能区生态与环境保护目标的要求,合理确定地下水水位。

地下水是脆弱的系统,一旦遭到破坏、很难修复,在制定分区地下水保护和开采目标时,要以保障地下水的各项功能的正常使用为原则[7]。科学认识该区地下水特征,对该区地下水开发、保护、治理以及调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供科学依据。

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1004-1184(2010)06-0043-03

2010-08-02

李春梅(1975-),女,四川安岳人,工程师,主要从事水文水资源研究工作。