新疆三工河流域地下水研究进展

魏　兴，贾瑞亮，周金龙，魏守忠

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆水文水资源工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆兵团十二师二二二团，新疆 阜康 831505)



新疆三工河流域地下水研究进展

魏兴1,2，贾瑞亮1,2，周金龙1,2，魏守忠3

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆水文水资源工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆兵团十二师二二二团，新疆 阜康 831505)

[摘要]在分析和总结前人研究成果基础上，详细地介绍新疆三工河流域地下水研究的内容与现状，包括地下水特征及状况、地下水可开采量研究、地表水与地下水的转化研究、地下水资源合理开发利用、地下水与工农业及生态环境关系、地下水模型研究进展。提出通过查明水文地质条件，加强地下水污染运移和利用多种模拟软件开展对比研究等对近期三工河流域地下水进行研究。

[关键词]地下水；新疆三工河流域；研究进展

新疆地处欧亚大陆腹地，为典型的干旱、半干旱的温带大陆性气候。夏季炎热，冬季寒冷，降水量少，蒸发量大。水资源短缺、生态脆弱是干旱区的基本特征[1]。新疆北部的三工河流域是干旱区中小型流域的典型代表，地下水在干旱区流域的生活、生产和生态方面占有十分重要的地位。具有代表性的三工河流域的地下水研究对于整个新疆乃至西北干旱区内陆河流域的水资源开发及利用、规划及管理、对促进经济发展与社会和谐有十分重要的作用和意义。

1研究区概况

1.1自然地理

三工河流域位于天山北麓东部，准噶尔盆地南缘。地理坐标东径 87 ° 47 ″ ～ 88 ° 17 ″，北纬 43 ° 09 ″ ～45 ° 22″，流域总面积1 670 km2，其中平原区面积870 km2。流域南部山区较湿润，是水资源的形成区，北部平原干燥。

1.2水文地质条件

三工河流域南接天山北麓中段东部，北接古尔班通古特沙漠，流域内三条小河多年平均径流量为9 222.2×104m3，是一个地表径流量小、流程短的小流域。流域为大陆性干旱气候类型，平原区多年平均降水191 mm，年平均蒸发量1 941 mm，干旱指数10.2，是一个水资源紧缺的干旱地区。三工河流域地形东南高、西北低。平原区地貌单元可分为冲洪积扇、冲洪积平原和沙漠区。冲洪积扇和冲洪积平原水文地质条件见表1[2]。

2地下水研究内容与现状

2.1地下水特征及状况

地下水水量稳定且水质好是干旱区重要的水资源，人类生产生存都离不来地下水。研究地下水特征是合理开发利用和规划管理好地下水资源的基础。2003年赵成义等用GIS技术和数学模型法在三工河流域以水量均衡为基础，根据植被变化对地下水的影响，建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型，对植被变化对地下水的影响进行了探讨[3]。2005年孙宝林等根据三工河阜北地下水潜水均衡试验场资料，分析区域潜水有效蒸发期4月至10月的蒸发量特征，提出潜水埋深调控区间[4]。2005年闫金凤等应用遥感、地理信息系统、空间插值和统计分析的方法，以新疆三工河流域绿洲为例，分析干旱区绿洲土地利用浅层地下水位水质变化，得出绿洲的非农业用地和农业用地的持续增加，浅层地下水水位和水质均有显著性的时空变化[5]。2005年肖鲁湘等利用数理统计软件SPSS对三工河流域绿洲9口水质长观井的水质资料进行汇总和分析，得出三工河洪积扇—冲积平原绿洲区的地下水水质存在显著时空变异性[6]。2005年苏里坦等用地质统计学方法对面积约670 km2的三工河流域地下水矿化度进行了取样检测并对数据进行半方差函数分析，得出地下水矿化空间尺度之内具有分形特征度的局限性[7]。2009年闫金凤等运用GIS的地统计分析法对流域地下水水质数据进行半变异函数模型分析，揭示了干旱区绿洲地下水水质空间变异性及分布特征[8]。2012年胡娟用数理统计法对位于三工河流域的阜康市平原区近10年地下水监测井监测数据进行统计分析，得出阜康市平原区地下水水位呈逐年下降趋势，并总结了水位下降的多种原因[9]。2012年刘芳分析了三工河流域阜北地下水潜水均衡试验场多年资料，得出潜水蒸发与埋深具有较好的相关性[10]。2014年Xu Zhengjian等讨论了地层水化学特征与油气聚集之间的关系，并讨论得出在三工河组TDS是最低的，对钠氯系数、碳酸盐平衡系数和硫酸系数，三工河组是最高的[11]。

表1　三工河流域水文地质条件概况

2.2地下水可开采量研究

地下水资源是基础性、战略性资源。了解地下水资源动态变化及可开采量，对合理利用地下水资源和经济发展、社会进步十分重要。2002年魏守忠等利用相关分析法与地下水动态监测、地下水开采量和流域径流量等资料，分别计算了在不同保证率下三工河径流量相对应的地下水可开采量[12]。2003年周金龙等以阜康三工河流域潜水均衡试验场，总结其潜水蒸发规律并得出的经验公式可用于区域地下水资源评价[13]。2005年王智等以三工河流域为例，对如何确定科学合理的地下水可开采量进行了讨论[14]。2005年李洪庆等分析了三工河流域的222团灌区潜水埋深动态特征及其影响因素，计算了竖井排灌区地下水开采量，分析了潜水埋深关系，建立了开采量预测模型[15]。2006年王水献等利用流域多年基础资料，用水均衡方法，对现状进行水资源综合分析并构建出合理地下水数值模型，对地下水水位、水量预报，确定了合理的地下水资源量以及合理的可开采量[1]。2006年魏守忠用回归分析法，根据地下水动态资料分析计算出该流域渔尔沟水源地年单位降深地下水开采量为597.3×104m3/m·a，开采能力较大[16]。2013年吴红燕在位于三工河流域的阜康市利用动态相关法、典型流域开采模型法、可开采系数法分析确定地下水可开采量，计算出阜康市地下水可开采量为13 365×104m3/a[17]。

2.3地表水与地下水的转化研究

1997年魏忠义和汤奇成分析了干旱区山区至平原地下水与河水的相互转化与影响[18]。2000年年福华和李新就三工河流域源头，从地表水与地下水的相互补给关系，分析了不同地段上的水量转化特征[19]。2007年王春峰等采用中子仪、负压计，对新疆三工河流域地面灌区进行灌溉入渗实验，较为准确地描述了灌溉水在土壤中的运动分布状况及土壤水地下水之间的相互转化关系[20]。

2.4地下水资源的合理开发利用

地下水资源是对于人类乃至整个自然界十分宝贵的资源，合理高效地开发利用地下水资源能促进经济发展社会进步，在干旱区更是如此。2002年魏守忠利用流域径流量、地下水动态监测、地下水开采量等资料，运用相关分析法，通过对三工河流域灌区需水量的预测，提出了缓解该流域工农业需水量与流域水量之间的矛盾并给出合理利用地下水库的建议[12]。2005年魏守忠等从三工河流域不同水文地质单元区的地下水动态分析入手，对流域大力开发山前地下水库出现的现象讨论分析，综合提出潜水溢出带应保持稳定高水位，开采水位应至少大于潜水溢出带高程[21]。2006年王水献等利用三工河流域多年资料，用水均衡法与综合分析法，构建出合理地下水数值模型并定出不同地下水开发利用模式与保护区，按限制开采、调控开采、调蓄开采、与禁止开采四个方面确定地下水利用模式[1]。2006年魏守忠对该流域222团灌区现状及未来节水战略的实施进行分析，得出流域水资源的高效合理利用对地下水的开发的缓解作用，在潜水溢出带的渔尔沟水源地地下水的开发利用是可持续且高效的[13]。2006年闫金凤等运用地理信息系统、地统计学和遥感的方法，对三工河流域绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水位时空变异性影响作出分析，这对开采利用绿洲浅层地下水与维护周边生态稳定性有直接的现实意义[22]。2007年邓铭江等总结国内外地下水库的建设经验，结合三工河流域的地貌单元、储水构造特征与水资源转化特征，总结得出水资源利用应依照水库调蓄与地表水地下水相互转化配合进行[23]。2009年周金龙等以位于三工河流域的阜康市水土开发区为例，利用典型剖面分层土壤含盐量及地下水水质的测试结果，分析开垦初期有水平排水和无水平排水条件下土壤及地下水中盐分再分布特征，得出了在耕作期排水排盐与地下水含盐量的关系，对水土资源开发利用起到重要帮助[24]。

2.5地下水与工农业及生态环境关系

地下水与人类的关系十分密切，对农业、工业生产及生态环境有着重要影响。2002年Gu FX等在三工河流域研究了土壤水分与盐分，得出土壤水分和盐分的时空动态变化引起群落的更替，是影响植物群落分布和演替的主要因素[25]。2005年占车生等以三工河流域为研究对象，判定三工河流域生态需水的阈值区间，提出了人与生态和谐的水资源配置的对策和建议[26]。2007年王玉刚等利用GIS技术和地统计学方法，分析了近23 a来三工河流域尾闾绿洲地下水动态，以及地下水抬升与地表积盐的关系，较完整地阐述了地下水变化与土壤积盐的关系[27]。2008年惠小玲等分析了三工河流域冲洪积细土平原灌区土地盐碱化成因及危害特征，得出水库供水水源水质与土壤次生盐渍化是灌区盐碱化主要原因[28]。2009年占车生等依据新疆三工河流域的农业生产发展情况以及农业用水现状，预测农业需水及“四水”的平衡分析，为绿洲农业经济做出一定贡献[29]。2011年吕迎春对三工河周围的四个煤矿开采对三工河的影响做了分析，对在矿区开采中，注意的事项及对地下水污染的防治提出建议[30]。2014年Li Qiao等通过对新疆平原地区深部地下水盐渍化特征的分析，提出了四种盐渍化成因，并提出了四种防止盐渍化的对策[31]。

2.6地下水模型研究

以水文地质概念模型为基础所建立的、能刻画和再现实际地下水系统结构、运动特征和各种渗透要素的一组数学表达式的地下水数学模型，对定量地研究地下水资源起着不可替代的作用。2002年王智等充分利用三工河流域地下水动态监测资料，用MODFLOW进行详细的模拟计算，介绍了该模型在水文地质参数拟合和地下水资源评价方面的应用，对地下水超采问题做了很好的阐述，同时对地下水可开采量的确定上加深了其精度，并对在干旱区地下水研究有现实意义[32]。2010年闫金凤等定量把土地利用与水资源之间是相互作用的互动过程进行模拟，把GIS与FEFLOW结合进行地下水数值模拟，探究了地下水位时空变化[33]。2015年李丰琇等综述了新疆地下水水质评价和水文地球化学模拟的研究进展，为新疆今后开展地下水水质评价和水文地球化学模拟的方向提供参考[34]。

3结语

地下水资源评价为水量与水质两个部分，如何更客观真实的评价水资源，就要用新的研究方法与技术手段定性与定量地研究地下水资源。三工河流域是十分典型的完整性流域，对其的研究在很多方面也能辐射到其他干旱区内陆河流域，这一定是有深远意义的研究。

根据三工河目前的地下水研究现状，应从以下几个方面加强该流域地下水的研究：(1)应更好更具体地查明水文地质条件，了解地下水性质与含水层、隔水层的水力性质；可以尝试用新的方法与技术手段(如用不同的同位素、地球物理勘测、可视化等)进行研究。(2)应加强以结合水质研究为基础的三工河流域的地下水污染运移等方面的研究，并建立地下水资源管理系统、水污染监测系统、水污染处理系统等。(3)加强地表水与地下水转化研究，充分高效地利用好两者之间的相互补给作用，做到可持续利用与发展。(4)在地下水数值模拟方面，可以结合该流域的地下水特点用多种模拟软件开展对比研究，以期分析不同模拟软件在干旱区地下水模拟研究中的优缺点。

参考文献

[1]王水献,董新光,钟瑞森,等.三工河流域地下水资源与可持续利用[J].工程勘察.2006,(4):29.

[2]高瑾,王智,董新光.三工河流域地下水资源评价回顾[J].新疆农业大学学报.2003,26(1):66-71.

[3]赵成义,王玉朝,李保国.内陆河流域植被变化与地下水运动的耦合关系[J].水利学报.2003，12(9):59-65.

[4]孙宝林,魏守忠,马健,等. 新疆三工河流域冲洪积平原区潜水蒸发特征与潜水调控[J].地下水.2005,27(5)：352-353.

[5]闫金凤,陈曦,罗格平，等.绿洲浅层地下水位与水质变化对人为驱动LUCC的响应——以三工河流域为例[J]. 自然资源学报.2005,20(2):172-179.

[6]肖鲁湘,罗格平,陈曦,等.干旱区冲洪积扇-冲积平原绿洲浅层地下水质时空变化初步分析——以三工河流域绿洲为例[J]. 干旱区地理.2005,28(2)：225-228.

[7]苏里坦,宋郁东,张展翔.新疆三工河流域地下水矿化度的时空变异及其分形特征[J]. 地质科技情报.2005,24(1)：85-90.

[8]闫金凤,郭全军,陈曦,等.新疆三工河流域绿洲地下水水质空间变异特征分析[J].资源科学.2009,31(10):1710-1716.

[9]胡娟. 浅析阜康市地下水埋藏于分布及地下水位动态[J]. 地下水.2012,34(7):71-73.

[10]刘芳,魏守忠.新疆三工河流域平原区潜水蒸发特征分析[J].地下水.2012,34(5):143-144.

[11]Xu Zhengjian, Liu Luofu, Xu Zhengjian.The Formation Water Characteristics and Their Relationship with Hydrocarbon in Hongshanzui-Chepaizi Fault Belt and Its Surrounding Areas, Junggar Basin [J]. Xinjiang Petroleum Geology.2014,35(4):418-424.

[12]魏守忠, 王东亮,李洪庆,等.三工河流域山前地下水库开发利用模型研究[J].干旱区地理.2002,25(2):115-119.

[13]周金龙,董新光,王斌.新疆平原区潜水蒸发研究[J].工程勘察.2003,5:23-27.

[14]王智, 董新光,董慧.从三工河流域水资源利用过程分析地下水可开采量[J].水力学报.2005,121(5):121-126.

[15]李洪庆,魏守忠,杜刚.三工河流域222团竖井排灌区潜水动态分析[J].地下水.2005,27(1)：44-49.

[16]魏守忠.新疆三工河流域渔尔沟水源地地下水开发利用浅析[J].干旱区研究.2006,23(2):279-252.

[17]吴红燕.新疆天山北坡平原区地下水可开采量确定方法浅析[J].干旱区地理.2013,36(5):883-887.

[18]魏忠义,汤奇成.西北干旱区地表水与地下水资源转换的几个问题探讨[J].自然资源.1997,6:35-40.

[19]年福华,李新.三工河流域水量转换特征及水资源利用[J].干旱区研究.2000,17(1):5-10.

[20]王春峰,董新光,周金龙,等.干旱区农田灌溉地下水与土壤水转化及入渗系数计算[J]. 地下水.2007,29(3):102-104.

[21]魏守忠,孙宝林,惠晓玲,等.对三工河流域山前地下水库开发利用的初步认识[J]. 水文地质工程地质.2005,4:78-80.

[22]闫金凤,陈曦,罗格平,等.干旱区绿洲地下水水位时空变异性对土地覆被变化的响应[J]. 科学通报.2006,51:42-47.

[23]邓铭江,裴建生,王智,等.干旱区内陆河流域地下水调蓄系统与水资源开发利用模式[J]. 干旱区地理.2007,30(5): 621-627.

[24]周金龙,董新光,王毅萍.内陆干旱平原区水土资源开发与盐分再分布的关系[J]. 水资源保护. 2009,25(2):23-25.

[25]Gu FX; Chu, Y; Zhang, YD. Spatial and temporal dynamics of soil moisture and salinity in typical plant communities of Sangonghe Basin[R]. International Conference on Ecosystems Dynamics, Ecosystem-Society Interactions, and Remote Sensing Applications for Semi-Arid and Arid Land.2002.

[26]占车生,夏军,丰华丽,等.中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例[J]. 自然资源学报.2005,20(2):250-256.

[27]王玉刚,肖笃宁,李彦,等. 新疆三工河流域尾闾绿洲地下水变化与土壤积盐的响应[J].生态学报.2007,27(10):4036-4043.

[28]惠小玲,魏守忠,范忠盛.三工河流域冲积洪平原下游灌区盐碱化成因分析与治理对策[J]. 地下水.2008,30(3):15-16.

[29]占车生,丰华丽,马灵玲,等.新疆三工河流域农业需水量预测与分析[J].干旱区地理.2009, 32(3):439-443.

[30]吕迎春.矿山开采对三工河水质水量的影响分析[J].科技创新导报.2011,16:83.

[31]Li Qiao, Zhou Jinlong. Salinization of deep groundwater in plain areas of Xinjiang: causes and countermeasures[J]. Desalination and Water Treatment.2014,52(13):2724-2733.

[32]王智,高瑾,董新光. MODFLOW在三工河流域地下水资源评价中的应用[J].新疆农业大学学报.2002,25(4):29-34.

[33]闫金凤,郭全军,陈曦.土地利用影响下地下水位时空变化数值模拟[J].干旱区资源与环境.2010,24(8):47-52.

[34]李丰琇,李巧,周金龙.新疆地下水水质评价与水文地球化学模拟的最新进展[J].地下水.2015,37(1):1-4.

Research progress of groundwater in the Sangong River Basin in Xinjiang

WEIXing1,2，JIA Rui-liang1,2，ZHOU Jin-long1,2，WEI Shou-zhong3

(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2.Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China；3.222nd Regiment of Corps twelve Division, Fukang 831505, Xinjiang,China)

Abstract:This paper based on analyzing and summarizing the previous research results, particularly introduced content and present of groundwater in the Sangong River Basin, including groundwater characteristics and condition, sustainable yield of groundwater, transformation relation between groundwater and surface water, rational development and utilization of groundwater, relations of groundwater and agricultural , industrial, and ecological environment, groundwater simulation. Finally, the research direction on groundwater in Sangong River Basin in the future was put forward.

Key words:Groundwater；Sangong River Basin in Xinjiang and research progress

[收稿日期]2015-10-28

[基金项目]新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目-祁漫塔格整装勘查区水文地质环境地质勘查评价(S13-1-XJ01)专题

[作者简介]魏兴(1993-)，男，新疆阜康人，在读硕士研究生，主攻方向：干旱区地下水资源评价。[通讯作者]周金龙(1964-)，男，浙江龙游人，教授，主要从事干旱区地下水利用与保护、灌区土壤水-盐运移监测与模拟等研究工作。

[中图分类号]P641.8

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)01-0019-03