新疆博尔塔拉河地下水库建设条件分析

令军帅

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830091）

0 引言

博尔塔拉河（简称博河）流域地域广阔，地表水资源较丰富，是当地开发治理的重点区域，在当地国民经济和社会发展中占有重要地位，但由于区内地表水时空分配不均，洪枯悬殊，同时上游缺乏控制性枢纽工程进行调蓄、泄洪，造成灌区内春旱严重，夏洪频繁，用水矛盾日渐突出，水资源季节性紧缺已成为制约当地工业、农业发展的重要因素。充分利用天然的地质储水构造建设地下水库，是目前解决工业、农业用水紧缺的一个良好途径[1]。

博河谷地下水库工程主要是通过在丰水期加大地表水对地下水的渗漏补给量、截取地下第四系松散地层中的部分地下水，形成可观的地下水库，枯水期在下游选择科学的取水方式，采用低投入、高产出的方法提取（或自流）地下水，以起到减少蒸发、以丰补欠等调节水库的作用。即充分利用博河洪水期的洪流、冬闲期河水转换为地下水，再将地下水转换为地表水资源，以达到增加博河流域灌溉水量的目的。为查明博河坳陷谷地昆屯仑至查干屯格段的控水构造、水文地质条件、地下水库的建库条件及地下水库内地下水储存量等，对研究区通过水文地质调查、遥感解译、物探、钻探、试验等手段进行综合分析，为地下水库工程规划设计选择科学、经济、合理的地下水库场址提供可靠的基础资料[2]。

1 成库条件

地下水库的成库条件主要包括封闭或近封闭的边界及其范围内足够大的储水空间、良好的水力传导条件、便利可行的采补条件、调蓄水源[3，4]。

博河地下水库位于新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州温泉县境内的博河河道上，地质构造对河谷的地下水水文地质条件起着控制作用。根据此次水文地质勘察，沿博河河谷昆屯仑渠首上游1.40 km处—查乡大桥下游青浩加农业队附近为一地下水发育的坳陷洼地，该段坳陷洼地顺河向东西长约17.41 km，南北向宽约14.00 km，博河近东西向穿过该洼地。在昆屯仑渠首上游1.40 km 处—查乡大桥段为博河河水渗漏段，河水补给地下水；坳陷洼地下游河谷段为地下水补给河水，勘察区在博河查乡大桥～下游二干渠渠首段河谷两岸可见有泉水出露补给博河河水。该坳陷洼地内第四系覆盖层厚度因受基底起伏而使空间分布变化较大，根据物探解译及博河右岸探采结合井（SK1）资料，昆屯仑渠首上游坳陷洼地西侧覆盖层厚度为220.0～260.0 m，坳陷洼地内第四系覆盖层厚度为840.0～890.0 m，博河下游坳陷洼地东侧第四系覆盖层厚度为260.0～180.0 m。该坳陷洼地第四系覆盖层最大厚度为870.0～890.0 m，位于博河右岸探采结合井下游约1.27 km 附近。博河坳陷洼地内堆积着巨厚的砂卵砾石岩层，地下水绝大部分赋存于第四系松散的砂卵砾石岩层中，下部由新近系和泥盆系砂质泥岩、泥质粉砂岩构成隔水底板，其中的构造裂隙水与上层孔隙水有少量交换。博河南北两侧靠近山前地下水埋深较大，一般大于100.0 m，距博河两岸约5.00 km，地下水埋深一般大于50.0 m，在靠近博河附近地下水埋深较浅，只有十几米，在河岸冲刷陡坎及河床内有地下水以泄流或泉流的方式汇入河流。因此，博河该段坳陷洼地具有建设地下水库的自然条件，库区水文地质剖面见图1。

2 边界条件及库容

2.1 边界条件

博河坳陷谷地受南北别珍套山和阿拉套山两侧深大断裂控制，断裂夹持区为坳陷带，断陷带两侧为基岩山地。分布于艾比湖西侧，谷地西、北、南三面环山，东部向艾比湖开口。谷地西和北侧为阿拉套山及玛依拉山环绕，南侧为天山支脉别珍套山，谷地呈东西向展布，在研究区内谷地长约28.00 km，南北宽约25.00 km，谷地最低洼处为博河。

勘察区出露的前第四纪地层为古生界泥盆系中泥盆统（D2）、上泥盆统（D3）及新生界新近系（E3-N）；泥盆系地层在勘察区西南角安格列克镇西南山区一带零星分布，分布范围十分有限，岩性为泥钙质粉砂岩。新近系（E3-N）主要分布在勘察区北部边界阿克苏曼猛进公社（查干屯格乡）以北的阿拉套山山前地带，岩性为砖红色、浅橙红色中～薄层状泥岩、砂质泥岩夹细砾岩。第四系中更新统-上更新统冲洪积层（Q）主要分布在勘察区博河谷地内Q3-4地层以下，距地面20～60 m 以下，地层岩性为砂砾石、粗砂；上更新统-全新统冲洪积堆积层（Q）在勘察区博河谷地内分布最为广泛，主要分布在勘察区博河两侧，地层岩性为含砾粉土、粗砂、卵砾石、粉质粘土等；全新统冲洪积堆积层（Q）主要分布在勘察区南北两侧山前，地层岩性多为碎石土、粗砂、角砾石、粉质粘土等。

勘察区在大地构造上位于天山内蒙褶皱系（Ⅰ）北天山褶皱带（Ⅱ）的博尔塔拉坳陷谷地一个三级构造单元一带。勘察区主要发育的区域性断裂为博罗克努-阿其克库都克深断裂（F1）。博河谷地主要受东西向为主的构造线方向控制，伴之南北向断裂作用而形成的断陷。在博河谷地中又有新近系岩层沿主体山脉前缘作断续状分布（又称山前构造或山前隆起）。由于基底起伏断块式沉降与局部隆起，及次一级近南北向断裂的存在，就使得谷地内部地质构造复杂化。

博河坳陷谷地西、北、南三面环山，地下水总体由西向东径流。储水空间的边界条件：1）北部以阿拉套山山前新近系泥岩、砂质泥岩为界；2）南部以安格列克镇山前的泥钙质粉砂岩为界；3）西部为地下水补给区；4）东部覆盖层厚度在博河查乡大桥以东因受基底隆起而变薄，沉积颗粒较细，且粘性土夹层较多，岩性总体透水性较弱，查乡大桥以东河谷两岸可见有泉水出露。

2.2 储水能力

勘察区地下水库（坳陷洼地）段储量的计算，分动储量和静储量计算。动储量即为洼地内顺河谷段可侧向排出地下水库段（博河下游）的地下水储量，静储量为地下水无法流出洼地部分的地下水储量。

博河谷地地下水库根据物探、钻孔、抽水试验资料，采用容积法对地下水库的库容进行计算[5]，计算公式：

式中：V动储量为地下水库的动储量，m3；Δhi为i分区含水层的平均厚度，m；μi为i分区含水层的重力给水度；Ai为i分区的面积，m2。

经计算，博河谷地地下水库动储量为88.09×108m3，静储量为98.07×108m3。

3 水力传导条件

博河坳陷谷地断陷带中心位于温泉县昆屯仑、安格列克地区，第四系覆盖层厚度在700.0～890.0 m之间，岩性以角砾、砂砾石、卵砾石为主，谷地内地下水绝大部分赋存于第四系松散层中，下部由新近系和泥盆系砂质泥岩、泥质粉砂岩构成隔水底板。

谷地两侧山前为冲洪积扇，潜水埋深从山前到谷地由深到浅，地层由单一向多层过渡，博河两侧潜水位埋深大于30.0 m 的区域，渗透系数K为30～50 m/d；浅埋带地下水位埋深小于30.0 m 的区域，渗透系数K为25～50 m/d。根据博河右岸探采结合井抽水试验计算结果，含水层渗透系数K为49.41 m/d，因此，博河地下水库含水层渗透能力较强，水力传导条件较好。

4 采补条件

4.1 水量交换条件

博河谷地西以昆屯仑渠首为界，东以二干渠首为界，南北各以北部的阿拉套山山前和南部的别珍套山山前为界。区内主要河流流域为博河干流流域及沙克尔特河、胡吉尔特河、图尔根河、依和库斯台河、乌尔达克赛河等支流流域。谷地内的地下水资源主要是由地表水转化而来，其次为降水入渗及地下水侧向径流补给。

博河自西向东贯穿整个谷地，河水由高山冰川积雪消融、降水和南北两侧山区沟溪泉水渗漏补给，其中以地下潜流补给为主。由于河流各地段松散沉积状态不同，地表水与地下水存在相互转化现象。勘察区昆屯仑渠首～查乡大桥河段因第四系沉积厚度大，河水渗漏量大，加之人工引水使该段部分时间河水断流，从查乡大桥向东开始才不断有地下水以泉水的形式出露汇集成河，即在勘察区昆屯仑渠首～上游段河水侧向补给地下水，昆屯仑渠首～查乡大桥段河水垂直入渗补给地下水，博河是谷地两侧地表水、地下水的排泄通道。此外，博河谷地两侧人工引用潜水溢出带泉水，泄流河水及开采井水进行农灌，使得一部分水重复回渗补给地下水。

山前砾质倾斜平原松散层厚度大，渗透性强，一定降水形成地表积水，也会入渗补给地下水并产生地表径流。博河谷地两侧出山河流部分以地下潜流的方式进入区内补给地下水；谷地两侧山区均为基岩与第四系直接接触，接触带发育较弱的构造风化裂隙，通过裂隙也有少量地下水侧向补给松散层孔隙水，库区垂河向水文地质剖面见图2。

图2 博河地下水库区垂博河向水文地质剖面

通过对区内地表来水、引水、排水的调查，区内从昆屯仑渠首到二干渠渠首，北部4 条河流的年径流量除蒸发、入渗、引水灌溉外年均排入博河的水量共计4 207.16 万m3，昆屯仑渠首排入博河的水量年均20 375.00 万m3。昆屯仑渠首至二干渠首之间约23.00 km，位于两渠首之间的查乡大桥以东至二干渠渠首段长约12.00 km，该段博河右岸有地下水以泉水的形式排入博河。二干渠渠首年均来水水量为26 973.00 万m3。勘察区南部乌河渠首及其附属多条渠道，均是从乌河引水至区内进行农田灌溉，乌河的排水量最终排入二干渠渠首下游的博河谷地。

近10 年间，昆屯仑渠首5，6 月因处于春灌及枯水季节，上游的博河河水除蒸发、入渗外，主要被用来灌溉，导致存在断流现象，且区内博河两侧的多条支流在此期间也处于主灌溉期，基本不向博河排水，而二干渠渠首处于昆屯仑渠首下游，在此期间二干渠渠首却无断流的现象，主要来源于两渠首间的查乡大桥～下游二干渠渠首段的地下水排泄补给博河水量。

由勘察区以上水量运行分析可以看出，区内博河河谷昆屯仑渠首～二干渠渠首段确实存在地下水储水洼地[6]。

4.2 开采条件

1）地下水库段河谷资源量估算

昆屯仑渠首上游1.40 km 处—查乡大桥段为博河河水渗漏段，河水补给地下水，查乡大桥下游段河谷两岸可见有泉水出露补给博河河水，因此，查乡大桥附近的河床段地下水侧向流出量近似可认为是昆屯仑渠首上游1.40 km 处—查乡大桥段的河谷资源量。

以查乡大桥附近的河床断面为计算断面，采用达西公式进行计算：

式中：Q地侧为计算断面地下水侧向流出量，104m3/a；K为渗透系数，由探采结合井抽水试验确定，为49.41 m/d；I为水力坡度，由地下水潜水等水位线图上量取，为0.01；L为计算断面长度，取1.00 km；M为含水层平均厚度，取230.0 m；α为地下水流向与剖面线法线夹角，取0°。

经计算，昆屯仑渠首上游1.40 km 处—查乡大桥段的河谷资源量为4 150×104m3/a。

2）地下水库段河谷可开采量估算

综合勘察区内地下水的水文地质特征，地下水库段河谷内地下水可开采系数取值为0.6[7]，则地下水库段河谷内地下水可开采量为2 500×104m3/a。地下水库段河谷内的地下水资源量及可开采量均为地下水库段河谷渗漏量的一部分。

博河谷地昆屯仑至查干屯格段山间坳陷洼地第四系覆盖层厚度大，地层颗粒巨大，透水性好，含水层厚度大，渗透系数一般为40～50 m/d，单井涌水量在170 m3/h 时，水位降深为2.2 m，单位涌水量达77.26 m3/（h·m），属富水性极强区域。地下水库发育河段地下水位埋深相对较大，静水位为19.49 m，且5—6 月抗旱季节该段博河河床有时发生断流，因此，该地下水库建议在考虑采用大口井+水平辐射井、大口井、截潜引潜、管井等开发方式时，优先选用管井开采地下水的开采方案[8，9]。

5 结语

综上所述，在采用水文地质调查、物探、遥感、钻探、抽水试验等方法对博河坳陷洼地的空间结构、边界条件、水量交换条件进行分析研究的基础上，可以得出在博河谷地昆屯仑渠首—查乡大桥段建设地下水库是可行的。根据此次研究，地下水库的建设要在工程区建设系统的地下水动态长期监测站网，进行大量的水文地质勘探、试验及分析研究，开展工程区两水转换研究、地下水数值模拟研究、人工回补区研究、开采方案比选等。当然，许多关键技术和施工难点都是在水下进行，这就要求施工技术不断创新、完善和经济的更加合理性，这也是今后的研究中应加以突破的一个方向。