袁麗發(fā)，謝 寧，徐海龍

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，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(qū)南約45 km的天山北麓，行政區(qū)隸屬于烏魯木齊縣水西溝鎮(zhèn)，是烏魯木齊市城區(qū)的重要水源地上游。為對烏魯木齊上游地區(qū)及附近的小河流域地下水資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，對區(qū)域內(nèi)的各水系在流域開發(fā)、利用、保護(hù)水資源，以實(shí)現(xiàn)烏魯木齊上游水資源可持續(xù)利用和水生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。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(qū)自然地理和地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)研究成果[1-5]，對研究區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析和研究。研究成果可為研究區(qū)地下水資源的開發(fā)利用與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)自然地理分析

1.1 地理位置

研究區(qū)處于烏魯木齊河流域山前沖洪積平原，行政區(qū)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(qū)、西部為板房溝、北部為烏拉泊洼地。研究區(qū)南北向公路有S116線、S103線、X024線，向北可達(dá)烏魯木齊市，東西向公路有X031。鄉(xiāng)鎮(zhèn)、各村莊之間簡易公路四通八達(dá)，交通便利。

1.2 氣象水文

1.2.1 氣象

研究區(qū)地處天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候干燥，氣溫年差較大，屬典型大陸性氣候區(qū)。夏季酷熱一般干旱少雨，并經(jīng)常有大風(fēng)，日變化劇烈；冬季嚴(yán)寒，根據(jù)烏魯木齊縣多年氣象觀測，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫6.02，低溫天氣出現(xiàn)在12、1、2月，最低氣溫可達(dá)-34.9℃；高溫天氣出現(xiàn)在6、7、8月，最高氣溫可達(dá)37.5℃；氣溫日變化顯著，日較差可達(dá)13℃。最大凍土深度1.55 m。區(qū)內(nèi)多年平均降水量為61.9 mm，個(gè)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(gè)月內(nèi)，約占全年降水量的66.1%。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量為3 130.7 mm，每年5、6、7、8四個(gè)月份的蒸發(fā)量約占全年的61.3%。蒸發(fā)與氣溫成正比關(guān)系，蒸發(fā)量高值出現(xiàn)在每年的7月，低值出現(xiàn)在每年的12月或1月。

1.2.2 水文

研究區(qū)所在區(qū)域內(nèi)的河流均系內(nèi)陸河，所有河流均發(fā)源于山區(qū)，從源頭到尾經(jīng)歷徑流形成區(qū)和徑流散失區(qū)兩個(gè)區(qū)即山區(qū)、平原地貌單元。徑流形成區(qū)占有整個(gè)山區(qū)部分，其主要特點(diǎn)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(dá)最高值：徑流散失區(qū)大致占有平原部分具有與徑流形成區(qū)截然不同的特點(diǎn)，河川徑流隨集水面積的增加而減少，最終消失在平原區(qū)中。

研究區(qū)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(xiāng)境內(nèi)，距烏魯木齊市正南4 km處，平均海拔1 860 m，屬于發(fā)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(nèi)的南山地帶，屬于發(fā)源于天山北麓的季節(jié)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(qū)地質(zhì)條件分析

2.1 地形地貌

研究區(qū)主要地貌為山前傾斜礫質(zhì)平原，地形平坦地勢開闊，整個(gè)地勢南高、北低，坡降12‰～15‰。研究區(qū)南部山區(qū)發(fā)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(zhì)概況

2.2.1 研究區(qū)地層

研究區(qū)內(nèi)主要出露地層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，南部山區(qū)出露石炭系中統(tǒng)凝灰?guī)r。

全新統(tǒng)沖洪積層：分布于溝(河)道內(nèi)，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(jié)構(gòu)松散，卵石、礫石的分選性和磨圓度較差。

上更新統(tǒng)洪積層、中更新統(tǒng)洪積層：廣泛分布在研究區(qū)內(nèi)，為沖洪積層，巖性由灰及深灰色卵石、礫石組成，結(jié)構(gòu)松散，卵石、礫石的分選性和磨圓度較差。

下更新統(tǒng)冰水沉積層：分布于山前地帶，研究區(qū)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?guī)r、細(xì)砂巖為主。

石炭系中統(tǒng)凝灰?guī)r：主要出露于研究區(qū)南部山區(qū)，上部巖性為夾砂巖的凝灰?guī)r碎屑巖，中下部為安山巖及層狀凝灰?guī)r夾石灰?guī)r透鏡體。

2.2.2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置隸屬天山—興安褶皺區(qū)(一級)，準(zhǔn)噶爾—北天山褶皺系(亞一級)北天山優(yōu)地槽褶皺帶(二級)。研究區(qū)屬于北天山褶皺系中的依連哈比爾復(fù)向斜，該區(qū)經(jīng)歷了加里東構(gòu)造期、華力西構(gòu)造期、燕山構(gòu)造期和喜馬拉雅構(gòu)造期，發(fā)生了強(qiáng)烈的區(qū)域性升降運(yùn)動(dòng)。區(qū)域內(nèi)起控水作用的主要構(gòu)造為南山山前隱伏斷裂，分布于研究區(qū)南部，為基巖山區(qū)與第四系松散堆積物的分界線，斷層兩側(cè)地貌、地層巖性差異明顯，上升盤的溝谷內(nèi)第四系覆蓋厚度較薄，下降盤內(nèi)第四系厚度可達(dá)數(shù)百米。

3 研究區(qū)水文地質(zhì)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(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等水文地質(zhì)條件控制。山前由北向南呈現(xiàn)階梯式沉降，覆蓋層厚度北部厚，南部薄，形態(tài)為階梯型下降的大洼地。沉積物顆粒由粗變細(xì)，巖性結(jié)構(gòu)由單一卵礫石、向砂礫石層過渡，沉積物厚度由薄到厚。根據(jù)物探解譯成果，出山口至限采區(qū)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(jié)構(gòu)松散，顆粒粗大，孔隙發(fā)育，透水能力強(qiáng)，是良好的儲(chǔ)水介質(zhì)和儲(chǔ)水空間，最大沉積厚度在研究區(qū)附近。該區(qū)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(bǔ)給，形成了單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水。

研究區(qū)內(nèi)位于山前地帶，地下水類型僅為單一結(jié)構(gòu)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(gòu)造，跌水位于出山口至空九軍基地之間。根據(jù)賦存條件和水力特征，調(diào)查內(nèi)地下水可分僅有單一結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)口徑小于12吋(Ф325 mm)時(shí)，按12吋口徑，5 m降深換算單井涌水量；當(dāng)口徑大于12吋時(shí)，按實(shí)際口徑，5 m降深換算單井涌水量。單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水,根據(jù)本次的抽水試驗(yàn)成果。研究區(qū)內(nèi)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(jù)研究區(qū)內(nèi)鉆孔揭露，山前含水層巖性以卵礫石為主，結(jié)構(gòu)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(shù)為9.83 m/d，礦化度0.26 g/L，屬HCO3·SO4-Mg·Ca型水。

3.2 研究區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

研究區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄嚴(yán)格受地形地貌、水文和人類活動(dòng)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(bǔ)給和徑流條件。

3.2.1 補(bǔ)給條件

(1)河流入滲補(bǔ)給：根據(jù)《烏魯木齊縣水資源利用規(guī)劃報(bào)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(nóng)業(yè)灌溉，其余的地表水滲入到山前礫質(zhì)平原內(nèi)，山溝小型河流滲漏率一般50%以上。因此河水入滲補(bǔ)給為研究區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源。

(2)渠系滲漏補(bǔ)給：研究區(qū)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(dá)到了96.55%。地表渠系滲漏對地下水的補(bǔ)給量較之前人研究已明顯減少，但對研究區(qū)地下水仍具有一定的補(bǔ)給意義。

(3)田間灌溉入滲補(bǔ)給：農(nóng)業(yè)灌溉主要通過機(jī)井灌溉和各級渠系引地表水灌溉，現(xiàn)狀大規(guī)模的農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)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(bǔ)給已成為研究區(qū)地下水的重要補(bǔ)給來源。

(4)山前暴雨洪流入滲補(bǔ)給：研究區(qū)南部山前沖洪積礫質(zhì)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(fā)育較多的沖溝，降雨形成的暴雨洪流順溝流入本區(qū)下滲對地下水也具有一定的補(bǔ)給意義。

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

3.2.2 徑流條件

研究區(qū)內(nèi)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(gè)研究區(qū)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(yùn)移，通過東北部側(cè)向流出區(qū)外。

3.2.3 排泄條件

研究區(qū)南部主要為地下水補(bǔ)給區(qū)及徑流區(qū)，研究區(qū)地下水主要通過側(cè)向徑流和零星人工開采地下水進(jìn)行排泄。

(1)側(cè)向徑流排泄：研究區(qū)地下水通過側(cè)向徑流流出區(qū)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?yàn)榱鞒鰯嗝?，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(shù)9.83 m/d，地下水主流線主要以板房溝河為軸線向下游運(yùn)動(dòng)。

(2)人工開采：研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀下?lián)碛袡C(jī)井約30眼，一年的取水量為233.8萬 m3。相對于補(bǔ)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(xué)特征

根據(jù)收集報(bào)告水樣采集測試結(jié)論和地下水采樣檢測成果，研究區(qū)域地下水水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Mg·Ca型，礦化度0.26 g/L，地下水質(zhì)相對較好。

3.4 地下水動(dòng)態(tài)特征

3.4.1 年內(nèi)動(dòng)態(tài)

研究區(qū)主要分布在山前的洪積扇群上，處于地下水的徑流區(qū)，地下水動(dòng)態(tài)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(fā)的影響，地下水埋深變化平緩，年變幅很小。

3.4.2 多年動(dòng)態(tài)

根據(jù)《烏魯木齊水資源公報(bào)》資料，依據(jù)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)工作細(xì)則，按照地下水水位升降速率劃分地下水水位多年動(dòng)態(tài)類型，項(xiàng)目取水區(qū)位于烏魯木齊地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測區(qū)的基本穩(wěn)定區(qū)(-0.5 m～0.5 m/a)。地下水多年動(dòng)態(tài)主要受自然因素、水文因素和人為因素影響，由于該區(qū)域地表水系較為發(fā)達(dá)，地下水用水量較小，多年動(dòng)態(tài)基本穩(wěn)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(wěn)定型。

4 結(jié)語

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

(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(bǔ)給、渠系滲漏補(bǔ)給、田間灌溉入滲補(bǔ)給，山前的暴雨洪流入滲補(bǔ)給。徑流總體方向由南向北，排泄以側(cè)向徑流、機(jī)井開采等方式排泄。山前水化學(xué)類型以HCO3·SO4-Mg·Ca型為主。

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