天山北麓水文地质研究程度的分析

张 磊，陈旭光，刘 斌，蔡青勤，陈和军，陈德斌

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第二水文地质工程大队，新疆 昌吉 831100;2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆 乌鲁木齐 830000)

准噶尔盆地南缘天山北麓地区是新疆维吾尔自治区国民经济发展与建设的中心，是区内西部大开发战略的“快车道”和示范区。该区东起木垒县，西至博乐市，南以北天山北麓山前为界，北至古尔班通古特沙漠前缘。随着西部大开发战略的深入开展与实施，天山北麓地区水文地质研究程度是区内地下水资源开发利用、水资源评价与社会经济发展的基础，因此分析以往水文地质研究存在的问题，并提出解决问题的办法与建设性意见，正确认识水文地质条件，合理地评价区内地下水资源，对天山北麓地区的水资源开发利用、规划及管理有着重要的指导意义。

1 地质及水文地质条件

天山北麓总体地势由南东向北西倾斜，海拔高度由山区3 000～5 000 m向盆地边缘绿洲带递减至600～800 m，东部到玛纳斯湖降至257 m，西部到艾比湖降至189 m;构造单元区域上由南向北为天山褶皱带、山前坳陷带和准噶尔地块［1］;地表水系主要有博尔塔拉河、库松木切克河、精河、四棵树河、奎屯河、八音河、金沟河、玛纳斯河、塔西河、呼图壁河、三屯河、头屯河、乌鲁木齐河、三工河、开垦河等，总径流量为 82.794 7 × 108m3/a①.［2］。

准噶尔盆地南缘天山北麓水文地质条件具有干旱区内陆盆地山前带的一般规律。南部山区为水资源的形成区，山前冲洪积平原区为地下水的径流区，玛纳斯湖、艾比湖为流域地下水的最终排泄区［3］。受新构造运动及地下水补给条件好的影响，天山北麓山前地带沉积着巨厚的第四系松散堆积物，最大厚度可达1 000多 m以上，沙漠区前缘东道海子 －小拐 －甘家湖也达400～600 m(见图1、2、3)，赋存有丰富的地下水。地下水类型为松散岩类孔隙水，富水性由山前到沙漠(或汇流中心)表现为弱—强—弱的变化规律(见图4)，沿G312线一带含水层富水性最强，单位涌水量为10～30 m3/h·m或＞30 m3/h·m，该带两侧含水层富水性减弱至1.0～10 m3/h·m;单井实际涌水量山前带下部4 000～7 000 m3/d，沙漠区前缘105团－106团－135团 －车排子地段400～600 m深井达3 000～5 500 m3/d;含水层岩性由山前带到沙漠(或汇流中心)，由卵砾石、砂砾石(单一结构)逐渐过度为中粗砂、粉细砂(多层结构)(见图1、2、3);地下水水位埋深由山前－溢出带 －沙漠(或汇流中心)表现为由 ＞100 m逐渐过渡为＜1 m，再由 ＜1 m增大为4～10 m、承压水头埋深20～40 m;溢出带部分地段地下水自流①;地下水补给主要接受山区侧向径流、沟谷潜流、河道入渗、田间灌溉入渗、降水入渗、渠系入渗等的补给，以泉水溢出、蒸发蒸腾、人工开采等为主要排泄方式。

2 水文地质研究程度分析

准噶尔盆地南缘天山北麓自上世纪九十年代年以后，先后开展过乌鲁木齐河流域、头屯河流域、三屯河流域、呼图壁河流域、玛纳斯河流域、奎屯河流域、博尔塔拉河流域，以及各县市水资源开发利用规划的地下水资源评价工作，除此之外开展过的工作还有1991年新疆水利厅《新疆地下水资源评价》、2000年新疆国土资源厅《新疆地下水资源评价》、2004年新疆农业大学《新疆地下水资源调查与评价》、2006年新疆地质调查院《新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价》四次大的区域性地下水资源评价。然而随着区内水资源需求的增加、地下水开发利用程度的大大提高，区内水文地质条件发生了大的变化。受工作性质及经费投入所限，研究程度不能满足对现状地下水资源开发的指导，地下水资源评价滞后于水资源的开发需求。通过对上述水文地质工作成果及2000－2005新疆准噶尔盆地(天山北麓)地下水勘查与新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查项目的实际外业调查成果综合分析，已开展的水文地质研究程度所取得的水文地质资料尚不够完善，存在以下不足。

1)天山北麓地带山前沉积着巨厚第四系松散堆积物，上世纪九十年代以后在东道海子－小拐－甘家湖细土平原－沙漠区前缘地下水开发深度已达400～600 m(见水文剖面图2)，而每次的地下水资源评价深度还是停留在上世纪八十年代的150～300 m的勘探深度上，其水文地质结构模型垂向上控制不足、平面上分布不均，控制性研究程度钻孔明显不足，因此建立的地质结构模型与水文地质结构模型与该区实际地质结构与水文地质结构存在较大的偏差，控制深度和控制精度不够。

2)由2000－2005年新疆准噶尔盆地(天山北麓)地下水勘查与新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查项目的实际外业调查区内山前平原区地下水溢出带向北2～5 km，由于地下水的开采引起了承压水头持续下降，使得承压水水头低于潜水水位10～35 m①②③、，改变了下层承压水向浅层地下水越流的补给条件，使得溢出带向北2～5 km以北的地下水开采层(30～60 m以下)不再存在渠系、灌溉入渗补给［4］，而九十年代以后渠系、灌溉入渗补给只是维持了潜水蒸发与蒸腾(与上世纪五六十年代相比，潜水水位下降不大)，而以往的地下水补给计算把下游的渠系、灌溉入渗补给列入到以地下均衡计算中，因此地下水的补给量计算要小。

3)地下水开采量的统计是地下水资源计算中源汇项里一个重要基础项［5］，据1996－2005年的实际调查与统计，各县市地下水开采由于受水利、兵团、个体三家的不统一管理，以及其他因素的影响，开采量统计不全，水利公报上的县市水资源开采量要比实际偏小1/4～1/3(县市水利局了解也是如此)④⑤⑥。如奇台县2006年超采区划定报告中地下水开采量为3.66×108m3/a，水资源公报中地下水开采量约为2.936×108m3/a;呼图壁县超采区划定报告中地下水开采量为3.2×108m3/a，水资源公报地下水开采量约为 2.2×108m3/a。而以往的地下水资源计算是以水资源公报中的开采量为准进行计算的，由于区内的地下水开采量占总补给量的39.2% ～60.8%，因此计算的地下水资源量偏小。

4)天山北麓中段的乌鲁木齐河—奎屯河流域地段内第三系存在着一定数量的地下水侧向补给，根据水利部门对区内各河流测站、渠首站统计资料，以及区内水利部门的各河流流域规划报告，山区地下水对平原区侧向补给量应采用山区测站流量+丘陵产流—渠道测站流量计算。经略算，山区地下水对平原区侧向补给量为 3.618 7×108m3/a［6］。以往的地下水补给计算中均将该地段作为一个相对隔水边界处理，只计算了河谷潜流量，因此所计算的补给量比实际侧向补给量要小得多。

5)天山北麓中段溢出带以北5～8 km至沙漠区在上世纪七十至九十年代间，地下水普查、详查投入的大量勘探工作是采用优质泥浆钻探工艺(勘探深度150～300 m)施工的，取得的水文地质参数远比目前农业开发采用低粘度泥浆、快速成井(勘探深度400～600 m)的施工工艺的出水量、渗透系数要小，而以往的地下水资源评价所需的水文地质参数及计算深度均停留在上世纪九十年代勘探深度150～300 m上，而九十年代后地下水开发利用深度达400～600 m。由于计算深度和计算选取的水文地质参数的偏差，研究的北部侧向排泄量不够准确。

6)天山北麓山前带平原东西长约920 km，南北宽约70～100 km，区内的地下水水位统测及动态监测是确定区内的地下水位变幅与地下水流场的基础，也是年内地下水资源储存量的变化量计算的关键数据［5］，以往的水文地质工作除新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价项目外，其它项目没有做过整体地下水流场的统测研究工作。由于天山北麓山前带平原东西长、面积大，以往的地下水位统测与动态长观除控制点不足外，更受工作人员少的制约，水位统测一次需要一个半月以上(两到三个组)，时间上不符合水位统测及地下水动态观测的规范要求。

7)由于全球气候得变暖，山区冰川消融，雪线上升，区内水资源总量在不断的减少。如乌鲁木齐河上游冰川研究，自上世纪六十至九十年代，155条冰川平均后退95 m，冰储量减少72.8亿 m3;奎屯河哈希勒根51号冰川1964—1999年退缩了49 m，1999－2001年退缩10.3 m①，以往的水资源评价没有考虑冰川消融造成的水资源减少因素，因此水资源总量计算不够准确。

8)天山北麓中西段山前沉积着巨厚第四系松散堆积物，大者可达千余米以上，其含水层厚度巨大，以往的水文地质工作缺少对150～250 m以下含水层的岩性、富水性、水文地质参数的研究，因此对山前带巨厚含水层的水文地质条件尚未完全了解。

9)天山北麓中段存在着呼图壁河、玛纳斯河、安集海河、独山子山间洼地地下水库，该区地下水库是以第三系背斜隆起为天然“坝体”的水库(见玛河流域构造剖面图，图5)。地下水补给均来自南部山区地表水在流经低山区及库区构造裂隙、河谷漂卵石及洼地第四系砾岩裂隙时的入渗补给［7］，目前该区地下水库部分地段开展过以水源地供水、农业灌溉用水为主要目的的水文地质勘查工作，但山间洼地作为地下水的整体调蓄水库，对其调蓄能力以及解决下游农业用水春旱夏余的卡脖子旱问题未进行过系统的水文地质研究工作。

10)准噶尔盆地南缘天山北麓地区是新疆维吾尔自治区经济发展的重点地区，区内存在着地矿、水利、兵团三家水文地质队伍，各自掌握着自己的水文地质成果资料，地矿部门掌握着大量的水文地质勘探资料与勘查技术;水利部门掌握着大量的地表水资料与技术，以及凿井及地下水开采资料，兵团部门掌握着自己地段地下水开发利用凿井与开采资料。由于三家部门缺少必要的成果资料共享，使得每次地下水资源评价都存在一定的研究程度不足，并且造成重复工作。

3 加强水文地质勘探研究建议

综合以往准噶尔盆地南缘天山北麓地区水文地质研究程度存在的问题，区内进一步深化水文地质工作研究程度及地下水资源评价除按照水文地质规范要求进行外，还应着进一步深化研究以下几个方面的水文地质问题。

1)天山北麓地区分布范围东西较长，面积较大，尤其中段是新疆地下水资源开发利用程度最高的地区，2008年全区地下水开发利用量已达 35亿 m3以上。由于区内存在着地矿、水利、兵团三家单位，各自掌握着不同的水文地质研究资料，因此需要政府部门组织与协调三家单位共同应用已有的水文地质研究资料，较深入的开展天山北麓地下水资源评价工作，避免区内水文地质重复研究现象。

2)天山北麓由南向北构造单元分为天山褶皱带、山前坳陷带和准噶尔地块，受喜玛拉雅末期构造运动的影响，褶皱、断裂发育，形成了一系列轴向与天山平行的背斜隆起及平原区隐伏隆起［8］，其北部第三系向斜凹陷处在 105－149团地段，第四系基底与艾丁湖基底高程相当，为负200～250 m左右，第四系厚度巨大，是区内地下水主要的赋存空间，目前尚存在以下问题需进一步研究:第四系地质结构模型与水文地质结构模型控制深度不够;区内开采深度已达400～600 m，缺少对该区段水文地质参数的研究;缺少对300 m深度内高粘度泥浆凿井技术对求取水文地质参数的影响研究，缺少对山前带下部含水层水文地质条件的研究。

3)结合区内前人资料，进行新一轮地下水资源开采量调查、统计及地下水长观、统测工作，达到准确确定地下水位变幅与流场，并评价地下水资源量的目的。建议新一轮的调查研究工作以县市为单位，地下水开采量调查、长观、统测，周期为2年。长观与统测时间要求各县市统一，长观每月一次;统测为每年丰、枯水期各一次，时间达到规范要求，

4)加强对乌鲁木齐河—奎屯河流域地段的山区河流测站与渠首站测流统计工作，区内山前带的第三系地段存在着一定数量的地下水侧向补给，因此在今后的水文地质深化研究中，一定要加强该段山区测站与渠首测站的流量观测工作，再者要对河流的山区测站与渠首测站实施物探、钻探等勘探性研究，准确地计算河谷潜流量，同时也要考虑山区测站与渠首测站之间的水面蒸发以及区间的洪流来水与入渗补给量的研究。

5)深化对天山北麓中段山间洼地地下水库的研究，对山区各地下水库开展系统的水文地质研究工作，研究山区地下水库形成的机理，查明山区地下水库的地下水储量、补给量及调蓄能力，并对其进行规划，解决下游区春季干旱及卡脖子旱的季节性缺水问题。

6)自上世纪五六十年代以来由于气候变暖，山区冰川不断消融，加大了地表水补给量，使得区内的河流来水量有所增加，但从区内冰川融水量来看远远大于河水的增加量，说明区内水资源总量在不断地减少。因此今后的水文地质工作要充分研究冰川消融对区内水资源的影响，对区内的冰川年平均消融量进行实地研究与计算，更好地指导区内水资源开发利用。

7)随着地下水开发利用程度不断提高，区内的水文地质条件与地下水资源也在不断地变化，为更好的指导区内水资源开发利用与规划工作，应建立一个从奇台到博乐市的地下水数值模拟平台，较系统地掌握区内地下水资源在时空上的变化，为天山北麓经济带水文地质研究程度深化及地下水资源可持续利用提供依据。

8)深化区内同位素研究，利用氚、碳 －14年龄及放射性同位素氚资料研究地下水浅层、中层、深层含水层年龄与地下水更新速率，计算各含水层的地下水补给量，为进一步深化地下水研究奠定基础。

4 结语

天山北麓地区是一个地下水赋存丰富的地区，随着区内地下水开发利用深度及程度的提高，区内水文地质条件发生了变化。受工作性质及经费投入所限，上世纪九十年代以后的水文地质研究程度不足，使得区内地下水资源评价滞后于水资源开发的需求，地下水资源评价不够完善与准确。为解决水资源评价滞后于社会经济发展需求的问题，今后的水文地质工作需要不断深化研究深层地下水水文地质参数与含水层结构，重视地下水开采量调查及水位水量长观、统测工作的时效性、统一性，开展下游区渠系、灌溉入渗对开采层地下水的补给程度研究工作，对天山北麓中段的第三系山前段存在的地下水侧向补给进行研究;同时还要研究冰川消融对区内水资源的影响及山区地下水库的调蓄作用，同时还应建立从奇台到博乐地区的地下水数值模拟平台，以上问题是提高当前天山北麓水文地质研究程度需要探讨和研究的重大课题。

［1］徐开礼，朱志澄.构造地质学［M］.北京:地质出版社.1984.

［2］周聿超.新疆河流水文水资源［M］.乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社.1996.

［3］王大纯，张人权，史毅虹.水文地质学基础［M］.北京:地质出版社.1980.

［4］陈梦熊.中国地下水资源与环境［M］.北京:地震出版社.2002.

［5］赵运昌年.中国西北地区地下水资源［M］.北京:地震出版社.2002.

［6］陈旭光.陈德斌，等.天山北麓中段基岩山区地下水对山前平原区侧向补给的探讨［J］.新疆地质.2003.21(3):369～370.

［7］陈旭光.陈德斌，等.天山北麓玛纳斯河流域山间洼地地下水库的形成机理与开发利用的意义［J］.新疆地质.2004.22(3):248～252.

［8］中国科学院兰州地质所.准噶尔盆地构造特征及形成演化［M］.1985.

① 新疆地质调查院.新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价.2006.

②新疆地矿局第二水文地质工程地质大队.新疆准噶尔盆地(天山北麓)地下水勘查.2002.

③新疆昌吉洲水利科学技术研究所.新疆昌吉回族自制洲平原区地下水资源调查与评价.2004.

④新疆国土资源厅.新疆地下水资源评价.2000.

⑤ 新疆农业大学.新疆地下水资源调查与评价.2004.