浅析石河子市地下水涵养的可行性

周金玲

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 石河子832000)

1 石河子市区地下水补给来源及变化分析

石河子市区位于玛河西岸冲洪积扇中下部，现有城市供水水源井主要位于市区南部的43号小区，在地貌单元上处于玛河冲洪积扇中部，地形坡降5‰～8‰，地表以下覆盖着巨厚的第四系松散沉积物，厚度大于300 m，岩性以卵砾石、砂砾石为主，具有透水性强，储水构造结构性好等水文地质特征，属山前冲洪积倾斜平原中上游最具利用价值的天然“地下水库”[1]，贮存着亘古以来留下的可直接饮用的优质地下水源。

市区上游南部的玛纳斯山海拔600～1 000 m，由透水性较弱的第三系泥岩、泥质砂岩和砂砾岩组成。其所处的地理环境和流域地质特征，决定了其地下水主要依赖于流经市区东界的玛纳斯河自红山嘴站出山口开始的河道渗漏补给，其次才是第三系基岩裂隙水的渗透补给。

市区下游北部是玛河冲洪积扇扇缘与细土平原交汇区，其地形坡降明显变缓，在3‰左右，岩性也明显变细，以粉土夹砂或粘土或砂砾为主，这些沉积环境的变化导致从市区上游径流下泄的地下水受阻上溢，形成地下水溢出带，目前这些溢出带因上游地下水位的下降，已基本消失，唯一可见的是在上世纪石河子开发之初建成的蘑菇湖水库、大泉沟水库和玛河河道上拦洪的夹河子水库。而这三个水库是市区北部玛纳斯河西岸地下水溢出带泉水的主要蓄水区。

据已有玛纳斯河西冲洪积扇下游地下水溢出带泉水长观资料(1956～2008年，中间部分年份缺失)见图1，1956年玛河西岸泉水溢出量4.29×108m3。1959年玛河东岸大渠建成运行后，玛纳斯河水约70%的径流量的从红山嘴引水枢纽(以下简称红山嘴站)至夹河子水库河段的运行方式被人为控制改变，即原有从红山嘴站下泄的年径流12×108m3多的河水，通过人工方式大多改道玛河东岸大渠(浆砌石防渗)输水(年引水量9.7×108m3)，使该河段年过水量由原来的10×108m3多减小到约3.2×108m3，河水渗漏量急剧减小，导致石河子市区北部地下水溢出带泉水溢出量在此后明显减少，1960年泉水溢出量减少到3.774×108m3，随后近二十年泉流量基本保持在3.0×108m3左右，其流量与当年的丰、枯期呈规律性波动，变化不是太大。但到了上世纪七十年代末，随着市区地下水的开采利用，加上溢出带上游区石总场水源地的建设运行，再次打破了已有平衡关系，1979年的泉水流量3.1×108m3，1982年减少到2.7×108m3;进入九十年代后，随着农业节水灌溉新技术的推广应用，玛河上游各引水枢纽控制下的十多条干渠相继进行了防渗改扩建，特别是上游石河子市生活工业用水倍增，市区地下水的开采量基本在1.5～1.8×108m3，致使地下水位一直持续下降，与七十年代比，市区靠近前山带附近水位下降最大幅度达50 m左右。市区水位的下降不仅导致机井寿命的缩短，同时导致玛河西岸泉水溢出量也明显减少，截止到2010年前后，其泉水流量已衰减到1.0×108m3左右。

图1 玛纳斯河西冲洪积扇下游地下水溢出带(1956～2008年间)泉水流量对比

由此看来，市区内地下水超采仅仅是造成石河子市区地下水位下降的一个次要因素，从整个流域上分析:地表用水时空的变化造成地下水源补给量的减少才是主要因素。因此，如何有效增大市区地下水源补给，寻找可利用的水源是关键。

2 石河子市区地下水源涵养方案探讨

2014年12月，石河子垦区赖以生存的玛纳斯河山区水利枢纽工程——肯斯瓦特水库正式下闸蓄水。水库建成运行后正常蓄水位是990m，有效库容1.74×108m3，具有灌溉、防洪，兼顾发电的功能，可改变玛纳斯河天然径流的时空分布，大大提高南部灌区灌溉保证率和冬季下游梯级电站的发电出力，不会影响夹河子水库下泄水量和下泄规律，与下游堤防工程结合，可使红山嘴站至夹河子水库河道两岸防洪标准由目前的不足10年一遇标准提高到50年一遇，既使红山嘴站至夹河子水库河段的洪峰流量有所削减，其结果是基本实现下游河道水文情势人工控制，从而影响该段河道河水自上世纪70年代以来的多年平均流量。

由于该河段河水的入渗量是沿河两岸的石河子市区和玛纳斯县城乡地下水的主要补给源，因此，该段河道过水量的增减势必影响夹河子水库以南地下水的涵养状况，由前文地下水动态分析资料可知，玛纳斯河泉水溢出量的阶梯变迁减少，与玛纳斯河河道天然径流量的时空变化有着直接关系，自上世纪五十年代末红山嘴站和东岸大渠的建成运行直接改变了玛河出山口以后河道的径流量，约70%左右的河水通过渠系输往下游各灌区，致使泉水溢出带的流量在不到2年的时间内就减少了5 000×108m3左右。

前已介绍在玛河(红山嘴站——夹河子水库段)两岸分布的冲洪积扇区的地下水是市区及下游区地下水的主要补给源，该扇区巨厚的第四纪卵砾石层犹如巨大海棉体充填着丰富的地下水，但近几十年的开发利用，使其中的水份未得到及时有效补充，其南部靠近山前地带的含水层已被疏干几十米，这就犹如山前的一个开放式的地下水库的迴水边界在不断退向下游，早已波及到石河子市区，因此，很有必要对该段实施地下水涵养，保证该段河道两岸地下水的补给量能适当增加，最直接有效的方式是增大地下水补给、控制地下水开采(即地下水涵养)。

通过对区域环境水文地质条件的分析，在玛纳斯河红山嘴站——夹河子水库段实施人工补给地下水工程具备以下几条可行条件:

(1)肯斯瓦特水库运行前，红山嘴站至夹河子水库河段肩负着玛河流域中游防洪、输洪等重大任务，运行后其调蓄洪水、削减洪峰的作用，减轻了该段河道的输洪压力，提高了修建渗水工程的可行性。

(2)红山嘴站至夹河子水库河段长约30.46 km，为河流出山口后粗颗粒的主要堆积带，岩性为漂卵砾石，透水性强，其基底分布特征又使其具有优越的贮存地下水的特性，河道纵坡1/112～1/130，河谷呈“U”型，河漫滩发育，宽度可达500～1 000 m，主河槽较宽浅，宽度30～100 m，深度1.0 m左右，主流摇摆不定，主河槽散乱。目前，该河段左右岸都修建有不连续的堤防和挑流丁坝，基本上都可以使用，但堤防标准较低。且河道两岸是玛纳斯县和石河子市的砂砾石料场，料场基本上布置在防洪堤背后，开挖造成的不同深浅的料坑和随意堆弃的弃料，有些甚至堆弃到河道，这些料坑和弃料一方面影响防洪堤的安全和河道的行洪，但若有效利用完全可成为蓄积洪水、渗漏补给地下水的高效地下水涵养池。因此可通过整治河道，兴建防洪工程和地下水涵养池，在提高防洪标准的同时增大该段河道洪水的渗漏量。

(3)根据近10年夹河子水库下泄的洪水量统计结果(见图2)，其下泄的洪水量远超过流域规划的生态需水量6 583×104m3/a，平均达19 800×104m3/a，其中2010年达61 200×104m3/a，而十几年前玛河下游的136团东北的低洼地现已形成了水波浩渺的末名湖(距玛纳斯湖南约30km地带)。但该处的湖水因承接了水库下游河段沿岸乡镇团场的污废水和农灌退水等，其水质矿化度已明显变高，可利用性较低，所以在夹河子上游段适当滞缓洪水的下泄速度，增大洪水在中上游段的渗漏量，使其转换为利用价值较高的优质地下水源，不论是对玛河西岸的石河子市区还是东岸的玛纳斯县城及其北公园湿地保护区的地下水涵养或地下水资源的利用都具有重要支撑作用。

图2 夹河子水库向下游河道泄洪量年际变化曲线

3 地下水源涵养工程的设想

石河子市区地下水源涵养工程既能适当解决当代人需求，又能为子孙后代留下优质水源。据查阅资料，国外就地下水源涵养已建有不少人工补水区或补水设施，通过人工设施将地表水存储于地下以供未来备用，实现储备水资源的目标[2]。

建议地下水涵养工程与玛河肯斯瓦特水库共同调节，在红山嘴站至夹河子水库河段河道上选择不同段(如玛河三级电站和五级电站之间，玛河铁路大桥、高速公路大桥和G312国道大桥之间，以及G312国道大桥与西调渠渠首之间，根据河道纵坡1/112～1/130)，按百米间隔修建形如网格状的地下暗渠、槽、塘等能使洪水滞留下渗的面状截洪、蓄洪工程，目的是调整河水的水力坡降，降低其流速，增大该河段的入渗量，同时可利用河床两岸原有废弃的料场坑进行沉砂池改建工程，该项目的规划设计还可与“十户窑”旅游景观区景点的开发项目和玛纳斯县北公园湿地保护区的景观游览结合起来，即要保证防洪规划标准，又要达到为石河子市区和玛纳斯县湿地地下水的涵养提供条件，改善玛河洪水期水质泥砂含量，减轻夹河子水库泥砂的淤积。

4 结语

石河子市是最早实现喷灌、微灌等高效节水灌溉的地区，其节水措施和用水效率一直走在全疆乃至全国的前列，但按其规划，城市生活用水需求仍呈刚性增长的趋势，这就使城市对高质量的地下水源的索取有增无减，要保证城市水源地的正常运行，控制城市地下水位下降速率，破解城市用水瓶颈必须增加其贮量，增大地下水补给来源正是解决这个城市困扰多年地下取水水源超采的有效措施之一，同时对石河子市区亟待解决的地下水储备，发挥“地下水库”的调蓄作用，补充扩大水资源承载力，有效支撑和推动城市发展目标的实现有极其重要的意义。

[1]付晓刚，万伟锋，毛正君.地下水库及其在水资源开发和保护中的应用[J].地下水.2007，第29卷，第1期，总第124期:65-67.

[2][美]罗斯珂.摩斯公司(Roscoe Moss Company).吴朝玉 译.地下水开发手册.中国水利水电出版社.2009.9.(1).