准东矿区邻近奇台绿洲地下水位变化趋势分析

李根生，曾 强，董敬宣，赵龙辉

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆大学干旱生态环境研究所，新疆 乌鲁木齐 830046)

准东矿区邻近奇台绿洲地下水位变化趋势分析

李根生1,2，曾 强1,2，董敬宣1,2，赵龙辉1,2

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆大学干旱生态环境研究所，新疆 乌鲁木齐 830046)

根据准东矿区邻近奇台绿洲1983～2013年地下水位观测资料，对其变化趋势进行了分析，运用Surfer软件分析了奇台绿洲地下水埋深、地下水位和地下水流等分布特征，结果表明：近31年以来，研究区地下水位总体呈下降趋势，年均下降速率为0.51 m/a，其中，西部区域下降速率为0.65 m/a，东部区域下降速率为0.37 m/a；在西部区域形成了多处地下水位降落漏斗，且漏斗面积不断增加；东南区域地下水位高于西北区域，地下水总体呈由南向北流动；地下水位分布和地形分布特征基本一致，局部地形起伏处，地下水流大小和方向变化亦有相应变化；由南向北地下水埋深逐渐变浅；农业灌溉用水量不断增加是造成绿洲地下水位下降的主要原因。

准东矿区；奇台绿洲；煤炭开采；地下水位

本文根据准东矿区邻近奇台绿洲历年地下水位观测数据，尝试对其变化做趋势分析，以期为深入研究准东矿区煤炭开采与绿洲地下水之间的动态关系提供基础。

1 研究区概况

1.1 地理位置

奇台绿洲研究区位于天山北麓东段，准噶尔盆地南缘的冲积平原内，其东西长约60 km，南部宽约55 km，地势相对平坦是新疆地区典型的天然-人工复合型绿洲[13](图1)。绿洲区属干旱气候，冬季寒冷夏季炎热，日温差较大，年平均气温5.2 ℃，常年盛行西北风。

图1 研究区地理位置

准东矿区南邻奇台绿洲。矿区东西长约226 km，南北宽约126 km，矿区面积约28 476 km2，单一开采煤层厚达90 m，预测煤炭资源储量4 580亿t，为罕见巨厚煤层赋存，具有典型的区域特色[14]。矿区属生态脆弱区，气候干旱少雨，地表植被稀疏，生物种类和群落较少，系统自我修复能力弱，荒漠广布，具有典型的内陆干旱区特征。

1.2 研究区水系分布特征

奇台绿洲降水量分布不均，南部山区最多，中部平原区次之，北部荒漠区最少，呈现出由南到北逐渐减少的趋势，蒸发量约为降雨量的8倍。南部山区海拔高，呈现出由南到北海拔逐渐降低的趋势，且山前由厚度大、粒径粗、透水性强的第四系松散物组成，地下水由南向北顺势而下，河流流出山口后，经引水渠、田间、经天然河床等渗失于山前戈壁砾石带，补给潜水及深部承压水。南部山区为地下水的补给区，中部为地下水的补给、径流区，北部为地下水的排泄区，见图2[12]。

奇台绿洲研究区地表水系从东至西分布有9条河流：开垦河、新户河、中葛根河、宽沟河、碧流河、吉布库河、达板河、根葛尔河、白杨河(图3)。研究区地表河流水量的补给主要来自南部区域的大气降水和冰川融水，山间众多深沟河谷水流，在山前集中形成河流，流向奇台绿洲。

本文所采用的分析模型是一个4层剪力墙结构，层高均为3 600 mm，总高度14.4 m，梁和剪力墙平面见图1和图2，图中LL2截面尺寸为200 mm×500 mm，LL1的截面宽度为200 mm，截面高度在400～1 600 mm之间变化。不考虑楼板的影响，墙厚均为200 mm，混凝土强度等级为C30，场地抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第1组，抗震等级设为二级。

图2 典型水文过程示意图

图3 研究区地表河流及观测井位置分布图

研究区地表河流年径流总量为4.66×108m3，开垦河年径流量最大为1.60×108m3，占34.48%；根葛尔河年径流量最小为0.04×108m3，仅占0.86%。河流年径流量分布呈现东部区域大于西部区域，其中东部4条河流年径流量为2.59×108m3，占55.58%，西部区域5条河流年径流量为2.07×108m3，占44.42%，多年平均流量为14.66 m3/s。各河流枯水期为11月至来年3月，丰水期为4月至10月。地表河流年径流量见表1[15]。

2 奇台绿洲地下水变化趋势分析

2.1 地下水埋深变化趋势分析

奇台绿洲研究区26眼观测井均为浅层地下水观测井，井点位于奇台绿洲平原区内，主要分布在塔塔尔乡、西北湾乡、110团场、坎尔孜乡、五马场乡、老奇台镇、乔仁乡、三个庄子和古城镇等，观测井分布见图3。研究区各观测井地下水埋深变化统计数据见表2。

表1 奇台县绿洲研究区河流年径流量

表2 研究区各观测井地下水埋深变化统计表

由表2统计数据可知，26眼井地下水埋深100%下降，平均单口下降量为16.98 m，平均单口年下降0.56 m，其中下降速度较大的分别为西北湾乡柳树河子村8号和坎尔孜乡22号观测井，年均下降分别为0.85 m、1.07 m，下降速度较慢的分别为五马场乡榆树沟村24号五马场乡25号观测井，年均下降分别为0.2 m、0.06 m。地下水平均埋深由13.04 m下降至30.01 m，下降率达56.55%。地下水埋深下降量在0～10 m的有4眼，占15.39%，下降量在10～20 m的有15眼，占57.69%，下降量在20～30 m的有6眼，占23.08%，下降量大于30 m的有1眼，占3.85%，埋深下降量处于10～30 m，高达80.77%，说明奇台绿洲地下水埋深整体下降量较大。

2.2 地下水位变化趋势分析

根据研究区各观测井位置分布特征、地形、耕地面积和人口数量，将研究区大致均等分为东部区域和西部区域，东部区域为18～30号井，西部区域为1～4号、6～13号和16号，各13眼观测井。分别对东部区域、西部区域和总体地下水位进行了统计，见表3。

表3 奇台县1983～2013年地下水位变化统计表

由表3可知，31年26眼观测井平均地下水位为766.74 m，其中东部区域为780.63 m，西部区域为752.84 m，东部区域高于西部区域27.79 m。30年间地下水位共下降了15.32 m，其中东部区域下降了11.08 m，西部区域下降了19.56 m，西部区域大于东部区域8.48 m。总体地下水位年平均下降0.51 m，其中东部区域为0.37 m，西部区域0.65 m，西部区域大于东部区域0.28 m/a。地下水位下降年份占83.3%，其中2002～2003年地下水位下降最大，下降为3.93 m，2004～2005年地下水位回升最大，回升了2.63 m。据此可得：东部区域平均地下水位高于西部区域，主要由于东部区域水系年径流量大于西部区域，由此地下水补给量多余西部区域。西部区域平均地下水位下降量和下降量速率均大于西部区域，说明西部区域对地下水的抽采强度大于东部区域。

对研究区总体(图4和图5)、东部区域(图6和图8)和西部区域(图7和图9)分别绘制了水位和水位变化速率折线图。

图4 研究区总体水位变化

图5 研究区总体水位变化速率

图6 东部区域水位变化

图7 西部区域水位变化

图8 东部区域水位变化速率

图9 西部区域水位变化速率

由图4和图5知，地下水位总体呈下降趋势。2002年前地下水位变化幅度较小，仅有两个年度水位回升且回升幅度较小，因此总的下降量较大；2002年后11年间地下水位变化幅度较大，但由于2005年和2010年水位回升幅度较大，因此总的下降量较小。由此可得，近年来奇台绿洲地下水位回升幅度大且下降速度趋于缓和。

由图6～9可知：东部区域和西部区域地下水位都呈现下降趋势。东部区域水位回升年份共3年，且回升幅度较大，下降年份共28年，但下降量较小；西部区域水位回升年份共5年，回升幅度较小，下降年份共25年，下降量较小。由此可得，东部区域水位回升幅度大于西部区域，但西部区域地下水位下降量小于东部区域；西部区域水位回升年份大于东部区域，水位下降年份大于东部区域。

3 地下水分布特征分析

3.1 地下水埋深分布趋势

根据地下水埋深调研资料，选取1983年、1993年、2003年和2013年四个年份作为分析对象，绘制地下水埋深等值线图，如图10～13所示。

由图10～13可知，研究区内随着纬度的增加地下水埋深逐渐变浅，同一条纬度上东部区域地下水埋深略高于西部区域，西北部地下水埋深最浅，东南部和西南部地下水埋深最深为；东部区域地下水埋深变化较均匀，西部区域埋深变化加大；南部两处地下水埋深梯度变化最大，且地下水埋深较大；地下水埋深逐渐加深，东南部1983年和2013年地下水埋深分别为-34 m、-56 m，下降率为64.71%，西北部1983～2013年地下水埋深分别为-4 m、-25 m，下降率为84.00%，即南部地下水埋深下降速度高于北部；对四个年份地下水埋深等值线分布图进行对比分析，可知地下水埋深变化逐渐加大；其中西部区域出现多处地下水降落漏斗区，且漏斗区地下水埋深和漏斗面积逐渐变大(图13更加明显)；对图左上部区域进行对比，可知地下水埋深等值线数目逐渐增多，说明地下水埋深梯度逐渐加大。

图10 1983年地下水埋深分布图

图11 1993年地下水埋深分布图

图12 2003年地下水埋深分布图

图13 2013年地下水埋深分布图

3.2 地下水位分布趋势

根据地下水位资料，选取1983年、1993年、2003年和2013年绘制了地下水位分布图，如图14、图15、图16和图17所示。

图14 1983年地下水位分布图

图15 1993年地下水位分布图

由图14～17可知，地下水位逐渐降低，且水力梯度呈现增加趋势；东南部地下水位最高，西北部地下水位最低，这是造成地下水由东南向西北流动的重要原因。地下水位自东南至西北呈现逐渐下降趋势，南部局部区域地下水位呈现“悬崖式”下降，主要由于南部局部地形变化较大所致，在2013年尤为突出。

3.3 地下水流向分布特征

根据地下水位分布绘制了地下水流向分布特征，见图18。由图可知，地下水总体由低纬度向高纬度流动，西部地下水呈现出向西北部流动。西部地下水流大小和方向不稳定(箭头大小和方向)，产生此现象的主要原因为西部地形和地下水位分布变化幅度较大；地形的起伏变化，影响地下水位变化，而地下水在重力的作用下，水力梯度随之变化，进而影响地下水流的大小和方向。

图16 2003年地下水位分布图

图17 2013年地下水位分布图

图18 地下水流向分布图

3.4 水位变化原因分析

奇台绿洲研究区地下水位下降的主要原因为农业灌溉及人口快速增长、经济发展对用水量的需求[16]。其次，准东矿区巨厚煤层深部规模开采，对区域地下水位可能产生一定影响。

4 结 语

本文对奇台绿洲研究区历年地下水位监测数据进行了趋势分析，结果表明，奇台绿洲地下水位总体呈现下降趋势，研究区西部区域水位下降速度大于东部；研究区地下水力梯度随时间不断加大；研究区西部区域新形成了多处地下水降落漏斗，且漏斗深度和范围不断加大；研究区东南部地下水位最高，西北部最低；地下水总体呈现出由南向北流动；农业灌溉用水是造成地下水位下降的主要因素。奇台绿洲北邻准东矿区，该矿区深部巨厚煤层规模化开采对绿洲生态环境赖以生存的区域水系分布将产生重要影响，需要后续系统研究。

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Analysis of the change of ground water level in Qitai oasis nearby eastern Junggar coalfield

LI Gensheng1,2, ZENG Qiang1,2, DONG Jingxuan1,2, ZHAO Longhui1,2

(1.School of Resources & Environmental Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;2. Institute for Arid Ecology & Environment, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

According to the observing data of ground water level in the area of Qitai oasis nearby the eastern Junggar coalfield from 1983 to 2013, the change trend of the water level was analyzed by the use of the Surfer software. Results show that the average level of ground water in this area decreases with a speed of 0.51 meters per year, and the decreasing rates in west section and east section are different with the values of 0.65 meters per year and 0.37 meters per year respectively in past decades. In west section, the declining of the ground water level formed lots of depression cones and shows a continuous expanding area. The ground water level in south-east area is higher than that of north-west area. Generally, the ground water flows from the south part to the north part in this area. The distribution of the ground water level coincides with the terrains of this area with the same fluctuation. The ground water level also shows a trend of declining from the south part to the north part in this area. Agriculture water injection is the main reason for the change of ground water level in past decades.

eastern Junggar coalfield; Qitai oasis; coal mining; ground water level

2016-11-27

国家自然科学基金项目资助(编号：51374182)

李根生(1992-)，男，硕士研究生，主要从事煤炭开采环境影响的研究。

曾强(1969-)，博士，教授级高工，E-mail:mkszq@263.net。

P641

A

1004-4051(2017)05-0148-06