新疆伊犁河谷地下水系统划分及特征研究

邵杰 李瑛 董美玲 冯俊岭

摘要 地下水系统划分是正确评价和合理开发利用地下水资源的基础，也是区域地下水规划的重要依据。以地下水系统理论为指导，以伊犁河谷地下水系统为研究对象，在全面分析研究区地形地貌、地质、水文地质条件基础上，依据地下水系统划分原则，将伊犁河谷地下水系统划分为2个一级地下水系统，7个二级地下水系统，并对一级、二级地下水系统特征进行了初步总结。通过对研究区地下水系统划分，为伊犁河谷地下水资源规划提供了科学评价和理论依据，对我国西北干旱-半干旱地区地下水系统研究具有实际参考价值和借鉴意义。

关键词 地下水系统;伊犁河谷;系统划分;地下水资源

中图分类号 P641.2文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）22-0043-04

Abstract Groundwater system study is an important base to assess regional groundwater resources and to set up the rational groundwater development patterns.Based on the topography and geomorphology，regional geological conditions and hydrogeology conditions of the Yili River Valley，the groundwater system in the Yili River Valley was divided in taking the systematic theoretical analysis of groundwater.According to the principles of groundwater system division，the groundwater system can be divided into two the first grade and seven second grade groundwater system，and the characteristics of the first and second groundwater system are summarized.The division of groundwater system has important theoretical and practical significance for groundwater resources of Yili River Valley，and the research has the practical reference value and referentical significance in the arid and semiarid area of Northwest China.

Key words Groundwater system;Yili River Valley;System divisions;Groundwater resources

地下水系統是水文地质学研究热点与重要研究方向之一[1-2]，国际水文界于20世纪80年代初提出了“地下水系统”概念，这一概念和理论的提出不仅是系统思想与方法渗入水文地质领域的结果，也是水文地质学发展的必然产物[3]。在中华人民共和国国家标准《水文地质术语》（GB/T 14157—93）[4]中规定：“地下水系统（groundwater system）是具有水量、水质输入、运移和输出的地下水基本单元及其组合。”地下水理论是以系统科学的观点和方法，将水文地质学研究的地下水水圈看作一个等级从属关系的许多单元组成的复杂的动力系统[5-7]。我国最早从事地下水系统研究工作的陈梦熊院士对地下水系统概念进行了全面的概括和总结，并将地下水系统的基本概念归纳为：地下水系统是由若干具有一定独立性又互相关联、互相影响的不同等级的亚系统或次系统所组成;地下水系统是水文系统的一个组成部分，与大气降水和地表水系统存在密切联系，互相转化;地下水系统都具有各自的特征与演变规律，包括各自的含水层系统、水循环系统、水动力系统及水化学系统。著名水文地质学家王大纯教授认为，地下水系统应包括地下水含水系统与地下水流动系统[8]。正确认识和合理划分地下水系统是勘查与评价区域地下水资源的理论基础，也是区域地下水资源开发与规划的重要依据[9-10]。

伊犁河谷地处我国西北边陲，西与哈萨克斯坦接壤，是国家实施“一带一路”经济战略上的一个重要支点[11]。由于以往在该地区开展的水文地质工作程度有限，导致对该区域地下水系统认识程度较低。笔者以野外水文地质调查为基础，结合研究区以往资料，对伊犁河谷地下水系统进行划分并对其特征进行分析，为正确评价伊犁河谷地下水资源以及科学开发利用地下水资源提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理条件 伊犁河谷地处我国新疆天山山脉西段，区内地形地貌形态较复杂，总体呈“三山夹两谷地一盆地”的格局，呈三角形，东部顶点为特克斯河与巩乃斯河交汇处，西部底边朝向中哈边界，东高西低，地势由东向西倾斜，东西长170 km。伊犁河谷北部自西向东分布着NW—SE走向的科古琴山、博罗科努山和依连哈比尔尕山等北天山支脉。依连哈比尔尕山平均海拔高度在3 600 m以上，最高峰海拔5 500 m，博罗科努山海拔4 000～4 500 m。南部自西向东分布着NEE—SWW走向的哈尔克他乌山、那拉提山等南天山支脉，平均海拔高度3 500～4 000 m，昭苏西南的汗腾格里山最高海拔在6 000 m以上。伊犁水资源丰富，是新疆荒漠干旱区的一块“湿岛”。区内主要有伊犁河及其三大支流特克斯河、巩乃斯河、喀什河。

1.2 区域地质条件 区内地质构造比较复杂。构造形成始于震旦纪之前的吕梁期，经加里东期，尤其是华里西期表现更趋强烈，基本形成了区内构造的骨架。又经后期的燕山运动和喜马拉雅运动，便形成了目前的构造形态。伊犁河谷大地构造位于天山—兴安地槽褶皱区西南天山褶皱系西天山优地槽褶皱带。伊犁河谷地出露的地层包括元古界长城系特克斯群、长城系—青白口系和蓟县系—青白口系;古生界奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系;中生界三叠系、侏罗系及新生界第三系、第四系。研究区中低山区、低山丘陵区黄土较发育。在垂直方向上，黄土分布范围上限至林带，海拔高度2 000～2 200 m，下限与河谷平原相接，最低海拔高度600～700 m。区内第四纪地层相当发育，包括各个不同时期的多种成因类型的堆积物。主要分布于伊犁—巩乃斯谷地、喀什河谷地、昭苏—特克斯谷地中。出露地层有下更新统山麓堆积，中更新统冰碛层和冰水堆积层，上更新统冰碛、冰水堆积、风积、洪积、冲积，上更新统至全新统的冲积洪积，全新统的冰碛、冰水沉积、冲积、洪积及沼泽沉积等。第四纪沉积物的结构，一般在谷地和盆地两侧的山前和各大河流的上游均为单一的卵砾石层，山前洪积扇中部以下和各大河流中、游逐渐变为砂砾石、亚砂土、亚黏土、黏土等互层的多层结构。在伊犁—巩乃斯谷地中，第四纪沉积物厚度，伊犁河下段伊宁市以西大于350 m，上段巩留县附近大于488 m，巩乃斯谷地东部（新源县以东）大于800 m。

1.3 区域水文地质条件 伊犁河谷呈典型喇叭状，西端开口处宽约90 km，沿伊犁河和巩乃斯河向SEE延伸到工作区东部合拢，为一断陷谷地，第四系厚度由东向西增大，最厚可达近1 000 m，地层结构多次由单层到多层交替，岩层颗粒也多次由粗到细变化。在野果林改良场以北，卵砾石层厚约800 m，往西到阿勒玛勒一带，颗粒变细，层次增多，变为多层结构;再往西到新源县附近，因恰普河从南面汇入，形成新源洪积扇，改变了原有地层结构。在洪积扇的中部，为单一砂砾石层，厚约420 m。冲洪积扇前缘地带为多层结构。新源县以西至肖尔布拉克和公安农场一带，为恰普河和特克斯河两个冲洪积扇的扇间地带，颗粒变细、层次增多，再次出现多层结构。到特克斯河出山口处，又形成规模更大、影响范围更广的冲洪积扇，单一卵砾石层厚度可达600 m。再往西到73团7连一带，又变为多层结构。到雅马渡附近为一新构造隆起，砂砾石变薄，19号孔揭露仅13.5 m。往西又逐渐增厚。到伊宁市以西的广大平原区，出南北山前为单一砂砾石层外，伊犁河两侧皆为细颗粒的多层结构。据研究区地下水位统测数据知，在山前冲洪积扇区，地下水埋藏深度大于100 m，在河流冲洪积扇的河谷区两侧，地下水埋藏大多在0～15 m范围内。研究区北部及南部的山区是地下水主要补给区，山前冲洪积或冰水沉积倾斜平原是主要径流区，而盆地或谷地中部平原区则是主要排泄区。在谷地两侧虽有南北向径流，但整个谷地的地下水总流向是由东向西，大体与巩乃斯河及伊犁河的流向相一致[12-16]，伊犁河谷水文地质情况见图1。

2 伊犁河谷地下水系统划分

2.1 地下水系统划分的原则及依据 地下水划分原则主要遵循整体性原则、等级结构型原则及系统划分和地下水资源评价与开发相结合的原则[17]。以自然状态不同级别地下水流系统为首要依据，以含水层系统为判断水力联系和流动系统内部结构的重要基础。只有在进行地下水系统管理模型研究时，在地下水自然系统的基础上考虑人类活动的影响。

在地下水系统划分时，首先划分含水层系统，将含水介质基本相同，具有固定边界所圈闭的含水岩系划分为同一个含水系统，根据含水介质结构、岩相古地理条件及空间分布进一步划分为次级含水系统。然后，在同一含水系统内，将具有统一水力联系的连续水流划分为地下水流系统，同一地下水流系统内，根据其内部水循环特征的差异、水力性质及循环方式和水均衡要素的不同，可进一步划分为若干个次级地下水流动系统[18]。

2.2 地下水系统分区结果 以地下水系统理论为基础，依据各个不同水文地质单元的特征、地下水的赋存条件和分布规律。初步划分为伊犁河谷谷地地下水系统和伊犁河谷基岩山区地下水系统2个一级地下水系统，在此基础上进一步将伊犁河谷谷地地下水系统划分为喀什河谷地地下水系统等3个二级地下水系统，将伊犁河谷基岩山区地下水系统划分为科古琴山—婆罗科努山—依连哈比尕山地下水系统等4个二级地下水系统。研究区地下水系统分区见图2。

2.3 地下水系统分区及其特征

2.3.1 伊犁河谷谷地地下水系统（Ⅰ）。伊犁河谷谷地主要受伊犁河以及及其三大支流特克斯河、巩乃斯河、喀什河冲积而成，为地下水的主要径流与排泄区，主要包括伊犁—巩乃斯谷地、喀什谷地及昭苏—特克斯谷地。伊犁河谷谷地地下水系统是研究区最为重要的地下水系统，该系统涵盖研究区整个平原河谷区，具有地下水资源丰富，水位埋藏浅、水质优良，易于取用等特点，是当地居民饮用、工业及农业等主要用水来源。

（1）喀什河谷地地下水系统（Ⅰ1）。位于婆罗科努山和阿吾拉勒山之间，为一新生带断陷盆地。北侧赋存基岩基岩裂隙水、碎屑岩裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水;中部为新生代陆相堆积物;从新生代开始，沉积中心多次向西迁移，沉积厚度由东向西逐渐增大，喀什河流域的第四纪堆积物是谷地中松散岩类孔隙潜水的主要分布区，局部分布承压水。喀什河谷地地下水主要接受降水、地表水渗入和基岩裂隙水侧向补给，径流途径较短。

（2）伊犁—巩乃斯河谷地地下水系统（Ⅰ2）。位于研究区中部，呈NWW向横贯全区，为典型的喇叭状，西端开口处宽超过90 km，沿伊犁河和巩乃斯河向SEE延伸，至东部合拢。为一断陷谷地，第四系厚度由东向西增大，最厚可达近千米，地层结构多次由单层到多层交替，巖层颗粒也多次由粗到细变化，地下水主要以松散岩类孔隙潜水和承压水为主。此外，在谷地南北两侧的山前地带还分布有第三系砂砾岩裂隙孔隙水，凤成黄土中水量较贫乏的潜水以及透水性差或透水不含水的冰水堆积。