乌鲁木齐县东诸小沟流域山前平原带水文地质条件分析

袁丽发，谢 宁，徐海龙

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

乌鲁木齐县以东诸小沟位于乌鲁木齐市区南约45 km的天山北麓，行政区隶属于乌鲁木齐县水西沟镇，是乌鲁木齐市城区的重要水源地上游。为对乌鲁木齐上游地区及附近的小河流域地下水资源进行统筹规划，对区域内的各水系在流域开发、利用、保护水资源，以实现乌鲁木齐上游水资源可持续利用和水生态系统、湿地生态系统的良性循环。因此，本文以乌鲁木齐县以东诸小沟流域山前平原带作为研究对象，在对研究区自然地理和地质条件分析的基础上，并结合相关研究成果[1-5]，对研究区水文地质条件进行了分析和研究。研究成果可为研究区地下水资源的开发利用与保护提供科学依据。

1 研究区自然地理分析

1.1 地理位置

研究区处于乌鲁木齐河流域山前冲洪积平原，行政区隶属于乌鲁木齐县，位于乌鲁木齐市以南约30 km。由西向东主要包含庙尔沟、羊圈沟、大东沟和半截沟，为洪积倾斜平原，东部是小东沟、南部为山区、西部为板房沟、北部为乌拉泊洼地。研究区南北向公路有S116线、S103线、X024线，向北可达乌鲁木齐市，东西向公路有X031。乡镇、各村庄之间简易公路四通八达，交通便利。

1.2 气象水文

1.2.1 气象

研究区地处天山北麓中段，准噶尔盆地南缘欧亚大陆腹地，远离海洋，气候干燥，气温年差较大，属典型大陆性气候区。夏季酷热一般干旱少雨，并经常有大风，日变化剧烈；冬季严寒，根据乌鲁木齐县多年气象观测，区内多年平均气温6.02，低温天气出现在12、1、2月，最低气温可达-34.9℃；高温天气出现在6、7、8月，最高气温可达37.5℃；气温日变化显著，日较差可达13℃。最大冻土深度1.55 m。区内多年平均降水量为61.9 mm，个别年份降水更少，如1985年降水量仅24.7 mm。降水多集中在6、7、8三个月内，约占全年降水量的66.1%。区内多年平均蒸发量为3 130.7 mm，每年5、6、7、8四个月份的蒸发量约占全年的61.3%。蒸发与气温成正比关系，蒸发量高值出现在每年的7月，低值出现在每年的12月或1月。

1.2.2 水文

研究区所在区域内的河流均系内陆河，所有河流均发源于山区，从源头到尾经历径流形成区和径流散失区两个区即山区、平原地貌单元。径流形成区占有整个山区部分，其主要特点是地势高寒，降水较多，河川径流量随集水面积的增加而增大，出山口达最高值：径流散失区大致占有平原部分具有与径流形成区截然不同的特点，河川径流随集水面积的增加而减少，最终消失在平原区中。

研究区主要包括5条河流，分别为小东沟、庙儿沟、羊圈沟、半截沟、大东沟，其中庙尔沟与大东沟，径流量较大，其余各沟无地表水径流。庙儿沟位于乌鲁木齐县水西沟乡境内，距乌鲁木齐市正南4 km处，平均海拔1 860 m，属于发源于前山带的常年性河流。庙尔沟集水面积16 km2，多年平均年径流量为255万 m3。大东沟位于乌鲁木齐县境内的南山地带，属于发源于天山北麓的季节性河流，大东沟源头高程2 972 m，全长94 km，集水面积6 km2，多年平均年径流量为159万 m3。

2 研究区地质条件分析

2.1 地形地貌

研究区主要地貌为山前倾斜砾质平原，地形平坦地势开阔，整个地势南高、北低，坡降12‰～15‰。研究区南部山区发育有多条冲沟，流出沟口后，形成冲洪积扇群。板房沟河河道南北向延伸，河道切割深度在6 m左右，平均宽度为30 m左右，平均海拔为1 500 m，地形坡降在4%～8%。

2.2 地质概况

2.2.1 研究区地层

研究区内主要出露地层为第四系上更新统冲洪积层，南部山区出露石炭系中统凝灰岩。

全新统冲洪积层：分布于沟(河)道内，沿沟(河)径流方向呈带状分布，岩性由灰及深灰色卵石、砾石组成，结构松散，卵石、砾石的分选性和磨圆度较差。

上更新统洪积层、中更新统洪积层：广泛分布在研究区内，为冲洪积层，岩性由灰及深灰色卵石、砾石组成，结构松散，卵石、砾石的分选性和磨圆度较差。

下更新统冰水沉积层：分布于山前地带，研究区分布面积不大，为冰水沉积层，岩性多带有棱角状、次棱角状和次圆状，岩性成分以凝灰岩、细砂岩为主。

石炭系中统凝灰岩：主要出露于研究区南部山区，上部岩性为夹砂岩的凝灰岩碎屑岩，中下部为安山岩及层状凝灰岩夹石灰岩透镜体。

2.2.2 研究区地质构造

研究区所处大地构造位置隶属天山—兴安褶皱区(一级)，准噶尔—北天山褶皱系(亚一级)北天山优地槽褶皱带(二级)。研究区属于北天山褶皱系中的依连哈比尔复向斜，该区经历了加里东构造期、华力西构造期、燕山构造期和喜马拉雅构造期，发生了强烈的区域性升降运动。区域内起控水作用的主要构造为南山山前隐伏断裂，分布于研究区南部，为基岩山区与第四系松散堆积物的分界线，断层两侧地貌、地层岩性差异明显，上升盘的沟谷内第四系覆盖厚度较薄，下降盘内第四系厚度可达数百米。

3 研究区水文地质条件分析

3.1 地下水类型及其地下水含水层特征

地下水的赋存与分布受流域气象、水文、地貌、地质、地质构造等水文地质条件控制。山前由北向南呈现阶梯式沉降，覆盖层厚度北部厚，南部薄，形态为阶梯型下降的大洼地。沉积物颗粒由粗变细，岩性结构由单一卵砾石、向砂砾石层过渡，沉积物厚度由薄到厚。根据物探解译成果，出山口至限采区南部界限之间，第四系地层沉积厚度600～800 m，地层岩性为单一卵砾石、砂砾石、砂层，结构松散，颗粒粗大，孔隙发育，透水能力强，是良好的储水介质和储水空间，最大沉积厚度在研究区附近。该区主要接受板房沟河、羊圈沟等南部河流渗漏和山前暴雨洪水入渗补给，形成了单一结构松散岩类孔隙潜水。

研究区内位于山前地带，地下水类型仅为单一结构孔隙潜水，含水层岩性主要为砂砾石、卵砾石、砂，含水层厚度由南向北呈南部薄，中间厚，含水层厚度>200 m，地下水埋深由北向南逐渐变浅，由于断裂的影响形成了跌水构造，跌水位于出山口至空九军基地之间。根据赋存条件和水力特征，调查内地下水可分仅有单一结构松散岩类孔隙潜水一种类型。松散岩类孔隙水富水性等级划分以换算单井涌水量为标准，当口径小于12吋(Ф325 mm)时，按12吋口径，5 m降深换算单井涌水量；当口径大于12吋时，按实际口径，5 m降深换算单井涌水量。单一结构松散岩类孔隙潜水,根据本次的抽水试验成果。研究区内地下水含水层富水性为水量中等(换算单井涌水量1 000～3 000 m3/d)。

根据研究区内钻孔揭露，山前含水层岩性以卵砾石为主，结构松散，多以粉砂充填。卵石粒径多在5～13 cm。潜水埋深276.30 m；换算涌水量为1 039.81 m3/d，渗透系数为9.83 m/d，矿化度0.26 g/L，属HCO3·SO4-Mg·Ca型水。

3.2 研究区地下水补给、径流、排泄条件

研究区地下水补给、径流、排泄严格受地形地貌、水文和人类活动等因素的影响和制约，其中地形地貌决定了地下水的径流条件，水文因素决定了地下水补给和径流条件。

3.2.1 补给条件

(1)河流入渗补给：根据《乌鲁木齐县水资源利用规划报告》可知，庙尔沟至羊圈沟河流出出山口后，一部分河水被引入渠道用于农业灌溉，其余的地表水渗入到山前砾质平原内，山沟小型河流渗漏率一般50%以上。因此河水入渗补给为研究区地下水的主要补给来源。

(2)渠系渗漏补给：研究区饮水渠道较少，干渠主要为板房沟干渠，大部分防渗。防渗率达到了96.55%。地表渠系渗漏对地下水的补给量较之前人研究已明显减少，但对研究区地下水仍具有一定的补给意义。

(3)田间灌溉入渗补给：农业灌溉主要通过机井灌溉和各级渠系引地表水灌溉，现状大规模的农业活动导致田间灌溉量剧增，从而田间入渗量大幅增加，田间灌溉入渗补给已成为研究区地下水的重要补给来源。

(4)山前暴雨洪流入渗补给：研究区南部山前冲洪积砾质平原随着海拔高程的增加，降雨大于洪积平原中下部。山前平原发育较多的冲沟，降雨形成的暴雨洪流顺沟流入本区下渗对地下水也具有一定的补给意义。

综上所述，研究区地下水主要接受河流入渗补给、渠系渗漏补给、田间灌溉入渗补给，山前的暴雨洪流入渗补给。

3.2.2 径流条件

研究区内地下水总体流向与河流走向及地形坡向基本一致，呈S-SE向，水力坡度为11.56‰～16.7‰。在局部地带受地表水体和河道洼地、的影响，径流方向稍有变化，水力坡度向下游逐渐变小。整个研究区地下水径流基本上以板房沟河为轴线顺河向下游缓慢水平运移，通过东北部侧向流出区外。

3.2.3 排泄条件

研究区南部主要为地下水补给区及径流区，研究区地下水主要通过侧向径流和零星人工开采地下水进行排泄。

(1)侧向径流排泄：研究区地下水通过侧向径流流出区外也是地下水排泄方式之一。板房沟河下游以垂直于地下水流向为流出断面，含水层岩性以卵砾石、中粗砂为主，透水较好，水力坡度为11.56‰～16.7‰，含水层渗透系数9.83 m/d，地下水主流线主要以板房沟河为轴线向下游运动。

(2)人工开采：研究区内现状下拥有机井约30眼，一年的取水量为233.8万 m3。相对于补给量而言，地下水的人工开采仅占很少一部分。

3.3 地下水化学特征

根据收集报告水样采集测试结论和地下水采样检测成果，研究区域地下水水化学类型为HCO3·SO4-Mg·Ca型，矿化度0.26 g/L，地下水质相对较好。

3.4 地下水动态特征

3.4.1 年内动态

研究区主要分布在山前的洪积扇群上，处于地下水的径流区，地下水动态类型为径流型。地下水径流条件好，水位埋深大于5 m不受地面蒸发的影响，地下水埋深变化平缓，年变幅很小。

3.4.2 多年动态

根据《乌鲁木齐水资源公报》资料，依据地质环境监测技术工作细则，按照地下水水位升降速率划分地下水水位多年动态类型，项目取水区位于乌鲁木齐地下水动态监测区的基本稳定区(-0.5 m～0.5 m/a)。地下水多年动态主要受自然因素、水文因素和人为因素影响，由于该区域地表水系较为发达，地下水用水量较小，多年动态基本稳定，相邻年份年均水位变幅不大，多年水位升降速率(-0.5 m～0.5 m/a)，为基本稳定型。

4 结语

(1)乌鲁木齐县东诸小沟山前带为典型的内陆干旱山前带，水文地质条件具有内陆干旱盆地山前带的一般规律，在山前倾斜砾质平原区为单一结构的第四系松散岩类孔隙潜水分布区。

(2)乌鲁木齐县东诸小沟山前带潜水主要接受南部诸小沟河流入渗补给、渠系渗漏补给、田间灌溉入渗补给，山前的暴雨洪流入渗补给。径流总体方向由南向北，排泄以侧向径流、机井开采等方式排泄。山前水化学类型以HCO3·SO4-Mg·Ca型为主。

(3)乌鲁木齐县东诸小沟山前带内现状下有机井约30眼。相对于补给量而言，地下水的人工开采仅占很少一部分，但研究区位于乌鲁木齐市城区的重要水源地上游，因此研究区的地下水的开发利用需要进行更深入供需平衡分析。