新疆温宿县台兰河流域地下水循环规律及水资源评价

新疆温宿县台兰河流域地下水循环规律及水资源评价

台兰河流域位于新疆阿克苏地区温宿区。该地区幅员辽阔，水和光资源丰富，经济潜力巨大。台兰河灌区位于流域的底部，是前克苏地区的五个灌溉。但由于区内地表水时空分配不平衡,水利基础设施较为薄弱,无良好的修建山区控制性地表水库的地质条件,故致灌区春旱严重、夏洪成灾,尤其土壤次生盐渍化现象更为突出,严重影响着当地经济的发展和人民生活水平提高。本文对山前盆地各含水系统的基本特征和区域地下水循环规律进行了系统地分析研究,评价了地下水资源及开发潜力,提出利用地下水库的调节作用、对地表水采取滞洪削峰措施,即最大限度地合理利用地表水与地下水资源,从而达到人水和谐的目的。1台兰河前置断裂带台兰河流域属天山古生代褶皱带与塔里木地台两大构造单元结合部位,相对稳定的地台与剧烈上升的天山活动带之间形成了极不均势的相对运动,产生了断裂F1、F2、F3及F4隐伏断裂,形成了五大地貌单元,即两山及三大储水构造(天山、古木别孜山、塔克拉克储水构造、台兰河冲洪积扇储水构造与台兰河冲积平原储水构造);在上述两大构造单元边缘地带产生了断裂F2(分界断层)与断裂F1,形成山前条形凹陷储水构造(塔克拉克凹陷洼地),此储水构造东西长50km,南北宽10～15km;F1上盘隆起形成古木别孜背斜,该背斜东西长50km,南北宽2～4km;F1与F4隐伏断层之间形成冲洪积扇储水构造,东西长50km,南北宽20～25km;F4隐伏断裂以南平原区储水构造,东西长约60km,南北宽35km左右;台兰河山前断裂构造分布参见图1。随着喜马拉雅运动,帕尔勒克库尔干F2断裂,北盘不断抬高,南盘不断下沉,断距大于300m;温宿F1断裂,北盘古木别孜背斜不断抬升,南盘不断下降,断距大于100m;沙井子隐伏F4断层,北盘下降、南盘上升,断距10～20m;天山褶皱山系剧烈上升,不断以剥蚀作用为主,大量碎屑颗粒源源不断在台兰河河流冲刷作用下被带入盆地,在盆地的塔克拉克山间凹陷和山前冲洪积扇沉积了巨厚的含漂石卵砾石、砂砾石地层。在F4以南由于处于相对抬升地带,第四系沉积物以细颗粒为主,含水层较薄。2中更新统地层特征台兰河流域在第四纪时期,由于受到冰期-间冰期的影响,在垂直方向上,由下向上沉积了下更新统卵砾石层;中更新统、上更新统含漂石卵砾石层与全新统含漂石砂卵砾石层、中粗砂、粉细砂、粉土与粉质粘土等地层。在漫长的地质时期,下更新统地层经过压密、构造、成岩作用,基本上为胶结状态,孔隙不发育,但有架孔结构,形成裂隙水含水层系统;中更新统地层沉积时期比下更新晚,压密、构造、成岩作用较差,孔隙较为发育,以半胶结状态为主,形成裂隙-孔隙含水层系统;上更新统地层沉积时代更晚,沉积物较厚,基本上为松散状态,孔隙发育,形成孔隙含水层系统;全新统地层为近代河床沉积物,厚度薄、结构松散、孔隙发育,形成孔隙含水层系统,台兰河地下水储水构造及水循环参见图2。在水平方向上,第四系上更新统、全新统由山前到平原区,含水系统由山前冲洪积扇单一结构的潜水含水层系统,到冲积平原区形成多层结构的潜水-微承压水含水层系统。2.1层序水层根据钻孔及物探对比资料,下更新统裂隙含水层主要分布于各断陷盆地的底部,沉积厚度100～200m,受构造控制,岩层呈阶地状断落或以地堑相间出现,除北部山区裸露地表外,山麓向南埋藏深度500～100m以下,含水层为网状或脉状。由于地层为各向异性沉积物,故透水性不均匀、水平与垂直渗透系数相差较大,一般大于10倍以上;地下水主要补给为沿断层破碎带顺层以水平径流为主,接受少量的上层含水层补给,以裂隙含水系统为主,富水性贫乏,单井出水量小于500m3/d。2.2地下水补径排特征中更新统裂隙-孔隙含水层主要分布在盆地内下更新统之上,上更新统之下,沉积厚度80～150m。因受构造控制,岩层呈阶地状断落或以地堑相间出现,除北部山前有少量裸露地表外,山麓向南埋藏深度350～95m,含水层以半胶结状态出现,岩性以含漂石砂卵砾石为主;由于受构造运动及沉积环境的影响,以层状裂隙—孔隙含水层为主,但裂隙—孔隙连通性较差;地下水的补给主要为上部地层的渗漏补给,其次为山区侧向补给;中等富水性,单井出水量500～1000m3/d。2.3地下水开矿带。为河道冲洪积扇储水区,利用台兰河下白上更新统孔隙含水层是台兰河流域各储水构造,是地下水的主要贮藏、运移场所,由北向南从单一结构的潜水含水层系统渐变到多层结构的潜水-微承水含水系统。北部塔克拉克储水构造盆地该统沉积物厚度达350m左右,以漂石、砂卵砾石为主,结构松散、分选性与磨圆度较好,孔隙发育,以孔隙含水层为主,主要接受台兰河沿途渗漏及河谷潜流的补给,地下水埋藏深度大于100m,富水性极强,单井出水量大于5000m3/d,地下水矿化度小于1g/L。南部冲洪积扇储水构造,沉积物厚度95～350m,以含漂石砂卵砾石为主,结构松散、分选性及磨圆度较好,孔隙发育,以孔隙含水层为主,主要接受北部盆地的侧向径流、台兰河渗漏水补给,地下水埋藏深度1～100m,具强富水性,单井出水量3000～5000m3/d,地下水矿化度小于1g/L。F4以南冲积平原区,沉积物厚度95～102m,为多层结构的砂砾石、含砾中粗砂、粉细砂、粉土与粉质粘土,主要接受北部盆地地下水的侧向径流补给,其次是灌区渠系渗漏、田间入渗的补给,地下水埋藏深度1～3m,为中等富水性区,单井出水量1000～3000m3/d,潜水矿化度为3～10g/L,深层承压水矿化度小于1g/L。2.4地下水富水性计算全新统孔隙含水层主要分布在台兰河现代河床内,沉积厚度10～30m,主要以卵砾石、砂砾石、中粗砂为主,地下水埋深上游大于20m、中游一般3～20m、下游1～3m,富水性受河床饱和程度的影响,中下游为强富水区。3盆地规模和高程区域地下水循环与转化关系到地下水资源的属性,是地下水资源评价与生态环境保护的基础性问题。台兰河山前盆地地下水的循环与转化受控于地形地貌、地质构造、水文地质系统和古环境的演化等诸多因素,尤其是新生代以来的新构造运动和不均匀的抬升,形成了由北向南的沉降断陷盆地,山地海拔1900～3800m,盆地主体高程为1000～1900m。台兰河进入盆地内高程为1900m左右,流出区内的高程在1000m左右,水位总落差达900m。以上特点总体控制了地下水的循环与转化规律。盆地地下水主要来源于台兰河在冲洪积扇河谷中的渗漏补给,其次是冲积平原区的渠系渗漏、田间入渗的补给,地下水得到补给后沿冲洪积扇及冲积平原区向下游径流,在溢出带以南以泉水、无效蒸发量及向下游塔里木河排泄(以塔里木河为地下水排泄基准面)。由于盆地内第四系各统沉积时代不同,地层结构有所不同,根据地下水的埋藏条件和地下水循环规律在垂直方向上划分为3个循环带;在水平方向上划分为2个循环带。3.1就垂直方向方向而言(1)地下水循环周期主要分布于山前储水构造上部的上更新统、全新统漂石、砂卵砾石、含砾中粗砂及粉细砂地层中;地下水与台兰河地表水、降水联系密切,地下水循环交替速度快,循环深度达到100～200m;地下水矿化度小于1g/L,水化学类型与地表水基本一致,以重碳酸型为主,是目前地下水开发利用的主要含水层。(2)地下水联通部位一般在上述侵蚀基准面以下,主要分布在储水构造盆地的中更新卵砾石、砂砾石层之中,地下水与现代降水、地表水联系较差,主要接受上部含水层中地下水的补给,因地层颗粒之间为半胶结状态,故联通性较差,地下水循环交替速度极为缓慢;地下水矿化度小于1g/L,水化学类型以重碳酸-硫酸型为主,由于富水性较弱,目前尚未开发利用。(3)地下水胶结充填法主要分布在盆地下更新统沉积物中,由于成岩作用较强,呈层状胶结,故以层间水为主,地下水主要来自古封存水及沿断层破碎带的渗入水,基本处于静止状态;地下水矿化度小于1g/L,富水性极其贫乏,目前无开发利用价值。3.2就水平方向而言(1)地形地貌及地下水主要分布于冲洪积扇地带,含水层为单一结构的漂石、卵砾石、砂砾石层,地形坡度大,为20‰～25‰。地下水主要以台兰河地表水垂向下渗漏作用为主,冲洪积扇中上部地下水位埋藏深度大,一般大于5m;扇缘埋藏深度较小,一般大于3m;蒸发作用较弱,地下水主要以侧向径流方式向下游补给。(2)地下水的蒸发作用主要分布在扇缘至下游的冲积平原地带,由于受到F4断层的影响,含水层较薄,且岩性以细颗粒为主、呈多层结构的含水层,地下水埋藏深度一般小于3m,故蒸发作用强烈,土壤次生盐渍化程度较重。台兰河谷在此段地下水补给河水,因此渠系渗漏水及田间入渗水量对开采层含水层无实质性的补给意义,主要在浅层潜水区进行转化,其补给的地下水抬升了潜水地下水位高度,增大了排渠水量,加大了地下水的无效蒸发量及植物的蒸腾量。含水层地下水主要是上游地下水通过含水层向下游补给,形成承压水,向上顶托补给浅层潜水含水层。只有在此区开采地下水,降低地下水位才有可能向下补给地下水量,但补给量非常有限。4地下水资源和开发方法4.1补给量采用水均衡法对台兰河流域地下水资源进行计算评价。地下水补给资源量为5.2125×108m3/a,其中:渠系渗漏量为2.7115×108m3/a,占总补给量的52.02%;河道渗漏量为1.845×108m3/a,占总补给量的35.4%;田间灌溉入渗量为0.5513×108m3/a,占总补给量的10.58%;山前河床潜流量为0.0729×108m3/a,占总补给量的1.4%;降水入渗量为0.0278×108m3/a,占总补给量的0.53%;地下水可开采量约为2.500×108m3/a,目前水源地开采地下水量仅为0.63×108m3/a,故开采潜力较大。4.2地下水开发区段塔克拉克储水构造盆地,地下水量丰富,但地下水位埋藏深度大于100m,远距灌区,提水费用较大,建设成本高。虽然古木别孜隐伏背斜在老龙口有阻水作用,但向东隐伏地下300m左右,与南部储水构造中地下水构成统一的含水系统。建议在新龙口以上选择合适地段修建排洪工程,将洪水导向东南方向古河谷中,沿途修建积水坑、槽,达到“引洪回渗补”调蓄功能,增加地下水的补给量,起到滞洪削峰的作用,充分利用天然地下水库的调节功能,洪蓄旱用。台兰河冲洪积扇储水构造,地下水量丰富,中南部地下水埋藏深度3～50m,是良好的地下水开发地段,但打井提水,成本较高。现西部已建有水源地,为了减少对其影响,充分利用地形坡度大、F4断层隆起及断层上覆细颗粒地层的天然坝址的作用,宜在东南部小阿其克沟地带,修建“横坎儿井”式的大口径+水平辐射井集水系统,根据“自流虹吸”原理,修建地下水引水管道(渠道)进行自流式引水工程。台兰河冲积平原区东南部由于第四系松散沉积物厚度小于75m,含水层岩性多为中粗砂与粉细砂,且含水层薄,富水性较差,故单井出水量小,不具备建地下水库之条件。5利用地下水的条件(1)台兰河山前储水构造是一个大型地下水储存构造盆地,盆地内第四系松散含水层颗粒大、孔隙发育、地下水补给条件好,水交替积极,丰量丰富,水质好,蕴藏着丰富的地下