煤窯溝灌區(qū)地下水化學(xué)特征與地下水動(dòng)態(tài)分析

祖力皮亞·熱西提

（新疆維吾爾自治區(qū)水文局,新疆 烏魯木齊 830000）

煤窯溝灌區(qū)2009 年～2018 年農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活及生態(tài)多年平均用水量分別為31059 萬(wàn)m3、853萬(wàn)m3、1330萬(wàn)m3和813萬(wàn)m3,總用水量為34055萬(wàn)m3。其中地下水（井水、泉水利用、坎兒井利用）多年平均利用量分別為24698萬(wàn)m3、758萬(wàn)m3、1176萬(wàn)m3和630萬(wàn)m3。為了科學(xué)利用地下水資源,需對(duì)灌區(qū)地下水化學(xué)和動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行分析。

1 概況

煤窯溝灌區(qū)是吐魯番市高昌區(qū)最大的一個(gè)灌區(qū),是吐魯番市和高昌區(qū)重要的棉花和葡萄生產(chǎn)基地。煤窯溝灌區(qū)地下水的形成和富集,主要受補(bǔ)給條件和地層巖性特征的控制,局部受構(gòu)造的影響。在山前沖洪積傾斜平原地區(qū),地下水主要由山區(qū)降雨、融雪水及山區(qū)基巖裂隙水側(cè)向徑流流入補(bǔ)給或由山前地表水入滲轉(zhuǎn)化形成。北部的高山區(qū),地下水主要以基巖裂隙水的形式向下運(yùn)移,并對(duì)河水有補(bǔ)給作用。在中山區(qū)段,基巖裂隙水不太發(fā)育,主要靠河水對(duì)其補(bǔ)給。由北向南,出低山區(qū)后河床覆蓋層變厚,在山口下游,其厚度達(dá)數(shù)百米,地表水除蒸發(fā)以外,全部轉(zhuǎn)化成地下水進(jìn)入山前傾斜礫質(zhì)平原中,地下水存在的形式,主要為孔隙潛水,潛水埋深一般大于50 m。在山前沖洪積礫質(zhì)平原中,地下水水質(zhì)較好,水量較豐富。地下水水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Na型,礦化度小于1g/L。

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探,煤窯溝灌區(qū)地下水埋深6 m～10 m、10 m～20 m、20 m～30 m、30 m～50 m和＞50 m的面積分別為8.6 km2、33.4 km2、221.6 km2、297.7 km2和1286.5 km2；依次占平原區(qū)面積的0.5%、1.8%、11.8%、15.9%和68.6%。總體看,高昌區(qū)煤窯溝灌區(qū)南盆地地下水埋深大于20 m,對(duì)區(qū)內(nèi)天然生態(tài)環(huán)境植被存在不利因素。

2 地下水化學(xué)特征

2.1 地下水化學(xué)類(lèi)型

根據(jù)灌區(qū)機(jī)井（井深50 m～190 m）水質(zhì)資料分析可知,煤窯溝灌區(qū)井水pH值為7.2～8.6,為弱堿性水；井水總硬度69.4 mg/L～939 mg/L,屬軟水、微硬水和硬水；井水溶解性總固體為180 mg/L～2440 mg/L,屬淡水（＜1000 mg/L）和微咸水（低礦化水1000 mg/L～3000 mg/L）；井水化學(xué)類(lèi)型（舒卡列夫分類(lèi)）主要以11 -A（HCO3、SO4型）、39-A（SO4、Cl型）為主。地下水化學(xué)類(lèi)型從上游到下游具有由HCO3型HCO+SO4型 HCO+SO4+Cl型SO4型Cl型的演變特征。煤窯溝灌區(qū)灌區(qū)流域以陰離子為HCO3型、HCO+SO4型、 SO4型和Cl型的地下水化學(xué)類(lèi)型的面積分別為27.7 km2、1220.5 km2、86.5 km2、475.7 km2和85.7 km2,分別占煤窯溝灌區(qū)總面積的1.5%、64.4%、4.6%、25.1%和4.5%。

2.2 地下水硫化度特征

由收集的煤窯溝灌區(qū)井水（井深50 m～190 m）水質(zhì)資料得出,灌區(qū)北盆地全區(qū)及南盆地北部及中部區(qū)域,地下水礦化度一般＜1000 mg/L。地下水礦化度1000 mg/L～2000 mg/L分布區(qū)域主要在南盆地上中部；地下水礦化度＞2000 mg/L分布在南盆地最下部,同時(shí)在南盆地的中部也有分布。煤窯溝灌區(qū)流域地下水礦化度分布主要以＜1000 mg/L為主,其次是 1000 mg/L～2000 mg/L 的地下水質(zhì)。煤窯溝灌區(qū)流域地下水礦化度＜1000 mg/L、1000 mg/L～2000 mg/L、2000 mg/L～3000 mg/L的面積分別為1301 km2、480.3 km2和114.7 km2,分別占煤窯溝灌區(qū)總面積的68.6%、25.3%和6.0%。

高昌區(qū)艾丁湖湖積平原區(qū)是流域的最低處,是地表水和地下水的歸縮處,也是鹽分聚積堆積區(qū)。地下水處于停滯狀態(tài),以蒸發(fā)排泄強(qiáng)烈濃縮為主,尤其氯化鈉鹽飽和后析出鹽分聚積,在盆地周?chē)纬蓢?yán)重鹽沼地,水質(zhì)鹽化,一般為CI- SO4-Na型水,向艾丁湖地帶,演變?yōu)镃I-Na型水,礦化度達(dá)50 g/L～350 g/L。

綜上,煤窯溝灌區(qū)地下水化學(xué)成分,主要受徑流條件控制,在含鹽巖層的溶濾以及水與離子交替吸附等綜合作用下,形成以艾丁湖為中心的半環(huán)狀水化學(xué)分帶特征。水平方向從平原低處到北部山區(qū),垂直方向從上到下,地下水礦化度由高變低,水化學(xué)類(lèi)型由氯化物型水-硫酸鹽型水-重碳酸鹽型水的變化特征。

3 地下水動(dòng)態(tài)特征

3.1 地下水埋深變化特征

（1）年內(nèi)地下水埋深變化特征

煤窯溝灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化,在吐魯番山前地帶隨地表徑流量變化而變化。地下水動(dòng)態(tài)變化的主要表現(xiàn),枯水期最低水位出現(xiàn)在冬季凍結(jié)后,隨著春暖解凍融雪,有地表徑流入滲,地下水水位波動(dòng)回升,出現(xiàn)豐水期二次；一次在積雪消融解凍地表水的洪峰期,相對(duì)影響地下水出現(xiàn)豐水洪峰；第二次一般在5月～8月降水多時(shí)段,地下水出現(xiàn)最高豐水期。10月份后,地表徑流量變小,水位逐漸下降。因此,動(dòng)態(tài)類(lèi)型屬水文徑流型。

綠洲區(qū)內(nèi)由于人類(lèi)的活動(dòng),大量開(kāi)采利用地下水,地下水動(dòng)態(tài)主要呈開(kāi)采型特征,地下水位變化大多呈單峰型,一般自4月份水位開(kāi)始下降,最低水位出現(xiàn)在7 月～8 月,隨后水位開(kāi)始緩慢上升,最高地下水位出現(xiàn)在第二年的1 月～3 月,年變幅1.0 m～6.0 m。

（2）年際地下水位變化特征

根據(jù)吐魯番水文局地下水監(jiān)測(cè)資料,繪制煤窯溝灌區(qū)南盆地地下水2009 年～2019 年10 年變化降深,見(jiàn)圖1、圖2。

從圖1、圖2中可以明顯看出,煤窯溝灌區(qū)北西向南東方向地下水埋深多年變化由穩(wěn)定向快速下降狀態(tài)演變。北西即高昌區(qū)敬老院區(qū)域地下水埋深多年變化為基本穩(wěn)定區(qū)（-0.1 m/a～0.1 m/a）；恰特卡勒水管所、火焰山農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)區(qū)域則為中速下降區(qū)域（-0.5 m/a～-1.0 m/a）,再向南東火焰山園藝村、恰特卡勒唐努兒隊(duì)區(qū)域地下水埋深為快速下降區(qū)（＞-1.0 m/a）。

圖1 火焰山園藝村地下水埋深變化及趨勢(shì)圖

圖2 恰特喀勒鄉(xiāng)唐努爾隊(duì)地下水埋深變化及趨勢(shì)圖

統(tǒng)計(jì)煤窯溝灌區(qū)南盆地地下水埋深多年變化速率分區(qū)（表1）可以看出,煤窯溝南盆地面積902.7 km2,其中地下水穩(wěn)定區(qū)（-0.1 m/a～0.1 m/a）面積為51.9 km2,占總面積的5.7%；慢速下降區(qū)（0.1 m/a～0.5 m/a）面積為74.1 km2,占總面積的8.2%；中速下降區(qū)（0.5 m/a～1.0 m/a）面積為221 km2,占總面積的24.5%；快速下降區(qū)（＞1.0 m/a）面積為555.5 km2,占總面積的61.6%；煤窯溝灌區(qū)南盆地地下水埋深主要以快速下降為主。

表1 煤窯溝灌區(qū)南盆地地下水埋深年平均變化速率分區(qū)表 單位：km2

3.2 坎兒井出流變化特征

（1）2009 年以前變化特征

據(jù)2009 年吐魯番市水文局對(duì)區(qū)域坎兒井實(shí)測(cè)資料 （表2）,2003年煤窯溝灌區(qū)坎兒井出流量為1.21億m3；至2009年坎兒井出流量減低到0.50億m3；6年間減少了41.2%,平均每年遞減率為86.3%。說(shuō)明這是由區(qū)域地下水處于嚴(yán)重超采階段所致。煤窯溝灌區(qū)除原種場(chǎng)坎兒井流量相對(duì)穩(wěn)定外,其它區(qū)域坎兒井均處于流量減小趨勢(shì),其中,勝金鄉(xiāng)坎兒井流量遞減量相對(duì)較大。

表2 吐魯番市各鄉(xiāng)坎兒井年出水量對(duì)比表 單位：億m3

（2）評(píng)價(jià)期變化特征

根據(jù)吐魯番水文局坎兒井監(jiān)測(cè)資料, 2009年～2018年煤窯溝灌區(qū)監(jiān)測(cè)坎兒井多年平均月出流量見(jiàn)圖3。煤窯溝灌區(qū)坎兒井年內(nèi)3 月出流量最大為10.22 萬(wàn)m3,之后開(kāi)始下降至8月為最小流量7.31萬(wàn)m3,9月后流量開(kāi)始逐漸回升,至翌年3月達(dá)到最大?？矁壕陜?nèi)流量變幅為2.72 萬(wàn)m3。坎兒井年內(nèi)變化與區(qū)域地下水埋深變化基本相同。

圖3 高昌區(qū)監(jiān)測(cè)坎兒井多年平均徑流量月過(guò)程圖

根據(jù)吐魯番水文局2009年～2018年監(jiān)測(cè)坎兒井資料（圖4）,米依木阿吉坎兒井、吐?tīng)柨矁壕?009 年～2013 年、2014年呈下降趨勢(shì),之后流量開(kāi)始回升且超過(guò)2009年的出流量；巴宗坎兒井出流量相對(duì)較為穩(wěn)定,最低值出現(xiàn)在2012年和2013年。

圖4 高昌區(qū)監(jiān)測(cè)坎兒井年出流量變化特征圖

統(tǒng)計(jì)吐魯番水文局坎兒井監(jiān)測(cè)資料（表 3）,2009年～2018年煤窯溝灌區(qū)流域坎兒井溢出水量為1830 萬(wàn)m3～2724萬(wàn)m3,煤窯溝灌區(qū)流域2009 年～2013 年坎兒井出流量呈下降趨勢(shì),2013 年坎兒井最小出流量1830萬(wàn)m3。之后2014年～2018 年坎兒井出流量則呈連續(xù)弱增加趨勢(shì),但2018年坎兒井出流量1982 萬(wàn)m3仍遠(yuǎn)低于2009 年水量,煤窯溝灌區(qū)坎兒井多年平均出流量為2120萬(wàn)m3。

表3 煤窯溝灌區(qū)流域坎兒井出流量表 單位：萬(wàn)m2

3.3 泉水出流變化特征

(1)年內(nèi)變化特征

據(jù)煤窯溝灌區(qū)監(jiān)測(cè)資料（見(jiàn)圖5）,2016年煤窯溝灌區(qū)流域泉水出流量為1296萬(wàn)m3。灌區(qū)泉水年內(nèi)3月出流量最大為177.32萬(wàn)m3,之后開(kāi)始下降至7、8月兩月為最小流量62.47萬(wàn)m3,9月后流量開(kāi)始緩慢回升。泉水年內(nèi)流量變幅為183 萬(wàn)m3。泉水年內(nèi)變化與區(qū)域地下水埋深變化基本相似。

圖5 煤窯溝灌區(qū)2016年泉水年內(nèi)出流量變化特征圖

根據(jù)吐魯番水文局泉水監(jiān)測(cè)資料（表4）,2009 年～2018年煤窯溝灌區(qū)流域泉水溢出水量為1078萬(wàn)m3～1715萬(wàn)m3,煤窯溝灌區(qū)2009年～2012年泉水出流量呈下降狀態(tài)。煤窯溝灌區(qū)流域泉水多年平均出流量為1385萬(wàn)m3。

表4 煤窯溝灌區(qū)流域泉水出流量表 單位：萬(wàn)m3

4 結(jié)語(yǔ)

地下水在煤窯溝灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用中占很大比重,通過(guò)對(duì)煤窯溝灌區(qū)地下水化學(xué)特征和地下水動(dòng)態(tài)特征分析可知,煤窯溝灌區(qū)流域地下水礦化度分布主要以＜1000 mg/L為主,占灌區(qū)總面積的68.6%。地下水礦化度從平原低處到北部山區(qū)由高變低,水化學(xué)類(lèi)型由氯化物型水-硫酸鹽型水-重碳酸鹽型水的變化特征。地下水位（包括坎兒井、泉水）近年呈下降趨勢(shì),需加強(qiáng)保護(hù)減少開(kāi)采。