臺(tái)蘭河流域水文地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)思路

臺(tái)蘭河流域水文地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)思路

新疆臺(tái)蘭河流域位于阿克斯塔地區(qū)的文宿縣。由于河流表面主要用于彌補(bǔ)冰雪的損失，時(shí)間分配不均，春季干旱嚴(yán)重，夏季洪水發(fā)生。由于山區(qū)工程地質(zhì)條件差,無(wú)良好的修建山區(qū)控制性地表水庫(kù)的地質(zhì)條件。通過(guò)收集前人資料,并對(duì)流域進(jìn)行水文地質(zhì)測(cè)繪、水文地質(zhì)物探、鉆探、試驗(yàn)等工作,查明了臺(tái)蘭河流域地下水儲(chǔ)水構(gòu)造、含水層特征、地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。在沖洪積扇下游一帶提出建設(shè)地下水庫(kù),修建“橫坎兒井”式集水系統(tǒng),利用地形坡度實(shí)現(xiàn)自流引水的新途徑。特別是大口井加輻射井的試驗(yàn)成功,為“橫坎兒井”式集水系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。洪水季節(jié)在引水渠上游采取分洪進(jìn)入地下水庫(kù)上游區(qū)進(jìn)行面流,以加大地表水的入滲量,達(dá)到滯洪削峰增大地下水補(bǔ)給量之目的。1該地區(qū)的水文條件1.1盆地地表、地下水補(bǔ)徑排臺(tái)蘭河流域地處天山南坡,地形北高南低,向東南傾斜。北部山區(qū)一般海拔高程2300～6347m,最高峰是科其喀爾峰,海拔6347m,海拔4000m以上為常年冰雪區(qū),是盆地地表水、地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。從出山口向南,盆地地形北西高、南東低,向東南傾斜。在區(qū)域性古木孜背斜及南部F4隱伏構(gòu)造的作用下,形成了塔克拉克儲(chǔ)水構(gòu)造、沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造與沖積平原儲(chǔ)水構(gòu)造(圖1)。由于古木孜背斜從西向東逐漸向下隱伏及F4隱伏構(gòu)造末影響到地表,因此3個(gè)儲(chǔ)水構(gòu)造地下水是統(tǒng)一的含水系統(tǒng),它們之間地下水是相聯(lián)通的,由北向南徑流轉(zhuǎn)化,最后排泄于盆地最低侵蝕基準(zhǔn)面洼地,以垂向蒸發(fā)排泄消耗。1.2地下水盆地含水層山前盆地豐富的地下水主要儲(chǔ)存在第四紀(jì)上更新世、全新世結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育的砂卵礫石地層中;中更新世砂卵礫石地層因結(jié)構(gòu)呈半膠結(jié)狀態(tài),孔隙欠發(fā)育,故富水性弱;下更新世砂卵礫石地層因膠結(jié)程度好,成巖作用強(qiáng),孔隙不發(fā)育,故富水性貧乏。含水層的總體特征為從北部山前到南部平原區(qū),含水層巖性由粗變細(xì),由卵礫石夾漂石、卵礫石、砂礫石逐漸變?yōu)樯暗[石、砂層;含水層由單一結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu);地下水類(lèi)型由單一結(jié)構(gòu)的潛水含水層過(guò)渡到多層結(jié)構(gòu)的承壓水。該盆地由北向南含水層厚度逐漸變薄,水位埋深逐漸變小,水質(zhì)礦化度逐漸增高:北部塔克拉克儲(chǔ)水構(gòu)造,盆地含水層厚度達(dá)350m左右;中部沖洪積扇儲(chǔ)水構(gòu)造,含水層厚度為95～350m,F4斷層以南沖積平原區(qū),含水層厚度為95～102m。1.3南沿邊地區(qū)的徑流補(bǔ)給盆地地下水主要來(lái)源于臺(tái)蘭河地表水在沖洪積扇河谷中的滲漏及山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給,地下水得到補(bǔ)給后,在由北向南經(jīng)過(guò)塔克拉克儲(chǔ)水洼地、沖洪積扇儲(chǔ)水洼地、沖積平原區(qū)向南徑流過(guò)程中,沿途又接受河水及渠道的滲漏補(bǔ)給;進(jìn)入沖積平原區(qū)又接受渠系及田間水的入滲補(bǔ)給,在溢出帶以南以泉水、潛水蒸發(fā)及人工開(kāi)采形式排泄,最終排泄于下游侵蝕基準(zhǔn)面洼地。1.4地下水水位變幅不根據(jù)臺(tái)蘭河流域地下水長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)資料分析,地下水位年變幅一般小于1.5m,地下水水位變幅不大。臺(tái)蘭河洪水期在每年6—8月,而地下水位回升始于7月,滯后地表水洪水期1個(gè)月左右。由于冬季蒸發(fā)量大大降低,農(nóng)業(yè)灌溉不用地表水、地下水,因而高水位出現(xiàn)在每年1—3月,低水位出現(xiàn)在每年5月。2草地資源現(xiàn)狀根據(jù)臺(tái)蘭河流域地下水資源評(píng)價(jià)資料,地下水補(bǔ)給資源量為5.2125億m3/a,地下水可開(kāi)采量為2.5億m3/a?，F(xiàn)臺(tái)蘭河灌區(qū)已建成扎木臺(tái)水源地和阿庫(kù)木水源地,其中扎木臺(tái)水源地有機(jī)井70眼,年開(kāi)采量約0.33億m3;阿庫(kù)木水源地有機(jī)井54眼,年開(kāi)采量0.37億m3左右;溫宿縣工業(yè)園區(qū)水源地目前已完成機(jī)井4眼,年開(kāi)采量0.02億m3;3個(gè)水源地年開(kāi)采總量為0.72億m3,占可采量的28.8%,故開(kāi)采潛力較大。3地下水開(kāi)發(fā)方式的確定臺(tái)蘭河流域雖然沒(méi)有合適的修建地表水庫(kù)的工程地質(zhì)條件,但從地表水、地下水相互轉(zhuǎn)化、相互依存、不可分割的水文地質(zhì)條件分析,作為流域水資源開(kāi)發(fā)利用,不能只考慮地表工程,而忽視地下水的功能和作用。要把流域地表水、地下水作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行考慮,以科學(xué)的發(fā)展觀(guān)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析研究,提出符合本流域特點(diǎn)的開(kāi)發(fā)利用方案,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益最大化原則。根據(jù)對(duì)臺(tái)蘭河山前地質(zhì)構(gòu)造、含水層分布特點(diǎn)、地下水的轉(zhuǎn)化運(yùn)移規(guī)律的分析,盡管其區(qū)域性構(gòu)造條件可分為3個(gè)不同儲(chǔ)水構(gòu)造單元,但其構(gòu)造特點(diǎn)又使其緊密相連,雖地下含水系統(tǒng)從巖性、含水類(lèi)型有所區(qū)別,但地下水補(bǔ)給均為臺(tái)蘭河地表水滲漏的轉(zhuǎn)化補(bǔ)給,因此在地下水開(kāi)發(fā)中應(yīng)將3個(gè)儲(chǔ)水構(gòu)造統(tǒng)一考慮、綜合開(kāi)發(fā)。臺(tái)蘭河流域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育,古木孜背斜隆起,一方面將臺(tái)蘭河沖洪積扇分為南北2個(gè)儲(chǔ)水構(gòu)造,另一方面使臺(tái)蘭河河床由西向東改道,河床由原經(jīng)沖洪積扇軸部由北向南,逐漸向東改道。臺(tái)蘭河現(xiàn)代河床沿洪積扇東南邊緣在沖積平原區(qū)經(jīng)小阿吉溝、大阿吉溝在下游匯合后向南徑流。由于河床的改道,地下水埋藏深度也發(fā)生變化,地下水溢出帶主要分布在大、小阿吉溝一帶,洪水季節(jié)有洪流經(jīng)過(guò),其他季節(jié)以泉水形式形成地表水流。目前地下水開(kāi)發(fā)工程主要位于沖洪積扇軸部下游一帶,已建有2個(gè)農(nóng)用地下水源地,年開(kāi)采地下水量0.70億m3。在不影響已有水源地開(kāi)采條件前提下,對(duì)臺(tái)蘭河流域進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)利用,達(dá)到治理夏澇、解決春旱的目的,以滿(mǎn)足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高,使本區(qū)生態(tài)環(huán)境向良性循環(huán)方向發(fā)展。根據(jù)臺(tái)蘭河山前盆地地質(zhì)構(gòu)造及各洼地地下水儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、運(yùn)移特征,決定在新龍口上游進(jìn)行分洪工程建設(shè),將部分洪水分流到左岸故河道中,以增大地表水滲漏量,削減原河道的洪水量。在下游沖洪積扇前緣大、小阿吉溝谷中進(jìn)行“橫坎兒井”式地下水開(kāi)發(fā)示范工程建設(shè),采取高水高用,低水低用方案,以解決春季缺水問(wèn)題。根據(jù)地形坡度大的條件,取水工程采用“橫坎兒井”式的大口徑井加水平輻射井集水系統(tǒng),即垂直地下水流向布設(shè)大口徑井輻射井,井井相連。采用“自流虹吸”原理,用管道將地下水引到下游1.45km外的地表,控制出水管口高程以下灌溉面積。在管道進(jìn)口位置安裝閘門(mén),進(jìn)行流量控制,這是對(duì)坎兒井水量無(wú)法控制的改進(jìn),可節(jié)約水資源。4零號(hào)大口徑輻射井地下水開(kāi)、排放系統(tǒng)前施工工藝示范工程在小阿吉溝垂直地下水流向布置3眼大口徑輻射井,各井距為250m左右,井徑3.5m,井深30m,水平輻射井每井3層,每層8～10個(gè)輻射井,采用裸孔鋼管,管徑159mm,壁厚10mm單根一般長(zhǎng)10～15m,最長(zhǎng)達(dá)24m。大口徑輻射井的施工成功,標(biāo)志著水源地取水示范工程是可行的。單井3個(gè)落程抽水試驗(yàn)資料:第1個(gè)落程:降深6.55m,單井出水量833.5m3/h;第2個(gè)落程,降深11.86m,單井出水量1265.5m3/h;第3個(gè)落程,降深16.38m,單井出水量1467m3/h。在零號(hào)大口徑輻射集水井下游修建引水管道進(jìn)行自流式引水工程取得明顯效果,管道前端最大開(kāi)挖深度約5m,后端與地面高程一致。采用直徑1.2m預(yù)制混凝土管,單管長(zhǎng)1m,經(jīng)長(zhǎng)1.45km管道將地下水引到下游地表,自流量達(dá)0.5m3/s左右。2010、2011年春季缺水季節(jié)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉增加了水量,緩解了旱情,受到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的高度支持。5注重科學(xué)發(fā)展,合理開(kāi)發(fā)利用水資源a.臺(tái)蘭河是阿克蘇地區(qū)溫宿縣一條中型河流,擔(dān)負(fù)著該縣農(nóng)業(yè)大面積土地的灌溉任務(wù),沿河谷無(wú)建地表水庫(kù)的地質(zhì)條件,多年來(lái)春旱夏澇嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,合理開(kāi)發(fā)利用地表水、地下水資源是當(dāng)務(wù)之急。b.在進(jìn)行流域水資源開(kāi)發(fā)利用中,要深入研究本區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件,對(duì)區(qū)內(nèi)地表水、地下水資源要綜合分析研究,實(shí)行切實(shí)可行的水資源開(kāi)發(fā)方案,避免只重視地表水開(kāi)發(fā),而輕視地下水開(kāi)發(fā)工程的片面做法,科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用水資源,滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展需求。c.山前儲(chǔ)水構(gòu)造帶建設(shè)“橫坎兒井”式地下水庫(kù)是一種新的地下水水工建筑物