周金玲

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 石河子832000)

1 石河子市區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源及變化分析

石河子市區(qū)位于瑪河西岸沖洪積扇中下部，現(xiàn)有城市供水水源井主要位于市區(qū)南部的43號(hào)小區(qū)，在地貌單元上處于瑪河沖洪積扇中部，地形坡降5‰～8‰，地表以下覆蓋著巨厚的第四系松散沉積物，厚度大于300 m，巖性以卵礫石、砂礫石為主，具有透水性強(qiáng)，儲(chǔ)水構(gòu)造結(jié)構(gòu)性好等水文地質(zhì)特征，屬山前沖洪積傾斜平原中上游最具利用價(jià)值的天然“地下水庫(kù)”[1]，貯存著亙古以來(lái)留下的可直接飲用的優(yōu)質(zhì)地下水源。

市區(qū)上游南部的瑪納斯山海拔600～1 000 m，由透水性較弱的第三系泥巖、泥質(zhì)砂巖和砂礫巖組成。其所處的地理環(huán)境和流域地質(zhì)特征，決定了其地下水主要依賴于流經(jīng)市區(qū)東界的瑪納斯河自紅山嘴站出山口開(kāi)始的河道滲漏補(bǔ)給，其次才是第三系基巖裂隙水的滲透補(bǔ)給。

市區(qū)下游北部是瑪河沖洪積扇扇緣與細(xì)土平原交匯區(qū)，其地形坡降明顯變緩，在3‰左右，巖性也明顯變細(xì)，以粉土夾砂或粘土或砂礫為主，這些沉積環(huán)境的變化導(dǎo)致從市區(qū)上游徑流下泄的地下水受阻上溢，形成地下水溢出帶，目前這些溢出帶因上游地下水位的下降，已基本消失，唯一可見(jiàn)的是在上世紀(jì)石河子開(kāi)發(fā)之初建成的蘑菇湖水庫(kù)、大泉溝水庫(kù)和瑪河河道上攔洪的夾河子水庫(kù)。而這三個(gè)水庫(kù)是市區(qū)北部瑪納斯河西岸地下水溢出帶泉水的主要蓄水區(qū)。

據(jù)已有瑪納斯河西沖洪積扇下游地下水溢出帶泉水長(zhǎng)觀資料(1956～2008年，中間部分年份缺失)見(jiàn)圖1，1956年瑪河西岸泉水溢出量4.29×108m3。1959年瑪河?xùn)|岸大渠建成運(yùn)行后，瑪納斯河水約70%的徑流量的從紅山嘴引水樞紐(以下簡(jiǎn)稱紅山嘴站)至夾河子水庫(kù)河段的運(yùn)行方式被人為控制改變，即原有從紅山嘴站下泄的年徑流12×108m3多的河水，通過(guò)人工方式大多改道瑪河?xùn)|岸大渠(漿砌石防滲)輸水(年引水量9.7×108m3)，使該河段年過(guò)水量由原來(lái)的10×108m3多減小到約3.2×108m3，河水滲漏量急劇減小，導(dǎo)致石河子市區(qū)北部地下水溢出帶泉水溢出量在此后明顯減少，1960年泉水溢出量減少到3.774×108m3，隨后近二十年泉流量基本保持在3.0×108m3左右，其流量與當(dāng)年的豐、枯期呈規(guī)律性波動(dòng)，變化不是太大。但到了上世紀(jì)七十年代末，隨著市區(qū)地下水的開(kāi)采利用，加上溢出帶上游區(qū)石總場(chǎng)水源地的建設(shè)運(yùn)行，再次打破了已有平衡關(guān)系，1979年的泉水流量3.1×108m3，1982年減少到2.7×108m3;進(jìn)入九十年代后，隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉新技術(shù)的推廣應(yīng)用，瑪河上游各引水樞紐控制下的十多條干渠相繼進(jìn)行了防滲改擴(kuò)建，特別是上游石河子市生活工業(yè)用水倍增，市區(qū)地下水的開(kāi)采量基本在1.5～1.8×108m3，致使地下水位一直持續(xù)下降，與七十年代比，市區(qū)靠近前山帶附近水位下降最大幅度達(dá)50 m左右。市區(qū)水位的下降不僅導(dǎo)致機(jī)井壽命的縮短，同時(shí)導(dǎo)致瑪河西岸泉水溢出量也明顯減少，截止到2010年前后，其泉水流量已衰減到1.0×108m3左右。

圖1 瑪納斯河西沖洪積扇下游地下水溢出帶(1956～2008年間)泉水流量對(duì)比

由此看來(lái)，市區(qū)內(nèi)地下水超采僅僅是造成石河子市區(qū)地下水位下降的一個(gè)次要因素，從整個(gè)流域上分析:地表用水時(shí)空的變化造成地下水源補(bǔ)給量的減少才是主要因素。因此，如何有效增大市區(qū)地下水源補(bǔ)給，尋找可利用的水源是關(guān)鍵。

2 石河子市區(qū)地下水源涵養(yǎng)方案探討

2014年12月，石河子墾區(qū)賴以生存的瑪納斯河山區(qū)水利樞紐工程——肯斯瓦特水庫(kù)正式下閘蓄水。水庫(kù)建成運(yùn)行后正常蓄水位是990m，有效庫(kù)容1.74×108m3，具有灌溉、防洪，兼顧發(fā)電的功能，可改變瑪納斯河天然徑流的時(shí)空分布，大大提高南部灌區(qū)灌溉保證率和冬季下游梯級(jí)電站的發(fā)電出力，不會(huì)影響夾河子水庫(kù)下泄水量和下泄規(guī)律，與下游堤防工程結(jié)合，可使紅山嘴站至夾河子水庫(kù)河道兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)由目前的不足10年一遇標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇，既使紅山嘴站至夾河子水庫(kù)河段的洪峰流量有所削減，其結(jié)果是基本實(shí)現(xiàn)下游河道水文情勢(shì)人工控制，從而影響該段河道河水自上世紀(jì)70年代以來(lái)的多年平均流量。

由于該河段河水的入滲量是沿河兩岸的石河子市區(qū)和瑪納斯縣城鄉(xiāng)地下水的主要補(bǔ)給源，因此，該段河道過(guò)水量的增減勢(shì)必影響夾河子水庫(kù)以南地下水的涵養(yǎng)狀況，由前文地下水動(dòng)態(tài)分析資料可知，瑪納斯河泉水溢出量的階梯變遷減少，與瑪納斯河河道天然徑流量的時(shí)空變化有著直接關(guān)系，自上世紀(jì)五十年代末紅山嘴站和東岸大渠的建成運(yùn)行直接改變了瑪河出山口以后河道的徑流量，約70%左右的河水通過(guò)渠系輸往下游各灌區(qū)，致使泉水溢出帶的流量在不到2年的時(shí)間內(nèi)就減少了5 000×108m3左右。

前已介紹在瑪河(紅山嘴站——夾河子水庫(kù)段)兩岸分布的沖洪積扇區(qū)的地下水是市區(qū)及下游區(qū)地下水的主要補(bǔ)給源，該扇區(qū)巨厚的第四紀(jì)卵礫石層猶如巨大海棉體充填著豐富的地下水，但近幾十年的開(kāi)發(fā)利用，使其中的水份未得到及時(shí)有效補(bǔ)充，其南部靠近山前地帶的含水層已被疏干幾十米，這就猶如山前的一個(gè)開(kāi)放式的地下水庫(kù)的迴水邊界在不斷退向下游，早已波及到石河子市區(qū)，因此，很有必要對(duì)該段實(shí)施地下水涵養(yǎng)，保證該段河道兩岸地下水的補(bǔ)給量能適當(dāng)增加，最直接有效的方式是增大地下水補(bǔ)給、控制地下水開(kāi)采(即地下水涵養(yǎng))。

通過(guò)對(duì)區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)條件的分析，在瑪納斯河紅山嘴站——夾河子水庫(kù)段實(shí)施人工補(bǔ)給地下水工程具備以下幾條可行條件:

(1)肯斯瓦特水庫(kù)運(yùn)行前，紅山嘴站至夾河子水庫(kù)河段肩負(fù)著瑪河流域中游防洪、輸洪等重大任務(wù)，運(yùn)行后其調(diào)蓄洪水、削減洪峰的作用，減輕了該段河道的輸洪壓力，提高了修建滲水工程的可行性。

(2)紅山嘴站至夾河子水庫(kù)河段長(zhǎng)約30.46 km，為河流出山口后粗顆粒的主要堆積帶，巖性為漂卵礫石，透水性強(qiáng)，其基底分布特征又使其具有優(yōu)越的貯存地下水的特性，河道縱坡1/112～1/130，河谷呈“U”型，河漫灘發(fā)育，寬度可達(dá)500～1 000 m，主河槽較寬淺，寬度30～100 m，深度1.0 m左右，主流搖擺不定，主河槽散亂。目前，該河段左右岸都修建有不連續(xù)的堤防和挑流丁壩，基本上都可以使用，但堤防標(biāo)準(zhǔn)較低。且河道兩岸是瑪納斯縣和石河子市的砂礫石料場(chǎng)，料場(chǎng)基本上布置在防洪堤背后，開(kāi)挖造成的不同深淺的料坑和隨意堆棄的棄料，有些甚至堆棄到河道，這些料坑和棄料一方面影響防洪堤的安全和河道的行洪，但若有效利用完全可成為蓄積洪水、滲漏補(bǔ)給地下水的高效地下水涵養(yǎng)池。因此可通過(guò)整治河道，興建防洪工程和地下水涵養(yǎng)池，在提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)增大該段河道洪水的滲漏量。

(3)根據(jù)近10年夾河子水庫(kù)下泄的洪水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)圖2)，其下泄的洪水量遠(yuǎn)超過(guò)流域規(guī)劃的生態(tài)需水量6 583×104m3/a，平均達(dá)19 800×104m3/a，其中2010年達(dá)61 200×104m3/a，而十幾年前瑪河下游的136團(tuán)東北的低洼地現(xiàn)已形成了水波浩渺的末名湖(距瑪納斯湖南約30km地帶)。但該處的湖水因承接了水庫(kù)下游河段沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)團(tuán)場(chǎng)的污廢水和農(nóng)灌退水等，其水質(zhì)礦化度已明顯變高，可利用性較低，所以在夾河子上游段適當(dāng)滯緩洪水的下泄速度，增大洪水在中上游段的滲漏量，使其轉(zhuǎn)換為利用價(jià)值較高的優(yōu)質(zhì)地下水源，不論是對(duì)瑪河西岸的石河子市區(qū)還是東岸的瑪納斯縣城及其北公園濕地保護(hù)區(qū)的地下水涵養(yǎng)或地下水資源的利用都具有重要支撐作用。

圖2 夾河子水庫(kù)向下游河道泄洪量年際變化曲線

3 地下水源涵養(yǎng)工程的設(shè)想

石河子市區(qū)地下水源涵養(yǎng)工程既能適當(dāng)解決當(dāng)代人需求，又能為子孫后代留下優(yōu)質(zhì)水源。據(jù)查閱資料，國(guó)外就地下水源涵養(yǎng)已建有不少人工補(bǔ)水區(qū)或補(bǔ)水設(shè)施，通過(guò)人工設(shè)施將地表水存儲(chǔ)于地下以供未來(lái)備用，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備水資源的目標(biāo)[2]。

建議地下水涵養(yǎng)工程與瑪河肯斯瓦特水庫(kù)共同調(diào)節(jié)，在紅山嘴站至夾河子水庫(kù)河段河道上選擇不同段(如瑪河三級(jí)電站和五級(jí)電站之間，瑪河鐵路大橋、高速公路大橋和G312國(guó)道大橋之間，以及G312國(guó)道大橋與西調(diào)渠渠首之間，根據(jù)河道縱坡1/112～1/130)，按百米間隔修建形如網(wǎng)格狀的地下暗渠、槽、塘等能使洪水滯留下滲的面狀截洪、蓄洪工程，目的是調(diào)整河水的水力坡降，降低其流速，增大該河段的入滲量，同時(shí)可利用河床兩岸原有廢棄的料場(chǎng)坑進(jìn)行沉砂池改建工程，該項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)還可與“十戶窯”旅游景觀區(qū)景點(diǎn)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和瑪納斯縣北公園濕地保護(hù)區(qū)的景觀游覽結(jié)合起來(lái)，即要保證防洪規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，又要達(dá)到為石河子市區(qū)和瑪納斯縣濕地地下水的涵養(yǎng)提供條件，改善瑪河洪水期水質(zhì)泥砂含量，減輕夾河子水庫(kù)泥砂的淤積。

4 結(jié)語(yǔ)

石河子市是最早實(shí)現(xiàn)噴灌、微灌等高效節(jié)水灌溉的地區(qū)，其節(jié)水措施和用水效率一直走在全疆乃至全國(guó)的前列，但按其規(guī)劃，城市生活用水需求仍呈剛性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這就使城市對(duì)高質(zhì)量的地下水源的索取有增無(wú)減，要保證城市水源地的正常運(yùn)行，控制城市地下水位下降速率，破解城市用水瓶頸必須增加其貯量，增大地下水補(bǔ)給來(lái)源正是解決這個(gè)城市困擾多年地下取水水源超采的有效措施之一，同時(shí)對(duì)石河子市區(qū)亟待解決的地下水儲(chǔ)備，發(fā)揮“地下水庫(kù)”的調(diào)蓄作用，補(bǔ)充擴(kuò)大水資源承載力，有效支撐和推動(dòng)城市發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有極其重要的意義。

[1]付曉剛，萬(wàn)偉鋒，毛正君.地下水庫(kù)及其在水資源開(kāi)發(fā)和保護(hù)中的應(yīng)用[J].地下水.2007，第29卷，第1期，總第124期:65-67.

[2][美]羅斯珂.摩斯公司(Roscoe Moss Company).吳朝玉 譯.地下水開(kāi)發(fā)手冊(cè).中國(guó)水利水電出版社.2009.9.(1).