令軍帥

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830091）

0 引言

博爾塔拉河（簡稱博河）流域地域廣闊，地表水資源較豐富，是當(dāng)?shù)亻_發(fā)治理的重點(diǎn)區(qū)域，在當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中占有重要地位，但由于區(qū)內(nèi)地表水時空分配不均，洪枯懸殊，同時上游缺乏控制性樞紐工程進(jìn)行調(diào)蓄、泄洪，造成灌區(qū)內(nèi)春旱嚴(yán)重，夏洪頻繁，用水矛盾日漸突出，水資源季節(jié)性緊缺已成為制約當(dāng)?shù)毓I(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。充分利用天然的地質(zhì)儲水構(gòu)造建設(shè)地下水庫，是目前解決工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水緊缺的一個良好途徑[1]。

博河谷地下水庫工程主要是通過在豐水期加大地表水對地下水的滲漏補(bǔ)給量、截取地下第四系松散地層中的部分地下水，形成可觀的地下水庫，枯水期在下游選擇科學(xué)的取水方式，采用低投入、高產(chǎn)出的方法提?。ɑ蜃粤鳎┑叵滤?，以起到減少蒸發(fā)、以豐補(bǔ)欠等調(diào)節(jié)水庫的作用。即充分利用博河洪水期的洪流、冬閑期河水轉(zhuǎn)換為地下水，再將地下水轉(zhuǎn)換為地表水資源，以達(dá)到增加博河流域灌溉水量的目的。為查明博河坳陷谷地昆屯侖至查干屯格段的控水構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地下水庫的建庫條件及地下水庫內(nèi)地下水儲存量等，對研究區(qū)通過水文地質(zhì)調(diào)查、遙感解譯、物探、鉆探、試驗(yàn)等手段進(jìn)行綜合分析，為地下水庫工程規(guī)劃設(shè)計(jì)選擇科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的地下水庫場址提供可靠的基礎(chǔ)資料[2]。

1 成庫條件

地下水庫的成庫條件主要包括封閉或近封閉的邊界及其范圍內(nèi)足夠大的儲水空間、良好的水力傳導(dǎo)條件、便利可行的采補(bǔ)條件、調(diào)蓄水源[3，4]。

博河地下水庫位于新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣境內(nèi)的博河河道上，地質(zhì)構(gòu)造對河谷的地下水水文地質(zhì)條件起著控制作用。根據(jù)此次水文地質(zhì)勘察，沿博河河谷昆屯侖渠首上游1.40 km處—查鄉(xiāng)大橋下游青浩加農(nóng)業(yè)隊(duì)附近為一地下水發(fā)育的坳陷洼地，該段坳陷洼地順河向東西長約17.41 km，南北向?qū)捈s14.00 km，博河近東西向穿過該洼地。在昆屯侖渠首上游1.40 km 處—查鄉(xiāng)大橋段為博河河水滲漏段，河水補(bǔ)給地下水；坳陷洼地下游河谷段為地下水補(bǔ)給河水，勘察區(qū)在博河查鄉(xiāng)大橋～下游二干渠渠首段河谷兩岸可見有泉水出露補(bǔ)給博河河水。該坳陷洼地內(nèi)第四系覆蓋層厚度因受基底起伏而使空間分布變化較大，根據(jù)物探解譯及博河右岸探采結(jié)合井（SK1）資料，昆屯侖渠首上游坳陷洼地西側(cè)覆蓋層厚度為220.0～260.0 m，坳陷洼地內(nèi)第四系覆蓋層厚度為840.0～890.0 m，博河下游坳陷洼地東側(cè)第四系覆蓋層厚度為260.0～180.0 m。該坳陷洼地第四系覆蓋層最大厚度為870.0～890.0 m，位于博河右岸探采結(jié)合井下游約1.27 km 附近。博河坳陷洼地內(nèi)堆積著巨厚的砂卵礫石巖層，地下水絕大部分賦存于第四系松散的砂卵礫石巖層中，下部由新近系和泥盆系砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成隔水底板，其中的構(gòu)造裂隙水與上層孔隙水有少量交換。博河南北兩側(cè)靠近山前地下水埋深較大，一般大于100.0 m，距博河兩岸約5.00 km，地下水埋深一般大于50.0 m，在靠近博河附近地下水埋深較淺，只有十幾米，在河岸沖刷陡坎及河床內(nèi)有地下水以泄流或泉流的方式匯入河流。因此，博河該段坳陷洼地具有建設(shè)地下水庫的自然條件，庫區(qū)水文地質(zhì)剖面見圖1。

2 邊界條件及庫容

2.1 邊界條件

博河坳陷谷地受南北別珍套山和阿拉套山兩側(cè)深大斷裂控制，斷裂夾持區(qū)為坳陷帶，斷陷帶兩側(cè)為基巖山地。分布于艾比湖西側(cè)，谷地西、北、南三面環(huán)山，東部向艾比湖開口。谷地西和北側(cè)為阿拉套山及瑪依拉山環(huán)繞，南側(cè)為天山支脈別珍套山，谷地呈東西向展布，在研究區(qū)內(nèi)谷地長約28.00 km，南北寬約25.00 km，谷地最低洼處為博河。

勘察區(qū)出露的前第四紀(jì)地層為古生界泥盆系中泥盆統(tǒng)（D2）、上泥盆統(tǒng)（D3）及新生界新近系（E3-N）；泥盆系地層在勘察區(qū)西南角安格列克鎮(zhèn)西南山區(qū)一帶零星分布，分布范圍十分有限，巖性為泥鈣質(zhì)粉砂巖。新近系（E3-N）主要分布在勘察區(qū)北部邊界阿克蘇曼猛進(jìn)公社（查干屯格鄉(xiāng)）以北的阿拉套山山前地帶，巖性為磚紅色、淺橙紅色中～薄層狀泥巖、砂質(zhì)泥巖夾細(xì)礫巖。第四系中更新統(tǒng)-上更新統(tǒng)沖洪積層（Q）主要分布在勘察區(qū)博河谷地內(nèi)Q3-4地層以下，距地面20～60 m 以下，地層巖性為砂礫石、粗砂；上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積堆積層（Q）在勘察區(qū)博河谷地內(nèi)分布最為廣泛，主要分布在勘察區(qū)博河兩側(cè)，地層巖性為含礫粉土、粗砂、卵礫石、粉質(zhì)粘土等；全新統(tǒng)沖洪積堆積層（Q）主要分布在勘察區(qū)南北兩側(cè)山前，地層巖性多為碎石土、粗砂、角礫石、粉質(zhì)粘土等。

勘察區(qū)在大地構(gòu)造上位于天山內(nèi)蒙褶皺系（Ⅰ）北天山褶皺帶（Ⅱ）的博爾塔拉坳陷谷地一個三級構(gòu)造單元一帶?？辈靺^(qū)主要發(fā)育的區(qū)域性斷裂為博羅克努-阿其克庫都克深斷裂（F1）。博河谷地主要受東西向?yàn)橹鞯臉?gòu)造線方向控制，伴之南北向斷裂作用而形成的斷陷。在博河谷地中又有新近系巖層沿主體山脈前緣作斷續(xù)狀分布（又稱山前構(gòu)造或山前隆起）。由于基底起伏斷塊式沉降與局部隆起，及次一級近南北向斷裂的存在，就使得谷地內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜化。

博河坳陷谷地西、北、南三面環(huán)山，地下水總體由西向東徑流。儲水空間的邊界條件：1）北部以阿拉套山山前新近系泥巖、砂質(zhì)泥巖為界；2）南部以安格列克鎮(zhèn)山前的泥鈣質(zhì)粉砂巖為界；3）西部為地下水補(bǔ)給區(qū)；4）東部覆蓋層厚度在博河查鄉(xiāng)大橋以東因受基底隆起而變薄，沉積顆粒較細(xì)，且粘性土夾層較多，巖性總體透水性較弱，查鄉(xiāng)大橋以東河谷兩岸可見有泉水出露。

2.2 儲水能力

勘察區(qū)地下水庫（坳陷洼地）段儲量的計(jì)算，分動儲量和靜儲量計(jì)算。動儲量即為洼地內(nèi)順河谷段可側(cè)向排出地下水庫段（博河下游）的地下水儲量，靜儲量為地下水無法流出洼地部分的地下水儲量。

博河谷地地下水庫根據(jù)物探、鉆孔、抽水試驗(yàn)資料，采用容積法對地下水庫的庫容進(jìn)行計(jì)算[5]，計(jì)算公式：

式中：V動儲量為地下水庫的動儲量，m3；Δhi為i分區(qū)含水層的平均厚度，m；μi為i分區(qū)含水層的重力給水度；Ai為i分區(qū)的面積，m2。

經(jīng)計(jì)算，博河谷地地下水庫動儲量為88.09×108m3，靜儲量為98.07×108m3。

3 水力傳導(dǎo)條件

博河坳陷谷地?cái)嘞輲е行奈挥跍厝h昆屯侖、安格列克地區(qū)，第四系覆蓋層厚度在700.0～890.0 m之間，巖性以角礫、砂礫石、卵礫石為主，谷地內(nèi)地下水絕大部分賦存于第四系松散層中，下部由新近系和泥盆系砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成隔水底板。

谷地兩側(cè)山前為沖洪積扇，潛水埋深從山前到谷地由深到淺，地層由單一向多層過渡，博河兩側(cè)潛水位埋深大于30.0 m 的區(qū)域，滲透系數(shù)K為30～50 m/d；淺埋帶地下水位埋深小于30.0 m 的區(qū)域，滲透系數(shù)K為25～50 m/d。根據(jù)博河右岸探采結(jié)合井抽水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，含水層滲透系數(shù)K為49.41 m/d，因此，博河地下水庫含水層滲透能力較強(qiáng)，水力傳導(dǎo)條件較好。

4 采補(bǔ)條件

4.1 水量交換條件

博河谷地西以昆屯侖渠首為界，東以二干渠首為界，南北各以北部的阿拉套山山前和南部的別珍套山山前為界。區(qū)內(nèi)主要河流流域?yàn)椴┖痈闪髁饔蚣吧晨藸柼睾印⒑獱柼睾?、圖爾根河、依和庫斯臺河、烏爾達(dá)克賽河等支流流域。谷地內(nèi)的地下水資源主要是由地表水轉(zhuǎn)化而來，其次為降水入滲及地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。

博河自西向東貫穿整個谷地，河水由高山冰川積雪消融、降水和南北兩側(cè)山區(qū)溝溪泉水滲漏補(bǔ)給，其中以地下潛流補(bǔ)給為主。由于河流各地段松散沉積狀態(tài)不同，地表水與地下水存在相互轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。勘察區(qū)昆屯侖渠首～查鄉(xiāng)大橋河段因第四系沉積厚度大，河水滲漏量大，加之人工引水使該段部分時間河水?dāng)嗔?，從查鄉(xiāng)大橋向東開始才不斷有地下水以泉水的形式出露匯集成河，即在勘察區(qū)昆屯侖渠首～上游段河水側(cè)向補(bǔ)給地下水，昆屯侖渠首～查鄉(xiāng)大橋段河水垂直入滲補(bǔ)給地下水，博河是谷地兩側(cè)地表水、地下水的排泄通道。此外，博河谷地兩側(cè)人工引用潛水溢出帶泉水，泄流河水及開采井水進(jìn)行農(nóng)灌，使得一部分水重復(fù)回滲補(bǔ)給地下水。

山前礫質(zhì)傾斜平原松散層厚度大，滲透性強(qiáng)，一定降水形成地表積水，也會入滲補(bǔ)給地下水并產(chǎn)生地表徑流。博河谷地兩側(cè)出山河流部分以地下潛流的方式進(jìn)入?yún)^(qū)內(nèi)補(bǔ)給地下水；谷地兩側(cè)山區(qū)均為基巖與第四系直接接觸，接觸帶發(fā)育較弱的構(gòu)造風(fēng)化裂隙，通過裂隙也有少量地下水側(cè)向補(bǔ)給松散層孔隙水，庫區(qū)垂河向水文地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 博河地下水庫區(qū)垂博河向水文地質(zhì)剖面

通過對區(qū)內(nèi)地表來水、引水、排水的調(diào)查，區(qū)內(nèi)從昆屯侖渠首到二干渠渠首，北部4 條河流的年徑流量除蒸發(fā)、入滲、引水灌溉外年均排入博河的水量共計(jì)4 207.16 萬m3，昆屯侖渠首排入博河的水量年均20 375.00 萬m3。昆屯侖渠首至二干渠首之間約23.00 km，位于兩渠首之間的查鄉(xiāng)大橋以東至二干渠渠首段長約12.00 km，該段博河右岸有地下水以泉水的形式排入博河。二干渠渠首年均來水水量為26 973.00 萬m3?？辈靺^(qū)南部烏河渠首及其附屬多條渠道，均是從烏河引水至區(qū)內(nèi)進(jìn)行農(nóng)田灌溉，烏河的排水量最終排入二干渠渠首下游的博河谷地。

近10 年間，昆屯侖渠首5，6 月因處于春灌及枯水季節(jié)，上游的博河河水除蒸發(fā)、入滲外，主要被用來灌溉，導(dǎo)致存在斷流現(xiàn)象，且區(qū)內(nèi)博河兩側(cè)的多條支流在此期間也處于主灌溉期，基本不向博河排水，而二干渠渠首處于昆屯侖渠首下游，在此期間二干渠渠首卻無斷流的現(xiàn)象，主要來源于兩渠首間的查鄉(xiāng)大橋～下游二干渠渠首段的地下水排泄補(bǔ)給博河水量。

由勘察區(qū)以上水量運(yùn)行分析可以看出，區(qū)內(nèi)博河河谷昆屯侖渠首～二干渠渠首段確實(shí)存在地下水儲水洼地[6]。

4.2 開采條件

1）地下水庫段河谷資源量估算

昆屯侖渠首上游1.40 km 處—查鄉(xiāng)大橋段為博河河水滲漏段，河水補(bǔ)給地下水，查鄉(xiāng)大橋下游段河谷兩岸可見有泉水出露補(bǔ)給博河河水，因此，查鄉(xiāng)大橋附近的河床段地下水側(cè)向流出量近似可認(rèn)為是昆屯侖渠首上游1.40 km 處—查鄉(xiāng)大橋段的河谷資源量。

以查鄉(xiāng)大橋附近的河床斷面為計(jì)算斷面，采用達(dá)西公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q地側(cè)為計(jì)算斷面地下水側(cè)向流出量，104m3/a；K為滲透系數(shù)，由探采結(jié)合井抽水試驗(yàn)確定，為49.41 m/d；I為水力坡度，由地下水潛水等水位線圖上量取，為0.01；L為計(jì)算斷面長度，取1.00 km；M為含水層平均厚度，取230.0 m；α為地下水流向與剖面線法線夾角，取0°。

經(jīng)計(jì)算，昆屯侖渠首上游1.40 km 處—查鄉(xiāng)大橋段的河谷資源量為4 150×104m3/a。

2）地下水庫段河谷可開采量估算

綜合勘察區(qū)內(nèi)地下水的水文地質(zhì)特征，地下水庫段河谷內(nèi)地下水可開采系數(shù)取值為0.6[7]，則地下水庫段河谷內(nèi)地下水可開采量為2 500×104m3/a。地下水庫段河谷內(nèi)的地下水資源量及可開采量均為地下水庫段河谷滲漏量的一部分。

博河谷地昆屯侖至查干屯格段山間坳陷洼地第四系覆蓋層厚度大，地層顆粒巨大，透水性好，含水層厚度大，滲透系數(shù)一般為40～50 m/d，單井涌水量在170 m3/h 時，水位降深為2.2 m，單位涌水量達(dá)77.26 m3/（h·m），屬富水性極強(qiáng)區(qū)域。地下水庫發(fā)育河段地下水位埋深相對較大，靜水位為19.49 m，且5—6 月抗旱季節(jié)該段博河河床有時發(fā)生斷流，因此，該地下水庫建議在考慮采用大口井+水平輻射井、大口井、截潛引潛、管井等開發(fā)方式時，優(yōu)先選用管井開采地下水的開采方案[8，9]。

5 結(jié)語

綜上所述，在采用水文地質(zhì)調(diào)查、物探、遙感、鉆探、抽水試驗(yàn)等方法對博河坳陷洼地的空間結(jié)構(gòu)、邊界條件、水量交換條件進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，可以得出在博河谷地昆屯侖渠首—查鄉(xiāng)大橋段建設(shè)地下水庫是可行的。根據(jù)此次研究，地下水庫的建設(shè)要在工程區(qū)建設(shè)系統(tǒng)的地下水動態(tài)長期監(jiān)測站網(wǎng)，進(jìn)行大量的水文地質(zhì)勘探、試驗(yàn)及分析研究，開展工程區(qū)兩水轉(zhuǎn)換研究、地下水?dāng)?shù)值模擬研究、人工回補(bǔ)區(qū)研究、開采方案比選等。當(dāng)然，許多關(guān)鍵技術(shù)和施工難點(diǎn)都是在水下進(jìn)行，這就要求施工技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善和經(jīng)濟(jì)的更加合理性，這也是今后的研究中應(yīng)加以突破的一個方向。