张明江 霍传英(新疆地矿局第一水文工程地质大队乌鲁木齐830091新疆维吾尔自治区地质环境监测院乌鲁木齐830000)

吐鲁番盆地第四系地下水动力场的演变特征分析

张明江①霍传英②
(①新疆地矿局第一水文工程地质大队乌鲁木齐830091②新疆维吾尔自治区地质环境监测院乌鲁木齐830000)

吐鲁番盆地地下水的开采经历了坎儿井开采、坎儿井开采为主（机井开采为辅）、机电井开采为主（坎儿井开采为辅）等阶段，不同的开采方式（或不同开采方式的组合）影响了地下水动力场演变的空间分布和演变强度差异。本文从地下水位的阶段性演变、地下水降速场的演变、地下水梯度场的演变三个方面对吐鲁番盆地内不同行政区第四系地下水动力场的演变特征进行分析，揭示其在时间和空间上的演变特征。

吐鲁番盆地地下水动力场演变

吐鲁番盆地为一完全封闭的山间盆地，盆地东西向展布的火焰山将吐鲁番盆地分割为北盆地和南盆地。盆地内第四系地下水的补给、径流、排泄自成体系，盆地北部的博格达山、南部的天格尔山和觉罗塔格山是盆地第四系地下水补给来源的形成区，环艾丁湖的地下水浅埋区是地下水的集中排泄区，山区与艾丁湖之间的平原区是地下水的径流区，是人类活动主要集中的区域。从19世纪60年代开始采用坎儿井的方式开采地下水，随着社会的发展，逐渐采用机井、电井开采地下水，目前，坎儿井、机电井开采地下水两种方式共存，期间，地下水的开采量与日俱增，盆地内第四系地下水动力场发生了很大的改变，本文就对吐鲁番盆地第四系地下水的动力场演变特征进行分析。

1 地下水位变化的阶段性

从地下水位变化来讲，大致经历了4个阶段，即天然流场阶段、局部地下水位下降阶段、区域地下水位快速下降阶段、地下水位震荡下降阶段。

第一阶段：天然流场。19世纪60年代及其以前，勘查区内还没有机井开采地下水，开采地下水的主要方式是坎儿井，坎儿井只能开采浅层潜水，因此，这个时期地下水开采利用程度很低，开采量很少。地下水动态变化基本处于天然状态，浅层地下水受水文和蒸发控制，属于河水渗入补给-蒸发排泄型；深层地下水则以径流补给-顶托排泄型为主。天然流场总趋势自盆地四周山前向艾丁湖汇流，北盆地和南盆地的西部以潜水为主，含水层透水性较强，地下水的水力坡度较小；南盆地的细土平原区存在承压（自流）水，艾丁湖除接收地表水的流入补给外，还接收潜水和承压（自流）水的补给。

第二阶段：局部地下水位下降。从1970年至1995年，随着农业、工业及城镇的发展，地下水开采量逐渐增加，在局部地段开始集中开采地下水，开采强度过大，形成局部地下水位降落漏斗，改变了地下水的天然流场状态，由山前平原向艾丁湖排泄的地下水原始流场转变为向漏斗中心汇集。

托克逊县从1988年～1995年，地下水水位下降了0.45 m，平均每年下降0.06 m。吐鲁番市的亚尔乡从1987年至1996年，地下水水位呈上升趋势，上升幅度达到2.79 m，期间个别年份地下水位降幅达到1～2 m，但最后都得到恢复并保持上升趋势。鄯善县火焰山以北的县城、连木沁地下水位略有上升，七克台镇地下水位略有下降，但下降后趋于稳定；火焰山南部地区水位在80年代基本稳定，但90年代后开始下降。

第三阶段：区域地下水位快速下降。从1996至2010年，在凿井技术水平日益增强的带动下，人类需求水量提高，改为由地下水供给，地下水成为工业、农业及生活用水的主要供水水源，地下水开采井的数量剧增，尤其是90年代后期，地下水开采井增速达历年之最，增速平均约为400眼∕年。随着地下水的大量开采，水位普遍下降，形成多个地下水位降落漏斗，而且漏斗的扩展速度呈大幅度增长趋势，地下水水位下降速率达2.23 m∕a(鄯善县鲁克沁地下水水位下降漏斗)、2.62 m∕a（鄯善县吐峪沟英买里地下水水位下降漏斗）等多处降落漏斗。

第四阶段：区域地下水位震荡下降。从2002年至2010年，由于地下水水位持续下降，引发了一系列环境地质问题，人们发现地下水资源不是取之不尽、用之不竭的，而且在过量开采的情况下同时还能引发一些严重的环境地质问题和地质灾害，2002年吐鲁番地区政府开始控制地下水的开采，地下水水位的下降呈明显的减缓、稳定、上升趋势。托克逊县大多数地区地下水水位逐渐趋于稳定或缓慢恢复，个别地区趋于缓慢下降；吐鲁番市大多数地区处于降速减缓的过程中，个别地段逐渐趋于稳定；鄯善县大多数地区仍然处于持续下降过程中（鄯善县火焰山南部地区），个别地区趋于稳定并缓慢上升（鄯善县城）。

2 地下水降速场的变化特征

对吐鲁番盆地地下水的研究最早始于19世纪50年代末期，勘查研究的目的是托克逊城市供水、吐鲁番市城市供水：托克逊县城市供水水文地质勘查工作的起止日期是1960年～1961年，吐鲁番城市供水水文地质勘查的起止日期是1959年～1960年。因此对地下水水位的记录始于这个时期。

根据前人的调查研究成果，2004年的地下水水位与1994年成井时的地下水水位相比较，吐鲁番盆地内的3县市地下水位均呈现出明显的下降趋势，各县市的下降量为：托克逊县下降约5 m、吐鲁番市下降接近10 m、鄯善县的下降量超过了10 m（表1）。

表1 吐鲁番盆地1994～2004年间地下水水位下降量统计表m

1961年，托克逊县城一带还没有利用机井开采地下水，地下水的水位基本处于天然状态。第一层承压水的水头低于地面0.1～2 m，第二层承压水的水头高出地面6.56～8.75 m，第三层承压水的水头高度为高出地面13.20 m。

3 地下水梯度场的变化

由于不同的县市地下水的研究程度不同，对地下水的研究有早有晚，这里对研究较早，同时资料又比较齐全的地区（地段）的地下水动力场的变化进行对比研究。

3.1 托克逊县

1960～1961年，西北地质局新疆分局水文地质工程地质大队开展了托克逊城市供水水文地质勘探工作，勘探过程中施工的勘探孔大多数都为自流井，由于资料太少，当时没有编制等水位（水头）线图。

1989年，托克逊县的伊拉湖乡至托克逊县城一带，地下水的水力坡度为7.15‰～7.24‰。

3.2 吐鲁番市

3.2.1不同时期的梯度场

1959年，在开展吐鲁番市城市供水水文地质勘查时编制了以吐鲁番市为中心的潜水等水位线图（图1）。

图1 吐鲁番市市区潜水等水位线图（1959年）

1989年，吐鲁番市西北的铁日克拉村一带，地下水的水力坡度一般为12.43‰，吐鲁番市东南的恰特卡勒乡-吐鲁番克村一带，地下水水力坡度为6.93‰。

1996年5月，吐鲁番市五河流域南盆地平原区地下水流场见图2，吐鲁番市地下水水位剖面位置见图3，水力坡度的变化见图4。

图2 吐鲁番市地下水等水位线图（1996年）

图3 吐鲁番市地下水水剖面位置图（1996年）

图4 吐鲁番艾丁湖水力坡度示意图

从图中可以看出，地下水向艾丁湖为中心的地区汇流，吐鲁番市221团、奥依曼坎儿孜村这一带的等水位线比较密集，水力坡度较大，为10.32‰～14.16‰（图4），这与吐鲁番市构造缺口是北盆地地下水的主要径流排泄通道有关。奥依曼坎儿孜村-曼古布拉克村以南至艾丁湖之间的地区，水力坡度较小，为1.40‰～4.24‰。盐山南部地区由于缺少水点控制，等水位线图仅供参考。

3.2.2 不同时期流场的变差分布

⑴1959～1996年水位变差分布

以1959年吐鲁番市城市供水水文地质勘查区范围为区域（范围最小），用1996年同一区域的潜水位数值与1959年潜水位数值的差值（水位变差），编制了吐鲁番市1959～1996年潜水位变差等值线（图5）。

图5 吐鲁番市1959～1996年潜水位变差等值线图

从图5中可以看出,在盐山东南地区地下水位最大下降15 m，在吐鲁番市东部地区下降也在5 m以上，部分地区水位上升。

（2）1996～2011年水位变差分布

根据1996年吐鲁番市五河流域火焰山及盐山南部地区的流场图和2011年的流场图，编制了1996～2011年浅层水水位变差等值线（图6）。

图6 吐鲁番市南部地区1996～2011年水位变差分布图

从图6可以看出，16年间形成了了大小不等的5个降落漏斗区：三堡乡降落漏斗区、喀拉霍加坎儿孜村降落漏斗、其盖布拉克村南部降落漏斗区；吐鲁番市南部的色依提迪汗村降落漏斗区和阔什墩村降落漏斗区。降深最大的在三堡乡，降深达到40 m左右，其他的一般在15～20 m。分析其原因，一方面是这些地段的开采比较集中，开采量比较大；另一方面是这些降落漏斗分布区地下水的补给量少，这些综合因素导致水位大幅度下降。

3.3 鄯善县

⑴1989年的流场。1989年鄯善县城一带地下水水力坡度为6.78‰，鄯善县南盆地鲁克沁镇一带地下水水力坡度为3.94‰，吐峪沟乡一带的地下水水力坡度为3.98‰。

1989年鄯善县火焰山南部平原区的地下水等水位线见图7，地下水水位剖面位置见图8，沿地下水流向的水力坡度变化见图9。

从图中可以看出：鲁克沁镇的东北部地下水等水位线比较稀疏，水力坡度较小；鲁克沁镇及其西南部有村镇分布的地区（绿洲区），等水位线较密，水力坡度相对较大，等水位线发生变异；而绿洲带以南的地区，地下水流场比较规则，仍然以艾丁湖为中心汇流。

图7 鄯善县火焰山南部平原区地下水水位等值线图（1989年）

图8 鄯善县火焰山南部平原地下水水位剖面位置图（1989年）

图9 鄯善县火焰山南部平原地下水水力坡度变化图（1992年）

绿洲带由于开采地下水形成了4处大小不一的降落漏斗：吐峪沟英买里村—洋海尤库日村降落漏斗（图10），吐峪沟泽日甫坎儿孜村降落漏斗（图11），吐峪沟乡同干坎儿村降落漏斗（图12），英坎儿孜村-赛子坎儿孜村降落漏斗（图13）。

图10 吐峪沟英买里村—洋海尤库日村降落漏斗剖面图

图11 吐峪沟泽日甫坎儿孜村降落漏斗剖面图

图12 同干坎儿孜村降落漏斗剖面图

图13 英坎儿孜村-赛子坎儿孜村降落漏斗

⑵1989～2011年鄯善县火焰山南部地区水位变差分析。根据1989年鄯善县三河流域火焰山南部地区的流场图和2011年的流场图，编制了1989～2011年浅层水水位变差等值线图（图14）。

图14 县火焰山南部地区1989-2011年水位变差等值线图

从图中可以看出，22年间形成了了大小不等的4个降落漏斗区：吐峪沟乡降落漏斗区、玉旺克尔村降落漏斗、鲁克沁镇降落漏斗区、达浪坎降落漏斗区。这些降落漏斗基本上已经不是独立的降落漏斗，各降落漏斗区基本上已经互相连接成片。降深最大的在吐峪沟乡，降深达到40 m左右，其他的一般在35～40 m。分析其原因一方面是这些地段的开采比较集中，开采量比较大，另一方面是这些降落漏斗分布区地下水的补给量少，这些综合因素导致水位大幅度下降。

4 结论

吐鲁番盆地地下水经历了天然流场、地下水位局部下降、地下水位区域下降、地下水位震荡下降四个演变阶段，演变过程与人类开采地下水的活动密切相关。吐鲁番盆地东部地区，地下水开采了量大，地下水补给条件较差，含水层的渗透性较弱，形成了地下水位的区域下降，下降幅度达到40 m左右；吐鲁番市一带的地下水补给比较充分，地下水动力场的变化相对较小；托克逊县城一带，原有的自流井已经不自流，或自流量大幅度减小，地下水动力场也发生了很大的变化。地下水动力场的大幅度变化必将影响当地的生产、生活以及生态环境，必须制定控制地下水动力场不利演化趋势的对策。

收稿：2014-07-25

DOI∶10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.01.004