张瑞民　黄俐勤　张　蕾

摘要论述了新疆玛纳斯河流域自然地理特征、气候及河流概况、介绍了泉水观测概况、区域水文地质条件及泉水分布特征,并分析了泉水动态基本特征和泉水动态变化趋势。

关键词 泉水径流;水文特征;泉水观测;新疆玛纳斯河;红山嘴河谷

中图分类号 P333.1 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)19-0297-02

新疆玛纳斯河是天山北麓最大的河流,出山口红山嘴断面多年平均径流量约13.25亿立方米。玛纳斯河径流量的年内动态变化较大。加之玛纳斯河水利水电工程引输水的影响。自红山嘴水电站一级渠首断面以下河道在平水枯水季节,河道已无来自上游的下泄水量,而红山嘴断面所观测到的径流,全部来自一级渠首以下河道十户窑村一带河谷泉水的溢出汇流水量。据石河子水文资源勘测局1979～2008年资料,玛纳斯河红山嘴断面在10月至翌年4月时段泉水平均流量4.51～4.89m3/s(此时段无上游河道下泄水量加入)。红山嘴一带泉水分别从玛纳斯河东西两岸Ⅰ～Ⅲ阶地和河床及河漫滩中溢出,特别是玛纳斯河西岸石河子乡十户窑村一带泉水多汇集成5条较大的泉水沟,最终流入玛纳斯河。

为了查清玛纳斯河西岸十户窑村一带泉水水资源状况,以便为石河子市合理利用该处水资源提供依据,新疆石河子水文水资源勘测局在玛纳斯河红山嘴河谷东、西两岸泉水溢出带(以西岸为主)选取重点泉水沟和泉水溢出点7处,进行泉水动态观测,周期为一个水文年。通过对重点泉水沟进行水文动态的观测,初步掌握了玛纳斯河红山嘴河谷选定观测点处泉水水量的年内动态变化规律,掌握了枯、平、丰3个时期泉水水质变化特征,为玛纳斯河红山嘴河谷水源地的规划论证提供了重要的基础数据。

1观测概况

1.1观测点选取

经现场调查与观测,玛纳斯河红山嘴河谷泉水溢出带主要分布在玛纳斯河红山嘴河谷西岸十户窑、东岸石灰窑子一带,南至盘山渠渠首,北到玛纳斯河红山嘴引水枢纽,南北向长约8km的河谷区。泉水分布于玛纳斯河河漫滩、Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地和Ⅲ级阶地,多以条带状或沼泽湿地面状散流的形式溢出,多数地点的泉水不便于观测。Ⅲ级阶地中后部泉水沿渠沟和阶地坡面溢出,以散流形式通过其前缘洼沟进入Ⅱ级阶地,与Ⅱ级阶地后缘阶坎和鱼塘区溢出泉水汇集形成较大面积连片分布的水域,最终通过鱼塘排水和渠沟以及自然泉水沟汇入玛纳斯河河道。而Ⅰ级阶地在该位置缺失,沿Ⅱ级阶地前缘溢出的泉水直接进入河漫滩,无法观测。故该次工作根据观测任务要求,并结合实际条件选取玛纳斯河红山嘴河谷西岸十户窑村南Ⅱ级和Ⅲ级阶地和东岸河漫滩相对集中的自然沟作为泉水观测对象,共设泉水观测断面7处。其中,河谷西岸5处泉水观测点均位于西岸Ⅱ级阶地前缘,分别汇集了西岸Ⅱ级和Ⅲ级阶地上溢出的绝大部分泉水,各观测点从北向南依次编号为1#、2#、3#、4#和5#泉水沟,间距200～400m。Ⅲ-1#泉水沟位于3#泉水沟西侧Ⅲ级阶地上的公路边,该部分泉水和盘山渠放水一起汇入到3#泉水沟。玛纳斯河红山嘴河谷东岸泉水溢出主要分布在河漫滩和Ⅱ级、Ⅲ级阶坎上,泉流分散。故选取玛纳斯河东岸石灰窑风景区北侧约300m处河漫滩一自然汇集泉水沟为6#观测点,该观测点受夏季洪水影响较大。

另外,根据工作需要,对玛纳斯河东岸Ⅳ级阶地上红山嘴电站Ⅱ级引水渠两侧的13眼融冰井进行了调查,选取其中4眼机井进行了水位观测,以了解Ⅰ级电站运行后对区域地下水的影响。

1.2观测过程

该次泉水观测工作开始于2006年7月。首先对调查确定适宜观测的泉水沟的观测断面按堰测法(梯形堰)的观测要求进行了初步整修,埋设预制混凝土板,修建观测台阶等,然后按每月2次的观测频率进行观测。泉水沟首次动态观测时间为2006年7月28日,至2007年8月初已满1个水文年。在此期间,除3#沟2007年4～5月有3次因农民伐树和Ⅲ-1#泉点因冬季冰雪覆盖影响未能观测外,其余泉水观测点均按要求进行了观测,共计24次,平均每月2次。按照枯、平、丰水期对4处泉水沟采取水质全分析样品,进行水质分析测试,于2006年9月28日(丰)、2007年1月30日(枯)和2007年5月31日(平)分别采取了11组全分析水样。同时对玛纳斯河红山嘴河谷泉水溢出带进行了水文地质测绘与调查,水文地质测绘范围为:南北方向从盘山渠渠首沿河道到十户窑村,东西方向从东岸2级电站引水渠到西岸盘山渠,面积约10km²。主要了解该泉水溢出带在整个“南山洼地”中所处的位置、地形地貌特征、泉水溢出形式和出露高程、分布特征及其泉域面积等;掌握泉水溢出带泉水、渠道水和河水之间的相互关系。

1.3流量误差比较与校正方法

该次观测在2006年10月和2007年7月对西岸部分泉水沟同时采用堰测法(梯形堰)、流速仪(LS10型旋桨式流速仪)及浮标法进行泉水沟测流,以相互检验观测中产生的流量误差。经检查发现多种测流结果存在一定的误差,堰测法(梯形堰)观测流量数据偏小。经综合分析比较,采用2006年10月和2007年7月流速仪观测的泉水流量数据对各泉水沟原堰测法(梯形堰)观测数据进行统一校正。

2区域水文地质条件及泉水分布特征

2.1区域水文地质条件

玛纳斯河红山嘴河谷泉水溢出带位于整个“南山洼地”北缘,洼地内堆积了厚度达300m以上的第四系下更新统西域组(Q1)砾岩、中更新统乌苏群(Q2)、上更新统新疆群(Q3)和全新统(Q4)砂砾石、卵砾石层,砾岩和砂砾石、卵砾石中的空隙为地下水储存提供了巨大的空间。在天山北坡中段第一排褶皱构造北侧的背斜隆起构造的影响下,形成了东西向展布的由第三系泥岩、砂岩隆起的低山不透水层,阻断了“南山洼地”地表径流和地下水向冲洪积平原区的排泄。同时发源于天山北坡的塔西河、玛纳斯河、宁家河、金沟河等河流在流经“南山洼地”过程中,河水大量渗漏补给洼地第四纪松散砂砾石孔隙含水层地下水,使“南山洼地”储存了丰富的地下水资源。而玛纳斯河红山嘴河谷为“南山洼地”中侵蚀切割最深的河谷,其河床比东边的塔西河低约150m,比西边的宁家河低约50m,由此造成“南山洼地”中地下水沿着洼地中第四系松散砂砾石层渗漏通道向区域排泄基准面——玛纳斯河红山嘴河谷汇集,最终地下水在玛纳斯河红山嘴河谷Ⅰ～Ⅲ级阶地的阶坎、阶面和后缘以及河漫滩等地带以下降泉形式山露地表,成为“南山洼地”地下水的集中排泄通道。

该次选取的泉水溢出带水文地质剖面位于3#和4#泉水沟间,剖面走向与玛纳斯河河道基本垂直,该横剖面北距Ⅱ级电站约3.6km,南距Ⅱ级渠首9km。

2.2泉水分布特征

该次观测泉水主要分布玛纳斯河红山嘴河谷西岸Ⅱ、Ⅲ级阶地和东岸河漫滩地带。此区从河床到Ⅳ级阶地,出露地层以第四纪全新世-中更新世冲洪积和冰水堆积的松散砂卵砾石层为主,Ⅱ、Ⅲ级阶地表层沉积有厚度不足1m的粉土或淤泥质层。泉水溢出形式有的直接从阶地陡坎底部出露,有些地段从阶面以片状散流或沼泽形式溢出,局部地段在阶面以泉眼流出,泉水类型均为下降泉。此区出露的所有泉水水质清澈透亮,水温在4～15℃。

2.3泉水动态变化特征

在观测期内所观测的玛纳斯河西岸泉水流量总体有所减小。其流量动态变化曲线基本符合泉水季节性变化过程,其丰水期为8～10月,枯水期为12月至翌年2月,枯、丰水期较为分明,年内丰水期泉水流量为枯水期的1.12～1.26倍。玛纳斯河东岸河漫滩泉水流量为0.25m3/s,仅占玛纳斯河红山嘴多年泉水平均流量3.68m3/s的6.79%;西岸Ⅱ、Ⅲ级阶地观测泉水沟泉水流量为1.04m3/s,占玛纳斯河红山嘴多年泉水平均流量的28.26%,两岸合计观测流量占35.05%。玛纳斯河Ⅰ级阶地、河漫滩及河床带泉水,大多因溢出分散而无法观测。

2.4泉水流量变化趋势分析

根据玛纳斯河河谷水源地水文地质详查报告,河谷泉水溢出带泉水补给受南北和东西2个方向的径流补给,即受南部玛纳斯河上游以及东西部塔西河和宁家河、金沟河来水等多重因素的影响。目前,据2003年与2006年间观测数据分析,玛纳斯河西岸泉水沟流量动态具有减小的趋势,对应月份所观测的泉水总流量下降了约19.3%。虽然个别泉水沟的流量受人为干扰有一定的变化,但玛纳斯河西岸Ⅱ级、Ⅲ级阶地泉水总量逐渐减少的趋势未能改变。由于泉水流量动态观测数据系列较短,缺少连续多年泉水流量动态数据对比,还无法说明该动态变化的主因。一方面,玛纳斯河Ⅰ级电站于2006年10月开始运行,使玛纳斯河大于60m3/s的径流量才下泻Ⅰ级渠首以下河道,造成上游肯斯瓦特至Ⅱ级渠首约15km以及Ⅱ级渠首至泉水溢出南界约6km河道的自然径流行水时间缩短近9个月,而这段南山洼地玛纳斯河强渗漏河道下渗补给量的明显减少,对下游红山嘴泉水溢出影响较大。另一方面,目前还不能排除南山洼 地东西2个方向补给量减少的影响。

3结论与讨论

(1)根据该次1个水文年的玛纳斯河河谷泉水流量观测数据分析,各泉水沟泉水流量年内动态变化基本符合泉水季节性变化规律。所观测的玛纳斯河西岸Ⅱ、Ⅲ级阶地5处泉水沟泉水总流量为1.04m3/s,比以往玛纳斯河西岸泉水1.3m3/s减少了约20%。初步分析认为泉水流量的减少主要与上游河道来水量减少有关,同时也与南山洼地东西两侧的补给量减少有关,但其影响程度还需要多年较长的泉水观测数据系列来进一步分析确认。

(2)玛纳斯河红山嘴河谷该次观测泉水水质除细菌学指标超标外,其他指标符合生活饮用水卫生标准。

(3)鉴于玛纳斯河红山嘴河谷泉水泉域较广,泉水溢出量与整个南山洼地地下水补给量有关,受自然和人为因素多重影响,同时为准确掌握玛纳斯河Ⅰ级电站建成运行对泉水流量的影响,取得的1个水文年的泉水动态观测数据序列明显太短,还无法反映泉水动态的年际变化规律,因此建议对玛纳斯河红山嘴河谷泉水动态开展长期观测工作,并且与2006～2007年观测序列相连接进行。2个较完整的观测序列结束后,根据泉水动态变化情况,再选择连续长期观测或后续年份宜在每年丰、平、枯水期3个季节开展泉水流量动态长期观测工作,以便完善地掌握并监控泉水动态的变化规律,为石河子市第2水源地的建设及运行管理提供有价值的水文数据。

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