新疆伊犁河谷地下水系統劃分及特征研究

邵杰 李瑛 董美玲 馮俊嶺

摘要?地下水系統劃分是正確評價和合理開發利用地下水資源的基礎，也是區域地下水規劃的重要依據。以地下水系統理論為指導，以伊犁河谷地下水系統為研究對象，在全面分析研究區地形地貌、地質、水文地質條件基礎上，依據地下水系統劃分原則，將伊犁河谷地下水系統劃分為2個一級地下水系統，7個二級地下水系統，并對一級、二級地下水系統特征進行了初步總結。通過對研究區地下水系統劃分，為伊犁河谷地下水資源規劃提供了科學評價和理論依據，對我國西北干旱-半干旱地區地下水系統研究具有實際參考價值和借鑒意義。

關鍵詞?地下水系統;伊犁河谷;系統劃分;地下水資源

中圖分類號?P641.2文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）22-0043-04

Abstract?Groundwater system study is an important base to assess regional groundwater resources and to set up the rational groundwater development patterns.Based on the topography and geomorphology，regional geological conditions and hydrogeology conditions of the Yili River Valley，the groundwater system in the Yili River Valley was divided in taking the systematic theoretical analysis of groundwater.According to the principles of groundwater system division，the groundwater system can be divided into two the first grade and seven second grade groundwater system，and the characteristics of the first and second groundwater system are summarized.The division of groundwater system has important theoretical and practical significance for groundwater resources of Yili River Valley，and the research has the practical reference value and referentical significance in the arid and semiarid area of Northwest China.

Key words?Groundwater system;Yili River Valley;System divisions;Groundwater resources

地下水系統是水文地質學研究熱點與重要研究方向之一[1-2]，國際水文界于20世紀80年代初提出了“地下水系統”概念，這一概念和理論的提出不僅是系統思想與方法滲入水文地質領域的結果，也是水文地質學發展的必然產物[3]。在中華人民共和國國家標準《水文地質術語》（GB/T 14157—93）[4]中規定：“地下水系統（groundwater system）是具有水量、水質輸入、運移和輸出的地下水基本單元及其組合。”地下水理論是以系統科學的觀點和方法，將水文地質學研究的地下水水圈看作一個等級從屬關系的許多單元組成的復雜的動力系統[5-7]。我國最早從事地下水系統研究工作的陳夢熊院士對地下水系統概念進行了全面的概括和總結，并將地下水系統的基本概念歸納為：地下水系統是由若干具有一定獨立性又互相關聯、互相影響的不同等級的亞系統或次系統所組成;地下水系統是水文系統的一個組成部分，與大氣降水和地表水系統存在密切聯系，互相轉化;地下水系統都具有各自的特征與演變規律，包括各自的含水層系統、水循環系統、水動力系統及水化學系統。著名水文地質學家王大純教授認為，地下水系統應包括地下水含水系統與地下水流動系統[8]。正確認識和合理劃分地下水系統是勘查與評價區域地下水資源的理論基礎，也是區域地下水資源開發與規劃的重要依據[9-10]。

伊犁河谷地處我國西北邊陲，西與哈薩克斯坦接壤，是國家實施“一帶一路”經濟戰略上的一個重要支點[11]。由于以往在該地區開展的水文地質工作程度有限，導致對該區域地下水系統認識程度較低。筆者以野外水文地質調查為基礎，結合研究區以往資料，對伊犁河谷地下水系統進行劃分并對其特征進行分析，為正確評價伊犁河谷地下水資源以及科學開發利用地下水資源提供科學依據。

1?研究區概況

1.1?自然地理條件?伊犁河谷地處我國新疆天山山脈西段，區內地形地貌形態較復雜，總體呈“三山夾兩谷地一盆地”的格局，呈三角形，東部頂點為特克斯河與鞏乃斯河交匯處，西部底邊朝向中哈邊界，東高西低，地勢由東向西傾斜，東西長170 km。伊犁河谷北部自西向東分布著NW—SE走向的科古琴山、博羅科努山和依連哈比爾尕山等北天山支脈。依連哈比爾尕山平均海拔高度在3 600 m以上，最高峰海拔5 500 m，博羅科努山海拔4 000～4 500 m。南部自西向東分布著NEE—SWW走向的哈爾克他烏山、那拉提山等南天山支脈，平均海拔高度3 500～4 000 m，昭蘇西南的汗騰格里山最高海拔在6 000 m以上。伊犁水資源豐富，是新疆荒漠干旱區的一塊“濕島”。區內主要有伊犁河及其三大支流特克斯河、鞏乃斯河、喀什河。

1.2?區域地質條件?區內地質構造比較復雜。構造形成始于震旦紀之前的呂梁期，經加里東期，尤其是華里西期表現更趨強烈，基本形成了區內構造的骨架。又經后期的燕山運動和喜馬拉雅運動，便形成了目前的構造形態。伊犁河谷大地構造位于天山—興安地槽褶皺區西南天山褶皺系西天山優地槽褶皺帶。伊犁河谷地出露的地層包括元古界長城系特克斯群、長城系—青白口系和薊縣系—青白口系;古生界奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系;中生界三疊系、侏羅系及新生界第三系、第四系。研究區中低山區、低山丘陵區黃土較發育。在垂直方向上，黃土分布范圍上限至林帶，海拔高度2 000～2 200 m，下限與河谷平原相接，最低海拔高度600～700 m。區內第四紀地層相當發育，包括各個不同時期的多種成因類型的堆積物。主要分布于伊犁—鞏乃斯谷地、喀什河谷地、昭蘇—特克斯谷地中。出露地層有下更新統山麓堆積，中更新統冰磧層和冰水堆積層，上更新統冰磧、冰水堆積、風積、洪積、沖積，上更新統至全新統的沖積洪積，全新統的冰磧、冰水沉積、沖積、洪積及沼澤沉積等。第四紀沉積物的結構，一般在谷地和盆地兩側的山前和各大河流的上游均為單一的卵礫石層，山前洪積扇中部以下和各大河流中、游逐漸變為砂礫石、亞砂土、亞黏土、黏土等互層的多層結構。在伊犁—鞏乃斯谷地中，第四紀沉積物厚度，伊犁河下段伊寧市以西大于350 m，上段鞏留縣附近大于488 m，鞏乃斯谷地東部（新源縣以東）大于800 m。

1.3?區域水文地質條件?伊犁河谷呈典型喇叭狀，西端開口處寬約90 km，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸到工作區東部合攏，為一斷陷谷地，第四系厚度由東向西增大，最厚可達近1 000 m，地層結構多次由單層到多層交替，巖層顆粒也多次由粗到細變化。在野果林改良場以北，卵礫石層厚約800 m，往西到阿勒瑪勒一帶，顆粒變細，層次增多，變為多層結構;再往西到新源縣附近，因恰普河從南面匯入，形成新源洪積扇，改變了原有地層結構。在洪積扇的中部，為單一砂礫石層，厚約420 m。沖洪積扇前緣地帶為多層結構。新源縣以西至肖爾布拉克和公安農場一帶，為恰普河和特克斯河兩個沖洪積扇的扇間地帶，顆粒變細、層次增多，再次出現多層結構。到特克斯河出山口處，又形成規模更大、影響范圍更廣的沖洪積扇，單一卵礫石層厚度可達600 m。再往西到73團7連一帶，又變為多層結構。到雅馬渡附近為一新構造隆起，砂礫石變薄，19號孔揭露僅13.5 m。往西又逐漸增厚。到伊寧市以西的廣大平原區，出南北山前為單一砂礫石層外，伊犁河兩側皆為細顆粒的多層結構。據研究區地下水位統測數據知，在山前沖洪積扇區，地下水埋藏深度大于100 m，在河流沖洪積扇的河谷區兩側，地下水埋藏大多在0～15 m范圍內。研究區北部及南部的山區是地下水主要補給區，山前沖洪積或冰水沉積傾斜平原是主要徑流區，而盆地或谷地中部平原區則是主要排泄區。在谷地兩側雖有南北向徑流，但整個谷地的地下水總流向是由東向西，大體與鞏乃斯河及伊犁河的流向相一致[12-16]，伊犁河谷水文地質情況見圖1。

2?伊犁河谷地下水系統劃分

2.1?地下水系統劃分的原則及依據?地下水劃分原則主要遵循整體性原則、等級結構型原則及系統劃分和地下水資源評價與開發相結合的原則[17]。以自然狀態不同級別地下水流系統為首要依據，以含水層系統為判斷水力聯系和流動系統內部結構的重要基礎。只有在進行地下水系統管理模型研究時，在地下水自然系統的基礎上考慮人類活動的影響。

在地下水系統劃分時，首先劃分含水層系統，將含水介質基本相同，具有固定邊界所圈閉的含水巖系劃分為同一個含水系統，根據含水介質結構、巖相古地理條件及空間分布進一步劃分為次級含水系統。然后，在同一含水系統內，將具有統一水力聯系的連續水流劃分為地下水流系統，同一地下水流系統內，根據其內部水循環特征的差異、水力性質及循環方式和水均衡要素的不同，可進一步劃分為若干個次級地下水流動系統[18]。

2.2?地下水系統分區結果?以地下水系統理論為基礎，依據各個不同水文地質單元的特征、地下水的賦存條件和分布規律。初步劃分為伊犁河谷谷地地下水系統和伊犁河谷基巖山區地下水系統2個一級地下水系統，在此基礎上進一步將伊犁河谷谷地地下水系統劃分為喀什河谷地地下水系統等3個二級地下水系統，將伊犁河谷基巖山區地下水系統劃分為科古琴山—婆羅科努山—依連哈比尕山地下水系統等4個二級地下水系統。研究區地下水系統分區見圖2。

2.3?地下水系統分區及其特征

2.3.1?伊犁河谷谷地地下水系統（Ⅰ）。伊犁河谷谷地主要受伊犁河以及及其三大支流特克斯河、鞏乃斯河、喀什河沖積而成，為地下水的主要徑流與排泄區，主要包括伊犁—鞏乃斯谷地、喀什谷地及昭蘇—特克斯谷地。伊犁河谷谷地地下水系統是研究區最為重要的地下水系統，該系統涵蓋研究區整個平原河谷區，具有地下水資源豐富，水位埋藏淺、水質優良，易于取用等特點，是當地居民飲用、工業及農業等主要用水來源。

（1）喀什河谷地地下水系統（Ⅰ1）。位于婆羅科努山和阿吾拉勒山之間，為一新生帶斷陷盆地。北側賦存基巖基巖裂隙水、碎屑巖裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水;中部為新生代陸相堆積物;從新生代開始，沉積中心多次向西遷移，沉積厚度由東向西逐漸增大，喀什河流域的第四紀堆積物是谷地中松散巖類孔隙潛水的主要分布區，局部分布承壓水。喀什河谷地地下水主要接受降水、地表水滲入和基巖裂隙水側向補給，徑流途徑較短。

（2）伊犁—鞏乃斯河谷地地下水系統（Ⅰ2）。位于研究區中部，呈NWW向橫貫全區，為典型的喇叭狀，西端開口處寬超過90 km，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸，至東部合攏。為一斷陷谷地，第四系厚度由東向西增大，最厚可達近千米，地層結構多次由單層到多層交替，巖層顆粒也多次由粗到細變化，地下水主要以松散巖類孔隙潛水和承壓水為主。此外，在谷地南北兩側的山前地帶還分布有第三系砂礫巖裂隙孔隙水，鳳成黃土中水量較貧乏的潛水以及透水性差或透水不含水的冰水堆積。