玛纳斯河流域地表水、地下水转化关系研究

砂和粉砂 。 粘土层增多， 渗透性差， 水平径流缓慢。该 区潜水位埋深小， 一般 ０ ． ５一 ４ ． ０ ｍ ．潜水含水层除接
于滋出带枯土层连续性不好， 并有混采井存在， 使潜水 含水层与承压含水层水力联系密切 ， 水位基本保持一
致。承压含水层的流动方式以水平 向北径流为主。
受水库渗漏、 渠系渗漏、 灌溉回归、 阵水人渗等来 自地 表水补给外 ， 还接受下部承压含水层的越流补给， 主要 排泄方式为燕发。自然条件下， 承压含水层的主要排 泄方式为向潜水含水层越流补给； 在人工开采条件下， 开采已成为承压含水层的主要排泄方式。由于强烈的 蒸发作用， 使该带土集盐演化严重。 １ ， ２ 地下水系统概念模型 建立地下水系统的概念模型， 可以根据建模的要 求、 系统的主要因素和状态进行刻画， 简化或忽略与系 统目的无关的某些系统要素和状态， 以便简化数学描 述， 建立地下水系统模拟模型。本研究的目的是分析 地下水系统的水力特性， 即研究在开采条件下， 地下水 与地表水转化关系， 故模型中忽略对地下水系统 的化
和特点， 即地表水、 地下水相互转化频篮， 地表水为地 下水的最主要补给薄 ， 在 自然条件下地下水的主要排 泄途径为燕发和泉排泄。目前， 开采亦成为主要排泄
方式之一。
生产的发展， 人工绿洲不断扩大， 促进了上游经济发
展； 另一方面由于不合理使用水资源产生次生盐演化 和玛纳斯河下游荒淇化、 沙淇化等生态环境间题， 直接 威胁了垦区农业生产。因而， 水资源在本区经济发展
＿ ａ ａ ｚ ｝ 。 ： ａ ａ ｈ ｘ ， ／ ） ・ ａ ａ Ｙ ｙ （ ｌ （ Ｍ Ｋ ， ａ ｙ ） 一 ｊ ｀ （ ｈ ， 一 “ ． ）
ｔ ） ） ｝ Ｉ ， ． ｏ ： 一 ：
ｈ ） Ｋ ， 甜
ａ ｈ ，
ｈ ０ ， （ ｓ ， ｙ ） ｎ ； （ 二 ， ｙ ） 二９ ． （ ｚ ， ｙ ， ｔ ）
中圈分类号二 Ｐ ６ ４ １ ． ８
文橄标识码： Ａ
文ｔ绷号： １ ０ ０ ０ － ３ ６ ６ ５ （ ２ ０ ０ １ ） ０ ２ － ０ ０ ０ ９ － ｆ １ ５
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｅ ｕ ｓ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｍ ａ ｎ ａ ｓ ｉ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｌ ｅ ｙ ． Ａ ｒ ｇ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ
一 隔水层或弱透水层； ２ － 系的界限； ３ 一 断裂及推断断裂；
４ 一 地下水流动方向； ５ 一泉 ； ６ 一水文地质分带界限
大海子 一 蘑菇湖水库以北细土平原区为地下水系
统的垂 向交替带 ， 该带潜水含水层顺粒变细 ， 主耍为细
根据地下水存在状态， 可将地下水系统分为潜水 含水层和承压含水层， 二者通过其间的 １ ０ － ３ ０ ｍ厚的 粘性土层（ 弱透水层） 发生水力联系。 研究区不同部位地下水系统结构、 参数、 抽人翰 出、 与地表水关系均不相同， 为描述这些要家随空间的 变化规律， 模型采用分布参数系统。 根据地下水流动特点， 将研究区概化为非均质各 向同性 、 双层结构、 平面二维、 非稳定地下水系统 ， 即地 下水系统的概念模酸． １ ． ３ 地下水系统数学模型 已建立的地下水系统概念模型可用如下数学模型
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ； ｓ ｒ ｒ ｄ ａ ｃ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ； ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ； ｒ ｅ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｓ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ
新疆玛纳斯河流域地处西北 内陆盆地一 天山北慈 中段 ， 是北疆重 要的粮棉基地和乌鲁木齐一克拉玛依 经济带 中重要的经济开发区。玛纳斯河灌区是新疆农
２ ０ ０ １年 第 ２期
水 文地 质 工 程 地 质
玛纳斯河流域地表水、 地下水转化关系研究
崔亚莉， 邵景力， 李慈君 （ 中国地质大学・ 北京 水资涯与环境工程系， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要： 玛纳斯河流域属内陆盆地， 水资派的一个重要特征是地下水与地表水关系密切． 是两个相互依存、 相互制约而又 相对独立的水资撅子系统。本文以可持续发展为宗旨、 水资旅的开发利用与社会 、 经济和生态环境协调发展为原则， 通 过建立地下水模拟模型， 研究了 水资抓不同开发利用方案下的地下水动态变化趋势。 关健词： 地下水； 地表水； 棋拟模型； 转化关系
描述 ：
ａ ａ ｘ。 ［ （ ｎ 一 。 ） Ｋ ｔ ， ａ ａ ｈ ｘ ， ・ ａ ｙ ［ （ ｈ ， 一 ， ， Ｋ ， 势 ］ ・
， ） ＋＜ ？ ． ＋ Ｐ 。 一 二 贡 （ ｈ ， ｈ
＋口 ，＋Ｐ ｚ
Ｋ．
ｘ ， ｙ任 ａ， ， ‘ ＿０ ＞
—
－一－－￣－－怡￣￣－￣，－￣－
月 刃ａｉ
万方数据
水 文地 质 工 程地 质
２ 理 犯１ 年第 ２期
并夹有多个枯土层， 故潜水含水层导水性能变弱， 地下 水流动受阻， 使潜水位接近地表， 在河、 沟处可形成泉， 在地表低洼处形成沼泽。大部分泉水通过河 、 沟流人 下游平原水库。因此， 该带内地表水、 地下水的转化关 系主要表现为地下水转化为地表水。滋出带地下水埋 藏浅、 含水层富水性较好， 是开采地下水的有利地段， 故该带内地下水开采量较大， 在该带上游（ 南部） 以开 采潜水为主， 下游 以潜 水 一承压水混合开采为 主。由
在冲洪积扇的中上部， 地下水系统主要接受山前 侧向补给、 河流出山口处潜流补给、 洪水季节河流渗漏 补给和地下水埋藏较浅处渠道渗漏及少量降水人渗补 给。该区含水层为单一结构潜水含水层， 含水层顺粒 粗、 厚度大， 故含水层的导水性好， 地下水系统接受补
给后 ， 主要以水平径流方式向北和西北方向径流 ， 故该
ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｓ ｅ ｔ 叩ｉ ｎ Ｍ ａ ｎ ａ ｓ ｉ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｅ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｄ ｏ ｆ ｒ ｇ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｅ ｅ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｒ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ 叫 ￣．
Ｌ － 弱透水层的厚度（ Ｍ ） ；
Ｓ ， － 潜水含水层的重力给水度； Ｓ ， — 承压含水层的储水系数；
Ｐ ｌ ． ４ ｚ — 分别为潜水和承压含水层的开采强度
互涵养 ， 提高水资源的利用率。 ２ ． １ 玛纳斯河渗漏量及其变化规律 玛纳斯河出山口径流量的大小对本区的地下水和 地表水资源起着主导作用， 该量决定 了渠首引水量和 河道泻水量的大小 ， 这两种径流途径对地下水补给具 有不同的影响。 玛纳斯河从山口到夹河子水库以上的河床渗汤条 件好 ， 渗漏系数 ０ ． ４ ０左右， 因此， 该河段径流量大小，
平径流带、 滋出带和垂向交替带； 在垂向上可以分为上 部潜水含水层和下部承压含水层（ 见图 １ ） 。将研究区 水文地质单元作为一个统一的地下水系统， 可以从总
体上研究该区地下水的运动规律。
１ 水文地质条件概况
本研究区以玛纳斯河冲洪积扇和冲洪积平原为主 体， 东部包括塔西河冲洪积扇的一部分， 西部包括宁家 河冲洪积扇。扇间地下水既存在水力联系又具有相对 独立性， 通过扇区北部的扇缘滋出带向准噶尔冲积平 原过渡， 为一个基本完整的水文地质单元， 平原区巨厚
的第四系松散岩层， 为地下水的储存和运移提供了良
好的空间。较丰富的地表水资源 ， 为地下水的形成提 供 了充足的补给来源。 研究区具有典型西北内陆盆地地下水 的运动规律
垦系统开发较早、 发展较快的大型灌 区之一， 灌区规模 为全国第四。解放后 ４ ０ 多年来， 随着农业经济的不断 发展， 水利化程度逐步提高， 已基本形成了比较配套的 引、 蓄、 灌、 排水利系统。水利灌溉一方面促进了农业
学特性模拟。
囚 ‘口 ｚ口 ３曰 ‘ 园” 田６
圈】 玛纳斯河流城地下水系统流动橄式示盆圈 Ｆ ｉ ｇ ． ｌ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍ ａ ｐ ｏ ［ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ， ． ． ，ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｌ ｏ ｗ
脚也门 抽 翻 肠 ．回 ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ， 目 ｄ ｅ ｙ
收箱 日 期： ２ ０ ０ ０ － ０ ７ － ０ ２ ； 修订日期： ２ ０ ０ ０ － １ ２ － １ ５ 鑫金项目： 国家“ 九五’ 重点科技攻关项 目（ ９ ６ － ９ １ ２ Ａ １ － ０ ３ － ０ ２ ） ； 国
家重点基础研究发展规划（ ９ ７ ３ ） 项 目（ Ｇ １ ９ ９ ９ ０ ４ ３ ６ ） 作者筒介 ： 崔亚莉（ １ ９ ６ ２ － ） ， 女（ 汉族） ， 北京人 ， 中国地质大学附 教授 ， 中国矿业大学在职博士生。
区称为水平径流带。在水平径流带 ， 地表水、 地下水的 关系表现为地表水大量补给地下水。 在乌伊公路以北、 大海子一蘑菇湖水库以南， 即等 高线 ４ ０ ０ － ４ ３ ０ ｍ范围内， 为地下水系统的滋出带。该 带内含水层由单一潜水含水层过度到上部潜水含水层 和下部多层承压含水层 。潜水含水层顺粒逐渐变细 ，
无 １ ｈ ２ ｈ ｌ ． 、
＝口 ２ （ 另 ， Ｙ ， ｔ ）
￡ ， ，Ｅ 厂， ‘ ｝０
一一一一一－－－一－－一－－气一
万方数据
２ ０ ０ １ 年第 ２ 期
水文地质工程地质
Ｉ ｌ
式中：
ｎ ｎ ， — 分别为潜水和承压含水层渗流区域；
ｈ ， 、 ｈ ， — 分别为潜水和承压含水层水位标高 （ ｍ ） ， ｈ ， ＝ ｈ ， （ ｚ ， ｙ ， １ ） ， ｈ ， ＝ ｈ ， （ 二 ， Ｙ ， １ ） ； Ｋ Ｋ ， — 分别为潜水和承压含水层的等效渗透 系数（ Ｆ ｎ ／ ｄ ） ； 天— 弱透水层 （ 越流层） 的垂 向渗透系数（ Ｉ Ｔ Ｉ ／
ｄ ） ；
入渗补给地下水， 而地下水在滋出带又以泉排泄的方 式作为下游平原水库和河流的主要补给源。因此 ， 在 以可持续发展为宗旨、 水资薄的开发利用与社会、 经济 和生态环境协调发展为原则的前提下， 研究两水时空 转化规律及其转化量随水资源开发利用条件的变化，
有Βιβλιοθήκη Baidu于充分利用这种转化规律 ， 促使地下水 、 地表水相
１ ． １ 地下水系统流动棋型 通过地质、 水文地质条件和地下水流动方式特点， 在平面上可以将研究区划分为三个水文地质单元： 水
和维系生态环境中起着重要作用。因此， 定量描述地 表水、 地下水的相互转化关系， 对于研究区地下水资源 评价、 水资源合理配置和承载能力评价， 提高全流域的
水资源利用率和保护生态环境具有重要意义。
ｘ ， ｙ任 门ｙ ， ｔ ＿ ＞ ０ ｘ ， ｙ任 口 ｔ ｝０ ｘ ， ｙ任 ｎ ２ １ ４ ＞ ０
ｘ ， Ｙ〔 Ｉ ＇ ， ｔ＞ ＿０
护 ．、 Ｊ 叮‘ 、 ， ．
二Ｐ （ 二 ， 了 ， ｔ ）二 ， Ｙ 任混合开采井 Ｐ ｝ （ ）０ 二 ， ， ， ‘ ） ＋ Ｐ ｚ （ ｘ ， Ｙ ， ｔ ） ｈ ， （ 二 ， ｙ Ｅ馄合开采井 ）Ｕ 二 ， ， ， ， ）二ｈ ： （ 二 ， Ｙ ， ｔ ） 。＝ｅ ｏ （ ｈ ‘ 一ｈ ， ） ｈ ： 一ｈ ，＞ ， ￣ ｘ ， Ｙ ， 任， 口 １ ， ‘ ＿ ＞ ０ ，