２６ 西部探矿工程 ２０１１年第８期 应用竖井排灌技术治理焉耆盆地盐碱地研究 巴 岱 ，李 涛，马长慧，李 辉 （水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，乌鲁木齐８３００００） 摘要：西北最大的淡水湖——博斯腾湖是焉耆盆地上的一颗明珠，由于周边开发利用土地资源 进行农业生产，大量利用地表水进行灌溉，致使盆地地下水位抬高，土壤次生盐渍化现象严重。农业 生产出现恶性循环，土地盐碱化越重，需要大量水进行压碱排盐，排渠越挖越密，大量土地被占用，高 矿化水源源不断地排入湖中，致使湖水水质变差。生态环境受到严重的破坏，直接影响当地生产水平 的提高和人的生活水平的改善。采用竖井排灌技术，降低了地下水位，节约了大量水资源，扩大了灌 溉面积，收到显著的社会效益和经济效益，值得推广。 关键词：竖井排水；焉耆盆地；盐碱地；生态环境 中图分类号：ＴＶ２２２文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ１１）Ｏ８一Ｏ０２６—０４ 焉耆盆地水土资源丰富，光热资源充足，土地 肥沃，草场丰美，盆地是巴音郭楞蒙古自治州粮食的重 要产区。近几十年来，由于耕地面积不断扩大，自然植 被区转为农灌区，农业引水灌溉水用量越来越大，渠道 越修距山区越近，盆地地下水的补、径、排条件受到人为 的因素的改变，原来的水平衡系统受到破坏，冲洪扇区 河流水越来越少，甚至干涸，大量地表水经过渠道引进 平原区，地下水位不断升高，潜水无效蒸发量不断加大， 导致灌区土壤次生盐渍化程度加重，原来优良的农田地 变为盐碱地，低产田面积在不断地增加，一方面挖排渠 进行排碱，另一方面大量引地表水进行压碱洗盐，据土 壤普查报告资料统计，盆地中盐碱地面积占总农田灌溉 面积的４６．３６ ［１］。排渠越挖越密，排渠间隔由２０世 纪８Ｏ年代２００ｍ左右加密到现ｌＯＯｍ左右，不仅占据大 霍拉山为界，北侧西段以七个星背斜、东段以开都河为 界，东以小湖区为界，开似三角形。其地理坐标：东经 ８６。１５ ～８６。３９ ，北纬４１。５４ ～４２。０９ ，面积约４８０ｋｍ２， 行政区划属于焉耆县七个星镇、永宁镇、包尔海乡、查汗 采开乡、四十里城乡。 地形南西高、北东低，向博斯腾湖方向倾斜，海拔 １２１０￣－－－１０４６ｍ 多年平均降水量６４．７ｒａｍ，多年平均蒸 发量１８９０．１ｌｍｍ，地下水主要补给来源是霍拉山小河 沟及开都河古河道地下水的潜流补给，地下水径流方向 由南西向北东，最终排泄于开都河、博斯腾湖及小湖区。 含水层从上游到下游，由单一结构的潜水含水层，逐渐 变为多层结构的潜水、承压含水层，含水层颗粒由卵砾 石、砂砾石、逐渐变为含砾粗砂、中砂、细砂。地下水位 埋藏深度由上游大于５０ｍ，逐渐变为平原区１～３ｍ，湖 滨地区小于ｌｍ。 含水层富水陛从上游到下游划分为极强富水区、强富 水区、中等富水区、弱富水区四个区，单位出水量大于 ５ＯＬ／ｓ・ｍ、２０￣－－４９Ｌ／ｓ・ｍ、５～１９Ｌ／ｓ・ｍ、小于５Ｌ／ｓ・ｍ。 面积土地资源，造成水资源的严重浪费，而且效果不理 想；另一方面大量高矿化排渠水排入博斯腾湖，使湖水 水质严重变差。所以治理盐碱地采用排渠方法是原始 的、过时的、权宜之计、治表不治本的短期行为。要从根 本上彻底治理盐碱地，必须从新的思维、新的治碱技术 地下水补给总量为１．５４×１０ ｍ３／ａ，其中侧向补给 思路去考虑，以焉耆盆地开都河南岸竖井排灌农用水源 量０．６６×１０。ｍ３／ａ，渠系渗漏量０．７３×１０。ｍ３／ａ，田间入 地运行及治理效果进行分析，以抛砖引玉为治理盐碱地 渗量０．１３×１０。ｍ３ ａ，降水入渗０．００７×１０ ｍ３／ａ，排泄 作出新的思考。 量主要为潜水蒸发地下水量０．６７×１０ ｍ３／ａ，排水渠量 ｌ工程区水文地质概况 ０．４５×１０ ｍ３／ａ，植被蒸腾地下水０．１２×１０ ｍ３ ａ，人工 焉耆七个星一包尔海竖井排灌农用水源地位于盆 开采量０．０８×１０ ｍ３／ａ。水源地可开采量０．５０× ｍ３／ａ。 地开都河南岸，地处霍拉山东部冲洪积平原区，南侧以 １Ｏ０＊收稿日期：２Ｏｌ０．１０－２５ 第一作者简介：巴岱（１９５９一），男（蒙古族），和静人，工程师，现从事水文地质、工程地质技术工作。 ２０１１年第８期 西部探矿工程 ２７ 地下水水质在上游单一结构潜水矿化度０．２～ ０．５ｇ／Ｌ，水化学类型ＨＣＯ３一Ｃａ型水。平原区潜水矿 化度３￣１０ｇ／Ｌ，水化学类型ＳＯ ・Ｃｌ—Ｎａ、Ｃｌ—Ｎａ型 水；其下第一层、第二层承压含水层矿化度０．４～ ０．７ｇ／Ｌ，水化学类型Ｓｏ４・ＨＣＯ３一Ｃａ・Ｎａ型水。 深８０ｍ，井径大于６５０ｍｍ，管径３７７ｍｍ。抽水时间根 据农业用水特点，全年按１８０ｄ计算，每天工作２０ｈ，设 Ｏ Ｏ ６骗 良Ｏ 计单井出水量１５０～２００ｍ３／ｈ，设计开采总量５０００× １０ ｍ３／ａ，需布井开采井７Ｏ眼，观测孔１１眼，井深８０ｍ， ７ ８ 井径３５０ｍｍ，管径１０８ｍｍ。 ２ １ ９ ６ ８ １ ３．２ ３ ２ ０ ● ６ ● ３ ● ９ ● ３ ● 地下水动态变化高水位期在每年１月份，低水位期 本工程开始于２００２年１Ｏ月，２００３年１２月全部工 ２ Ｏ ２ ８ ７ 在每年８月份，年变幅１～２ｍ。 程完工。２００４年水源地开始运营。１ ２ ２ １ １ ２水源地布井方案 ３运行后效果分析 ２ ７ ４ ５ ８ ８ ８ ３ ８ ９ ５ ４ ７ ４ ３ 该水源地主要用于农业灌溉区，位于开都河南岸， ３．１水源地开采量情况 霍拉山东部，３１４国道以北的三角洲地带，面积约 该水源地２００３年建成，２００４年开始运行，年开采 ２４ ５ １ ５ｌ ５ ２ ６ １５０ｋｍ。。水源地主要开采４０￣８０ｍ地下水，据抽水试 量逐年有所增加，６ ５ Ｏ ４ ８ 基本上开采量控制在０．３×１０６ ５ ７ ７ ５ ｍ。／ａ 验：影响半径２５０￣４７０ｍ，考虑到水源地以降低地下水 左右，最大开采月份在６、７、８三个月份，２００４￣２００８年 位，改良土壤盐碱地为目的，井群布置按８００ｍ间距，井 各年月开采量统计见表１。３ ４ ６ ６ ５ ２ ７ ２ ３ ８ ９● ２ ● ７ ● ３ ● ３● ２ ｌ ６ １ ３ 表１七个星一包尔海农用灌溉水源地２００４￣２００８开采量（单位：１０ ｒｎ３） １ ３ ４ ３ ３ 年份 ３ １ ８ ４ ９ ８ ８ ９ ９ ２ ２ １Ｏ ｌｌ １２ 合计 ２００４ ４ ２ ６８．０ ６ ２ ９ ｌ１９．９ ９０．１ ０ １２４９．８ ２００５ ２８３．０ ５２５．３ ３３．４ ０ ２７５７．１ ２００６ ２８９．７ ６１８．９ ３５．１ ０ ３１１０．１Ｏ ２００７ １２０．５ ６０８．０ ｌ１８．６２ ０ ２８７２．３ ２００８ １４３．４ ６１１．２ ５９．６ ０ ２９３０．０ ３．２地下水位下降趋势分析 开都河南岸竖井排灌水源地经过５年的开采运行， ／ ——●一—、．——一’ Ｉ一未开采时｛ 取得了降深地下水位的目的，效果是比较显著的，生态 Ｌ 器量 划 环境向良性循环方向发展，４～１０月份排碱渠基本上处 于干涸状态，冬季有少量的水流。分析开采时７月份的 叹 最大水位降深值、不开采期最高水位１２月份的变化趋 辱杖辱 ……辱 …世 ∞ 势，以分析地下水的动态变化与开采量的关系。根据长 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｏ ０ ０ ０ ０ 。 ０ ０ ０ 观孔资料选取各年７月份水位下降值（表２）可知，距离 （时间） 水源地中心最远的上游Ｇ１孔地处冲积扇上游，２００３年 水源地没开采时，地下水位埋藏深度２６．５７ｍ，随着地下 图１观－－０２孔地下水位埋深变化曲线 水的开采量增大，地下水埋藏深度有增大趋势，２００６年 ｌ４００ 达到水位埋深最深２９．５９ｍ，最大降深３．０２ｍ（图１～ １２００ １０００ ３）。２００７年虽然开采量继续增大，但水位下降值有变 一 ｇ ８００ 『Ｌ二 丽］ 小趋势，水位有小幅上升，说明水源地对上游的影响趋 、一 ６００ ！＝珏丞最太耐ｆ ４００ 于不稳定期状态。而对于地下水位埋藏深度３～１０ｍ ２００ 的Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５观测孔，抽水最大水位还是与地下水开 ０ 叹瓯 … ｏ 采量成正比关系，水位下降水值４．６１～８．６１ｍ。地下水 辱 …０ …ｏ ０ 位埋藏深度１～３ｍ的Ｇ６、Ｇ８、Ｇ１０观测孔地下水位下 ０ ０ ｏ 降值不随开采量的增加而加大，而是出现回升波动。 Ｇ３孔２００６年以前下降幅度不大，但２００７年后下降幅 图２观－－０５孔地下水位埋深变化曲线 度增大。小于ｌｍ的Ｇ１１孑Ｌ，地下水位基本上趋于平稳 状态，水位下降最大降深２．５７ｍ。 上大于３ｍ，一方面大大减少了潜水无效蒸发量，另一方 从表２可知：在抽水期灌区地下水位埋藏深度基本 面排碱渠基本上干涸，达到竖井排灌，降低地下水位的 ２８ 目的。 西部探矿工程 ２０１１年第８期 地下水位在１０月份开始回升，１２月份地下水基本上 可恢复到高水位状态，但距原地下水位仍有一定的下降 值，上游水位下降幅度大、下游水位下降幅度较小，上游水 位下降值１．４５￣２．１８ｍ。下游下降值ｏ．５９～１．３８ｍ，１２月 份地下水位高水位时的各孔水位资料见表３。 表２长观孔开采最大时７月份各观测孔水位变化观测值表 表３不开采时１２月份各观测孔水位变化表 ！．．．．． ．Ｌ… 墨塌 原设计开采５０００×１０ ｍ３／ａ是有水资源保证的。 ３．３灌溉面积的增加 ２００１年各乡镇由于地下水埋藏较浅，地下水位高， 盐碱地面积大，农田面积多成分片状，农田灌溉总面积 ！ ．霉 苎 譬辱 ０ ０ ０ 辱姣喜 ０ ｄ 譬 呈 呈 呈 篁 ０ 呈 ０ ０ 堂 ０ ６ ０ …Ⅳ０ ０ Ｃ１ ０ ¨、 ０ ｈ。 ０ ５ ∞ 若 ｃ１３．９１万亩；随着水源地的开发，地下水位的下降，原来 荒地、盐碱地现已改良成农田，农田面积增加２．Ｏ８倍， ２００７年灌溉面积为２８．８９万亩。各乡镇农田灌溉面积 ２００１年与２００７年统计见表４。 表４ ２００１年与２００７年开都河南岸 （时问） 图３观－－１１孔地下水位埋深曲线 各乡镇灌溉面积统计表（单位：万亩） 从表３可知：地下水位埋藏深度４．２８￣２５．８１ｍ的 单一结构、粗颗含水层区域的Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４孔，地下水埋 藏深度由小到大，再到小，说明地下水基本处于平衡状 态。小于２．３ｍ以下地域，如Ｇ３、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、 Ｇ１０、Ｇ１１孑Ｌ，地下水不同年的水位变化有所不同，但总 的来说，水位下降幅度值在逐年减少，趋于稳定状态。 原来水位埋藏深度０．６～１．１７ｍ的盐碱地，变为地下水 位埋藏深度在１．３９～１．６１ｍ的良好农田。 综上所述，南岸水源地开采后，降低了地下水位，改 良了盐碱地，从目前水位下降长观资料分析，地下水位 埋藏深度应控制在２．５ｍ左右，现大多数地下水位埋藏 深度在１．３９～１．７０ｍ，还有一定的开采潜力，所以南岸 调查南岸各乡镇引地表水量基本上变化不大，开采 地下水量０．３×１０ ｍ３／ａ左右，但农田灌溉面积却扩大 了一倍多。主要原因是减少了大量压碱洗盐的水量，另 方面是大力推行节水工程的结果。 南岸农田面积由小块、小片地联成大片，有利于机 一械化作业，农业产量逐渐提高，人民生活水平不断提高， （下转第３０页） ３０ 西部探矿工程 ２０１１年第８期 ６０ｍｍ绳索取芯双管单动钻具，孕镶金刚石钻头钻 进。 ２．２．３钻进参数的选择 在孔深３６４．９８ｍ以下钻进，要根据不同的岩层选 用的金刚石钻头不同：结晶灰岩、泥岩岩石较软，研磨性 弱，采用人造金刚石孕镶钻头，金刚石网目数４０～４５ 目，胎体硬度（ＨＲＣ）２０～２５；泥灰岩及生物礁灰岩、粉 砂质泥岩，砂岩，石英砂岩为中等硬度，采用人造金刚石 孕镶钻头，金刚石网目数４６￣６０目，胎体硬度（ＨＲＣ） ２５～３５。在施工过程中根据岩层的变化情况及钻头的 磨损情况更换不同类型的钻头，钻头在使用过程中要 “排队”使用。 金刚石钻进参数的选择，主要考虑设备机具能力和 岩层的变化情况，在能力允许的情况下，尽量采用高参 数：０－－￣３０ｍ孔段采用钻压７～８ｋＮ，转速８０ｒ／ｍｉｎ，泵量 ５２Ｌ／ｍｉｎ；３０－－－１００ｍ孔段采用钻压５～７ｋＮ，转速８０＂－￣ １７５ｒ／ｍｉｎ，泵量５２Ｌ／ｍｉｎ；ｌＯ０￣８００ｍ孔段采用钻压５～ ９ｋＮ，转速８００ １２００ｒ／ｍｉｎ，泵量４０￣７０Ｌ／ｍｉｎ；８００ １５００ｍ孔段采用钻压１０～１５ｋＮ，转速６００～ １０００ｒ／ｍｉｎ，泵量４０￣７０Ｌ／ｍｉｎ；在钻进过程中根据岩石 的可钻性和研磨性、完整程度等实际情况选择相适应的 钻进参数。 ２．２．４钻进冲洗液的选择 根据该孔的地质情况，要根据岩层的变化情况选择 不同的钻进冲洗液，以保证能快速钻进，减少孔内事故 的发生，大大降低生产成本。在Ｏ～ｌＯＯｍ破碎带钻进 时，可采用钙膨润土＋纤维素＋水配制成泥浆护壁； １００￣ｌｌ０ｍ，岩层较稳定，可用清水中加入皂化油做钻 进冲洗液，就可以保证金刚石绳索取芯钻进的正常需 要；１ｌＯ～１５００ｍ为厚度巨大的生物礁灰岩，含钙质泥 岩夹层纹状灰岩，岩性多属胶结性差，松散破碎，漏失、 掉块严重，并会有轻微坍塌，可采用ＳＤ—ＫＰ低固相冲 洗液＋随钻型多效堵漏剂，能起到胶结护壁作用，保障 施工顺利进行。ＳＤ—ＫＰ低固相泥浆配置方案：清水 ＋１ 膨润土＋０．４ ＳＤ一２＋０．５ 纯碱十０．５ ＣＩＶＩＣ ＋Ｏ．０２ ＰＡｍ＋０．４ ＫＰ共聚物，冲洗液性能指标为： 密度１．Ｏ２～１．０５ｋｇ／Ｌ，失水量９－－－－ｌＯｍＬ／３０ｍｉｎ，ｐＨ值 ９～１０，漏斗粘度２Ｏ～２４ｓ。该泥浆具有低失水、低粘 度、低固相、造浆性能好等特性，有较强的水化分散和防 塌护壁作用。在使用中还要根据井内返水情况及时调 整泥浆浓度；１１４５．７３～１５８１．４８ｍ为粉砂质泥岩、砂 岩、石英砂岩，该段岩石内颗粒粗，松散，易破碎，我们采 用ＬＢＭ冲洗液，其配方为：ＮＶ（１２ ～５ ），ＧＳＡ０ （１ ９／６ｔ０．３ ９／６），ＧＰＡＯ（１ ）；冲洗液性能指标为：密度 １．Ｏ２～１．０５ｋｇ／Ｌ，失水量９～１０ｍＬ／３０ｍｉｎ，ｐＨ值８～ ９，漏斗粘度１８￣２４ｓ。 ３结束语 ＺＫ３９—１号钻孔是我队历史上第一个施工超过 １５００ｍ的深孔，ＨｘＹ一６Ｂ型钻机也是第一次使用。在 钻探施工过程中，既有因地层复杂而引起的岩矿芯采取 困难、角度、方位易漂移等不利因素，又有新设备、新工 艺使用的摸索，适应过程及其它一些客观不利因素，给 钻探施工带来很多困难。该孔的施工同时也必将为我 队今后深部找矿的施工积累许多经验和教训，使今后的 施工得以顺利进行。 （上接第２８页） 生态环境条件逐渐改善，一个安定详和的新农村正在蓬 勃发展。 ４结论 平；另一方面减少了高矿化度水进入博斯腾湖，改善了 当地的生态环境，值得大力推广。 参考文献： （１）焉耆盆地盐碱地治理经过多年科技工作的不断 努力，采取了排渠方法取得了一定的成效，但只是治表 工程，不仅浪费了大量土地资源，还污染了淡水湖—— 博斯腾湖水质。 （２）开都河地表水矿化度小于０．３ｇ／Ｌ、开采层地下 水矿化度小于０．１ｇ／Ｌ，农作物本身在生长过程中需要 大量的矿物质，不存在盐份积累的问题。原土壤次生盐 碱地是大量引地表水，引起地下水位抬高，增大无效蒸 发量的结果。 Ｅ１］邓铭江，王世江，等．水资源及可持续利用ＦＭ］．中国 水利水电出版社，２００５． ［２］董新光，周金龙，陈跃滨．干旱内陆区水盐监测与模型研究 及时行应用［Ｍ］．科学出版社，２００７． ［３］林年丰，汤洁．塔里木西部平原生态环境地质综合研 究［Ｍ］．吉林大学出版社，１９９２． ［４］邓铭江．中国塔里木河治水理论与实践［Ｍ］．科学出版社， ２００９． ［５］水利水电勘测设计研究院地质研究所．焉耆盆地开都 河南岸地下水资源调查与评价［Ｒ］．２００１． ［６］水利水电勘测设计研究院地质研究所．焉耆盆地开都 河北岸地下水资源评价［Ｒ］．２００３． （３）竖井排灌水源地工程，一方面节约了大量土地 资源、水资源，改良了盐碱地，提高了当地人民生活水
