新疆青格達(dá)湖水源地地下水開發(fā)利用淺析

阿依古麗.托合提,魏守忠

(1.新疆克孜勒蘇水文水資源勘測局,新疆 阿圖什市 845350;2.新疆水文水資源局三工河流域地下水環(huán)境監(jiān)測站,新疆 阜康 831505;3.新疆兵團(tuán) 222團(tuán)地下水綜合試驗(yàn)站,新疆 阜康 831505)

青格達(dá)湖水源地是 1963年建成的農(nóng)用地下水水源地。它是為解決處于下游沖洪積細(xì)土平原的團(tuán)場灌溉用水而建立的。青格達(dá)湖水源地建于烏魯木齊河沖洪積扇溢出帶。水源地為下游灌區(qū)長年抽水、蓄存于猛進(jìn)水庫(庫容6000×104m3),是具有水庫調(diào)節(jié)的“A”型水源地。近 27a年(1981～2007年)平均年開采地下水3 217×104m3,為下游沖洪積細(xì)土平原灌區(qū)輸送了穩(wěn)定、可靠的水源,社會經(jīng)濟(jì)得到了可持續(xù)發(fā)展。其水源地開發(fā)利用方式可對干旱區(qū)的地下水開發(fā)利用提供經(jīng)驗(yàn)。

1 區(qū)域概況

烏魯木齊河流域南接天山北麓中段東部,北接古爾班通古特沙漠。流域有烏魯木齊河、頭屯河,老龍河及泉水水系,年總逕流量達(dá) 5×108m3左右。區(qū)內(nèi)氣候條件為大陸性干旱氣候類型,平原區(qū)多年平均降水 185.8mm,年平均蒸發(fā)量1 868mm,干旱指數(shù)10.1,是一個(gè)水資源極為緊缺的干旱地區(qū)。

青格達(dá)湖水源地處于烏魯木齊河沖積平原下游,區(qū)內(nèi)發(fā)育了巨厚的第四系沖積相堆積物,沉積地層為礫石、砂礫、粘土等土互層的多層結(jié)構(gòu)。地下水系統(tǒng)上部為潛水、下部為多層承壓水層。水源地在 350m深度范圍內(nèi)一般可揭露 4個(gè)含水層(表 1),單層厚度一般為 10～50m。承壓含水層為中更新世一晚更新世(Q2-3al+l)沖洪積卵礫石和砂礫石、粗砂,呈多層結(jié)構(gòu)。每年 2～3月份,因區(qū)域地下水在非灌溉期停止開采原因,承壓水逐漸恢復(fù)上升,以致高出地面,機(jī)井呈自流狀態(tài)。受地形影響,區(qū)內(nèi)自南向北承壓水頭逐漸變小。

表1 青格達(dá)湖水源地區(qū)含水層特征表

水源地現(xiàn)有機(jī)井?dāng)?shù) 51眼,機(jī)井深度為 60～300 m之間,單井出水量 40～300 m3/h。多年地下水年平均開采量 3217×104m3。

區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給為上游地下水側(cè)滲、河道及農(nóng)田灌溉等地表水體的垂直入滲。排泄方式主要為向下游的側(cè)向排出、人工開采、地下水蒸發(fā)、蒸騰和排渠排泄。

長年抽水蓄存水庫,地下水開發(fā)利用已使昔日潛水溢出帶的沼澤濕地疏干變?yōu)檗r(nóng)田,天然綠洲變?yōu)槿斯ぞG洲。流域隨著社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高,地下水已成為流域的主要供水水源。在此條件下,青格達(dá)湖水源地則保持了地下水位的相對穩(wěn)定,其可持續(xù)開采的實(shí)踐是干旱區(qū)地下水開發(fā)利用中值得重視和探討的問題。

2 水源地地下水動態(tài)特征

從 1981年青格達(dá)水源地地下水動態(tài)觀測資料可以看出(圖 2),水源地開采量經(jīng)歷了高、中、低三個(gè)年開采量過程。高開采量期(1981～1984年),地下水開采量5266～6 373×104m3,年平均開采量5871×104m3,地下水埋深 14.14～22.2m,此期為地下水埋深穩(wěn)定期;中等開采量期(1985～1992年)歷程 8年,地下水開采量2 390～8 358×104m3,年平均開采量4 614×104m3,地下水埋深 0.42～20.8m,此期為地下水埋深恢復(fù)上升期;低開采量期(1993～2007年)持續(xù)時(shí)間 15年,地下水開采量 259～2 824×104m3,年平均開采量1 764×104m3,地下水埋深 0.04～16.55 m,此期為地下水淺埋深穩(wěn)定期,區(qū)內(nèi)潛水無效蒸發(fā)量增大[1]。

從青格達(dá)湖水源地總的開采埋深過程曲線看,水源地開采地下水形成的降深漏斗騰空了其區(qū)內(nèi)含水層空間,使流向水源地的地下水水力坡度增大,地下水向漏斗中心匯流作用增強(qiáng),可襲奪較多的補(bǔ)給水量,如潛水蒸發(fā)量、地下水側(cè)向排泄等地下水量,從而使水源地水位達(dá)到動態(tài)平衡。在水源地高開采量期,地下水埋深保持穩(wěn)定在 21.4m左右。明顯可以看出,水源地年開采量在小于3 500×104m3時(shí),水源地埋深呈恢復(fù)上升狀態(tài)。1993年后地下水埋深持續(xù)上升,至2 000年后,地下水埋深為 0.04～0.61m。水源地地下水除開采和側(cè)向排泄外,其余轉(zhuǎn)化為潛水蒸發(fā)。

多年的開采實(shí)踐表明水源地在較大開采量條件下能達(dá)到采補(bǔ)平衡,地下水位可保持相對穩(wěn)定狀態(tài);在開采量較少的年份,水源地地下水位會很快上升恢復(fù),發(fā)揮出了水源地蓄存地下水的作用。由此說明,青格達(dá)水源地是一個(gè)可以高效利用的地下水水源地。

圖1 青格達(dá)水源地歷年逐月地下水埋深與年開采量變化關(guān)系圖

3 青格達(dá)水源地地下水開采量與埋深關(guān)系分析

青格達(dá)水源地地下水開采量與其埋深關(guān)系是衡量水源地可持續(xù)性開發(fā)利用的一個(gè)定量指標(biāo)。利用水源地開采流量和埋深監(jiān)測資料,初步分析得出青格達(dá)水源地地下水開采量與埋深為線性方程(圖 2),Q(h)=139.21 S+1 864.1式中,S:水源地年平均地下水埋深 (m);Q:水源地年開采量(104m3)。

擬合方程與水源地開采承壓水線性模型一致[2],回歸方程相關(guān)系數(shù) R=0.544,樣本容量n=27,在a=0.01水平上顯著,R=0.544＞0.487,方程檢驗(yàn)高度相關(guān)。線性方程中,其物理意義為青格達(dá)水源地保持不同穩(wěn)定埋深,埋深每下降(上升)1m,其開采量則會增加(減小)139.2×104m3。方程系數(shù)可理解為水源地年單位降深地下水開采量。即為 q=139.2×104m3/m?a。它是青格達(dá)水源地開采地下水時(shí)其含水層的年補(bǔ)給能力,是評估水源地開采量能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

圖2 青格達(dá)水源地開采流量與埋深關(guān)系擬合圖

青格達(dá)水源地現(xiàn)狀地下水開采量相對較小,區(qū)域地下水埋深小于 1m,存在大量的潛水無效蒸發(fā),同時(shí)加大了土壤次生鹽漬化的程度,對干旱區(qū)珍貴的水資源來說,應(yīng)適當(dāng)奪取潛水蒸發(fā)量,除害興利[3]。從青格達(dá)水源地多年動態(tài)分析看,水源地地下水埋深調(diào)控在 15～20m較為合理,對應(yīng)的地下水開采量為 Q(15～20)=139.21S+1 864.1=3 952.3～4 648.3 ×104m3。

3 結(jié)論與建議

(1)水源地地下水多年埋深變化穩(wěn)定是其水源地可持續(xù)利用的保證,實(shí)踐證明水源地建在潛水溢出帶是開發(fā)利用山前地下水庫的最佳位置。分析得出,青格達(dá)水源地地下水年單位開采量為 139.2×104m3/m?a,地下水補(bǔ)給條件好,開采能力較大?？蔀橄嗨频貐^(qū)開發(fā)利用地下水提供經(jīng)驗(yàn)。

(2)水源地近期地下水埋深小于潛水蒸發(fā)臨界值,應(yīng)適當(dāng)提高水源地地下水開采量,提高水資源的利用率,初步分析青格達(dá)水源地年開采量3 952.3～4 648.3×104m3較為合理。

(3)不斷加強(qiáng)、完善流域地下水動態(tài)觀測的基礎(chǔ)工作,為流域可持續(xù)開發(fā)利用地下水提供數(shù)據(jù)。

[1]王大純,張人權(quán),史毅虹,等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,1995.

[2]薛禹群,朱學(xué)愚.地下水動力學(xué)[M].地質(zhì)出版社,1979.

[3]高健磊,吳澤寧,左其亭,等.水資源保護(hù)規(guī)劃理論方法與實(shí)踐[M].鄭州:黃河水利出版社,2002.