新疆吉木薩爾縣紅旗農(nóng)場地下水開發(fā)利用淺析

楊奎生，魏守忠

(1.新疆吐魯番水文水資源勘測局，新疆 吐魯番 838000;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222團地下水綜合試驗站，新疆 阜康 831505)

新疆吉木薩爾縣紅旗農(nóng)場地下水開發(fā)利用淺析

楊奎生1，魏守忠2，3

(1.新疆吐魯番水文水資源勘測局，新疆 吐魯番 838000;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222團地下水綜合試驗站，新疆 阜康 831505)

紅旗農(nóng)場處于流域下游，水資源貧乏。其水資源量利用在流域上游地表水引用量逐年增多造成下游來水逐年減少的趨勢下，地下水已成為主要的灌溉水源。由此近年來，區(qū)內(nèi)地下水埋深呈下降趨勢，通過對紅旗農(nóng)場水源地地下水開采量和年末地下水埋深的分析得出，農(nóng)場水源地具有地下水庫的調(diào)蓄作用，其年末地下水埋深恢復保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標具有合理性，這對紅旗農(nóng)場合理利用地下水資源極為重要。

紅旗農(nóng)場水源地;年末地下水埋深;地下水埋深恢復;地下水利用

紅旗農(nóng)場處于吉木薩爾縣流域下游，北接準噶爾沙漠，水資源極為緊缺。農(nóng)場水源利用主要靠水庫攔蓄地表水源和開采地下水為主，水量主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，現(xiàn)狀農(nóng)場水資源供需矛盾較為突出。隨著上游各業(yè)用水量的增加，水庫工程的興建，地表水下泄水量逐年減少，2007年引水量為3 479×104m3，較多年平均引水量3 992×104m3減少513×104m3，減少幅度12.8%;紅旗農(nóng)場地表來水的減少增大了對地下水的開采，2007年全場開采地下水量4 776×104m3，較多年平均開采量2 970×104m3增加1 806×104m3，增加幅度60.8%。從中可以看出，地下水已成為農(nóng)場的主要水源，區(qū)內(nèi)地下水可持續(xù)開發(fā)利用對紅旗農(nóng)場發(fā)展極為重要。

1 區(qū)域概況

紅旗農(nóng)場地處天山北麓，準噶爾盆地東南緣的山前沖洪積平原的中下部。場區(qū)地形南高北低，自東南向西北傾斜，區(qū)內(nèi)海拔高程 560～620 m，地面自然坡降為 0.15‰ ～0.48‰，平均坡降為0.33‰。受地質(zhì)構(gòu)造運動和流水沖刷切割作用的影響，場區(qū)微地形發(fā)育，形成較為明顯的溝槽洼地和高地相間的地貌，并在一、三、四場的黃土梁和農(nóng)場北部分布有風成沙丘地貌。團場土壤主要類型為草甸土、鹽土及風沙土。區(qū)內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)良好，土層深厚、土壤肥力較高。耕層土壤質(zhì)地以壤土為主，現(xiàn)紅旗農(nóng)場耕地面積16萬畝左右，是一個中型農(nóng)牧團場。

紅旗農(nóng)場為典型的大陸性氣候，年平均氣溫為6.6℃，年均降水量為160.2 mm，年均蒸發(fā)量為1 921.7 mm，干旱指數(shù)12.0，是一個水資源極為緊缺的干旱地區(qū)。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

吉木薩爾縣地下水補給源主要是發(fā)源于南部天山的河流水系。全縣10條河流和山泉徑流量多年平均值為3.5億m3。河流、山泉水在出山口后沿山前沖洪積扇大量滲漏補給地下水，同時又在上游灌溉滲漏等補給條件下，流域上游形成的地下水沿地形坡降向北西下游流動，成為細土平原區(qū)承壓水的主要補給水源。

紅旗農(nóng)場地處流域潛水溢出帶下緣，含水層為多層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成承壓水分布區(qū)和地下水排泄區(qū)。由南向北含水層巖性顆粒逐漸變小;四分場、一分場南部下新湖槽子地區(qū)，含水層巖性以粗砂礫石為主，地下水礦化度小于0.5 g/L，單位涌水量大于3 L/s·m;三場槽子、大坑沿槽子及一分場區(qū)域，含水層巖性以中粗砂為主，地下水礦化度小于0.5 g/L，單位涌水量為2～3 L/s·m之間;大坑沿槽子兩邊及二分場營盤梁地區(qū)，含水層巖性以細砂為主，地下水礦化度在0.5～1 g/L之間，單位涌水量在1～2 L/s·m;三場及五場湖沿沙漠一線，含水層巖性以粉砂為主，地下水礦化度在＞1 g/L之間，單位涌水量小于1 L/s·m。通過水文地質(zhì)勘查，紅旗農(nóng)場有三個良好的地下水開采區(qū)，大坑沿槽子(三場東堿梁)開采區(qū)、三場槽子開采區(qū)和下新湖槽子開采區(qū)。紅旗農(nóng)場集中水源地布置于此，據(jù)資料統(tǒng)計，紅旗農(nóng)場水源地占全場地下水總開采量的81%。

3 水源地地下水動態(tài)特征

紅旗農(nóng)場地下水動態(tài)類型為人工開采型［1］。每年3月底隨農(nóng)業(yè)灌溉機井開采量的逐漸增加，地下水埋深逐漸增大;至8月底灌溉高峰期，地下水埋深達到最大值;8月份以后，隨著作物灌溉用水量的減少，機井開采強度減弱，地下水開始緩慢回升，至翌年的3月份水位恢復到最高值，地下水年變幅為6 m左右。

4 地下水開采量與埋深關系分析

眾所周知，地下水開采量與地下水埋深關系是衡量水源地可持續(xù)性開發(fā)利用的一個重要定量指標。依據(jù)地下水均衡原理，水源地水位變化是在一定地下水資源儲量(水位)基礎上開采與補給的均衡變化，利用水源地開采量、地下水埋深系列數(shù)據(jù)擬合得到開采量與埋深函數(shù)關系為線性函數(shù)Q(Ms)=2 532.8Ms－3 178.4;式中:Q 為水源地年開采量(104m3);Ms為水源地年末地下水埋深(m)。

擬合水源地函數(shù)相關系數(shù)r=0.73，樣本容量n=20，在a=0.01水平上顯著，線性函數(shù)檢驗高度相關。線性函數(shù)其物理意義為水源地年末保持不同穩(wěn)定埋深，年末埋深每下降(上升)1 m，其開采量則會增加(減小)2 532.8×104m3。函數(shù)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=2 532.8×104m3/m·a。它是水源地開采地下水時其含水層的年補給能力，是評估水源地開采量能力的一個重要指標。

圖1 紅旗農(nóng)場水源地開采流量與年末埋深關系擬合圖

紅旗農(nóng)場處于流域下游，地下水具有向下游匯流作用。區(qū)內(nèi)為承壓含水層，機井開采地下水位的變化是壓力傳導，影響范圍相對較大，有相對較大的開采和補給空間。區(qū)內(nèi)開采地下水主要為農(nóng)業(yè)灌溉，在11月至翌年3月為機井停抽期間，地下水位開始恢復，從這點看，紅旗農(nóng)場地下水含水層具有較好的調(diào)蓄功能［2］，具有地下水庫的調(diào)節(jié)作用。

水源地地下水可持續(xù)開發(fā)利用的基礎是水源地地下水埋深的穩(wěn)定性。從水源地開采歷史上看(圖2)，紅旗農(nóng)場水源地2000年～2007年開采量相對較大，平均為4 027.6×104m3，期間年末平均地下水埋深2.54 m，年末地下水埋深由2000年的1.98 m下降到2007年的3.04 m，年末地下水埋深處于下降趨勢，因此必須保持紅旗農(nóng)場年末地下水埋深的穩(wěn)定性，從水源地多年動態(tài)分析看，水源地機井停抽期間的年末地下水埋深(相當于地下水庫的水位)應上升恢復到2.5 m時，才可保證來年有滿足開采的地下水量，由此，紅旗農(nóng)場水源地合理的開采量為Q(2.5)=3 154×104m3。

5 干旱區(qū)地下水資源合理開發(fā)利用功效

水資源是聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)之間的關鍵和限制因子，人類開發(fā)利用水資源，必然改變水資源的時空分布，從而使生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應變化。紅旗農(nóng)場處于河流的中下游，水資源極為緊缺，其水源地多年地下水開發(fā)利用在一定程度上奪取了潛水溢出帶的無效蒸發(fā)，同時增大了水源地的側(cè)向補給，水源地功效極大的顯現(xiàn)出來。開發(fā)利用水源地使水資源的蒸發(fā)消耗從溢出帶轉(zhuǎn)移到下游灌區(qū)，水資源在農(nóng)田蒸發(fā)消耗提高了水的利用價值，同時也孕育了周邊的野生植被，擴大了綠洲面積。有限的水資源對社會經(jīng)濟發(fā)展的承載力大大提高，生態(tài)環(huán)境經(jīng)歷了平衡—失調(diào)—改善—重新平衡的過程。地下水開發(fā)雖使地下水位有所下降，但造就了下游灌區(qū)較大面積的新綠洲，在社會發(fā)展和局部生態(tài)環(huán)境二者之間，人工綠洲的功效大于潛水溢出帶處的高水位功效。開發(fā)實踐表明，以紅旗農(nóng)場年末地下水埋深恢復保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標是合理的。

圖2 紅旗農(nóng)場水源地年開采量與年末地下水埋深關系圖

6 結(jié)語

1)通過分析，紅旗農(nóng)場水源地具有地下水庫的調(diào)蓄作用，其年末地下水埋深恢復保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標具有合理性，紅旗農(nóng)場水源地合理的地下水開發(fā)利用量為3 154×104m3。

2)紅旗農(nóng)場處于流域的下游，水資源相對貧乏。水資源開發(fā)利用必須實行總量控制。應加大全社會節(jié)水意識，重點是增加農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，提高水資源的利用率，使有限的水資源更好的支持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

3)加強和完善流域地下水動態(tài)觀測基礎工作，為流域可持續(xù)開發(fā)利用地下水提供決策數(shù)據(jù)。

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

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

P968:P641.8

B

1004－1184(2012)03－0050－02

2012－03－12

楊奎生(1962－)，男，河南項城人，助理工程師，主要從事水文水資源監(jiān)測及管理工作。