新疆青格達(dá)湖水源地地下水資源開(kāi)采現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

丁國(guó)梁，楊 鵬

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000)

新疆青格達(dá)湖水源地地下水資源開(kāi)采現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

丁國(guó)梁，楊 鵬

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000)

新疆五家渠市近年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，城鎮(zhèn)化水平大幅提高，預(yù)計(jì)至2030年，五家渠城市建成區(qū)綜合需水量將達(dá)到3 632×104m3/a。為評(píng)價(jià)其城市供水水源地—青格達(dá)湖水源地的允許開(kāi)采量和水質(zhì),通過(guò)詳勘精度的水文地質(zhì)勘察工作，在完成大量物探、鉆探、試驗(yàn)等勘察工作量后，摸清了水源地水文地質(zhì)條件，以模型法、動(dòng)態(tài)資料分析法等方法評(píng)價(jià)其允許開(kāi)采量為5 350×104m3/a，城市供水目標(biāo)取水層可供水量為2 803×104m3/a，不足水量尚需其它水源解決。

地下水；水文地質(zhì)條件；勘察；允許開(kāi)采量；評(píng)價(jià)

1 概況

五家渠市位于新疆天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣、烏魯木齊河和頭屯河下游，面積740.1 km2。該市南距烏魯木齊市33 km，西距昌吉市23 km，東距阜康市55 km，至烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)30 km。

青格達(dá)湖水源地行政區(qū)屬五家渠市，位于五家渠市南段突出部。水源地始建于1963年，迄今已有50 a的開(kāi)采歷史，水源地建成伊始的目的是排水改良鹽堿地，1974年以后，逐漸轉(zhuǎn)為排灌結(jié)合，在降低地下水水位的同時(shí)，滿足農(nóng)業(yè)灌溉。八十年代初期以后，水源地排水改良土壤的任務(wù)完成，由于灌溉、生活需水量不斷增加，水源地也就成為五家渠以灌溉、生活供水為目的的地下水水源地。

近年來(lái)五家渠市經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較為迅猛，城鎮(zhèn)化水平大幅提高，其城市規(guī)劃成果估算至2030年，五家渠城市綜合用水需求量將達(dá)到3 632×104m3/a，而該市現(xiàn)狀水源地設(shè)計(jì)供水能力僅為1 241×104m3/a。為保障五家渠市城市供水安全，需對(duì)青格達(dá)湖水源地進(jìn)行詳勘階段的水文地質(zhì)勘察工作，摸清水源地水文地質(zhì)條件，評(píng)價(jià)其允許開(kāi)采量和供水水質(zhì)，以分析水源地滿足城市發(fā)展需水的程度。

2 水源地水文地質(zhì)條件

2.1 現(xiàn)狀開(kāi)采量

青格達(dá)湖水源地在80年代中期以前開(kāi)采井深度大多在100 m以內(nèi)，年內(nèi)各月均有地下水自流溢出量，最大年自流量達(dá)到410×104m3/a，后來(lái)隨著100 m深度以內(nèi)地下水開(kāi)采量的增加和100 m以上井的增加，水源地地下水自流量也逐漸減少。在1984和1985年，青格達(dá)湖水源地地下水開(kāi)采量達(dá)到歷史頂峰(8 000×104m3/a)，區(qū)內(nèi)機(jī)電井基本再無(wú)地下水自流現(xiàn)象。青格達(dá)湖水源地多年平均分類開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，水源地歷年開(kāi)采量及機(jī)電井自流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.2 水文地質(zhì)條件

青格達(dá)湖水源地地處天山山脈中段、烏魯木齊河、頭屯河流域山前沖洪積平原潛水溢出帶。水源地南北長(zhǎng)約10 km,東西寬為1.2～2.1 km,面積17.5 km2，水源地范圍海拔高程480～540 m。

水源地范圍年降水量不足200 mm，但南部的天山山地降水相對(duì)充沛，常年覆蓋有積雪和冰川，因此，水源地地下水主要靠地表水出山口后的大量滲漏補(bǔ)給、春季融雪水入滲和山前側(cè)滲、本區(qū)水體的垂向滲漏等的補(bǔ)給。水源地地下水的排泄，以人工開(kāi)采和側(cè)向流出為主。

水源地第四紀(jì)松散沉積物厚度超過(guò)500 m，巖性為沖洪積的卵礫石、砂礫石、粉土、粉質(zhì)粘土等，組成本區(qū)多層結(jié)構(gòu)的承壓含水層組。水文地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2。

表1 青格達(dá)湖水源地多年平均地下水分類開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)表

圖1 青格達(dá)湖水源地地下水開(kāi)采及自流量統(tǒng)計(jì)

水源地地表多分布有粉土、粉質(zhì)粘土和粘土，以粘土類居多，厚度20～30 m。此沉積層形成水源地范圍潛水含水層(弱透水層)，潛水位埋深1～11 m。

潛水含水層之下則為水源地的第一層承壓含水層，厚度50～60 m，承壓水頭+0.5～12 m，以7～12 m居多。巖性以青灰色卵礫石、砂礫石居多，粒徑以3～8 mm居多，分選性較好；在中部及以南地段，卵石最大粒徑30 mm。此含水層滲透系數(shù)介于10～130 m/d，釋水系數(shù)介于3.2×10-5～9.2×10-3。

水源地范圍90～100 m深度，出現(xiàn)第二層承壓含水層組，其與第一層承壓含水層混合后的水頭為+0.5～21 m，以6～20 m居多。巖性以砂礫石為主，粒徑多2～7 mm，略小于第一層承壓含水層，級(jí)配尚好。其特征是南部和中部厚度大、單層厚度可達(dá)30 m以上，北部厚度變小、一般在20 m左右。據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，其滲透系數(shù)為10～57 m/d，釋水系數(shù)2×10-3左右。第一、二層間隔水層巖性一般由粘土、粉質(zhì)粘土組成，從第一層承壓水水頭和第一、二層混合水頭埋深、頂?shù)装迓裆钆袛?，第二層承壓水?duì)上層承壓水具一定的補(bǔ)給作用。

第三、四層承壓含水層頂板由南向北埋深125～110 m和195～150 m，混合水頭埋深10～30 m。在水源地的南部，二層含水層的單層厚度均可達(dá)到50 m，中部則被粘土類透鏡體地層分割成10～30 m的含水層組，至北部，含水層巖性過(guò)渡為砂礫石、粗砂。據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，第三、四層承壓含水層滲透系數(shù)可達(dá)20～50 m/d，釋水系數(shù)8.8×10-5～1.4×10-3，表明其富水性和給水能力仍然很強(qiáng)。

從水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，水源地第一、二層承壓水水質(zhì)不如第三、四層承壓水水質(zhì)優(yōu)良，如總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物含量具明顯的差異，見(jiàn)表2統(tǒng)計(jì)，說(shuō)明第一、二層承壓水與外界水量的交換，明顯大于第三、四層。

圖2 青格達(dá)湖水源地水文地質(zhì)剖面圖

表2 水源地第一、二層與第三、四層承壓水水質(zhì)對(duì)比表 mg/L

總體而言，水源地含水層的空間分布，基本反映了河流的沉積作用過(guò)程。即青格達(dá)湖水源地范圍，屬烏魯木齊河、頭屯河、米泉東山河系的交匯區(qū)，河流依其徑流量大小和流程長(zhǎng)短，各自將其沖洪積沉積物堆積在此。烏魯木齊河因?yàn)槌錾娇谥链肆鞒涕L(zhǎng)、米泉東山水系徑流量小，在此沉積的顆粒就小于正處中游段的頭屯河。而頭屯河流域在此尚處沖洪積地帶中游，烏魯木齊河、米泉東山水系在此已達(dá)沖洪積平原中、下游地帶，使得水源地范圍含水層形成了由南向北、由西向東略傾斜的空間分布特征，這也決定了水源地含水層的側(cè)向補(bǔ)給勢(shì)必來(lái)源于多個(gè)方向。

2.3 水文地質(zhì)參數(shù)

本次在以多孔、單孔抽水試驗(yàn)成果計(jì)算含水層水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)，采用二種方法，即泰斯承壓完整井單孔和多孔抽水試驗(yàn)公式法計(jì)算各參數(shù)，采用Aquifer Test軟件以泰斯配線法計(jì)算試驗(yàn)孔各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)，以二種方法驗(yàn)證試驗(yàn)和計(jì)算的精度。

2.4 水文地質(zhì)結(jié)論

勘探和試驗(yàn)資料表明，水源地300m深度內(nèi)，分布有四層承壓含水層，含水層巖性為卵礫石、砂礫石，隔水層巖性為粉質(zhì)粘土、粘土，厚度20～40 m不等。含水層滲透系數(shù)K=10～129 m/d，水源地西側(cè).第三、四層承壓含水層滲透系數(shù)K=24～54 m/d，單井單位涌水量37.8～48.8 m3/h·m，導(dǎo)水系數(shù)3 266～6 276 m2/d，承壓含水層儲(chǔ)水系數(shù)0.9～13.9×10-4。青格達(dá)湖水源地西側(cè)沿老干渠一線，地表沉積有厚度15～30 m的粉質(zhì)粘土層，可阻止一般污染源的污染物侵入地下含水層?？辈旃ぷ魍扑]城市供水水源地開(kāi)采目標(biāo)層為第三、四層承壓含水層，以保證城市供水的水質(zhì)和安全性。

根據(jù)勘探孔采取的第三、四層承壓含水層地下水水樣檢測(cè)成果，其礦化度小于250 mg/L，pH值8.0～8.3，總硬度小于130 mg/L，氟化物含量小于0.3 mg/L，其它有毒有害物含量均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，地下水水質(zhì)完全適宜作為城市供水水源。

表3 青格達(dá)湖水源地抽水試驗(yàn)成果一覽表

注：16～18號(hào)抽水試驗(yàn)為新農(nóng)大地下水教研室1981年8月完成。

圖3 水源地歷年開(kāi)采量與水位變化過(guò)程圖

3 地下水資源評(píng)價(jià)

3.1 地下水均衡計(jì)算

水源地地下水資源均衡計(jì)算，采用2004～2013年系列數(shù)據(jù)，逐年進(jìn)行各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量的分析計(jì)算，水源地10年平均地下水補(bǔ)給量6 808×104m3/a，排泄量6 755×104m3/a，地下水均衡差53×104m3/a，多年平均情況下補(bǔ)排基本平衡。水源地地下水均衡分析見(jiàn)表4。

圖4 2000年～2013年水源地開(kāi)采量與水位相關(guān)分析圖

從地下水補(bǔ)排成分和占比看，水源地主要補(bǔ)給源為上游和臨區(qū)含水層的側(cè)向流入量，占到補(bǔ)給量的75.2%，而排泄量中71.0%為人工開(kāi)采量。分析其近10年開(kāi)采量和地下水位變化過(guò)程，盡管近年地下水位有所下降，但是承壓水頂托造成的潛水位上升仍是明顯的，以至于水源地多年平均潛水蒸發(fā)量還有284×104m3/a。

通路分析是通過(guò)對(duì)選定的基因按照公共數(shù)據(jù)庫(kù)KEGG（https://www.genome.jp/kegg/）進(jìn)行分類，通過(guò)離散分布的顯著性分析，得到與實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠酗@著相關(guān)的通路分類，本研究利用通路在線分析平臺(tái)Omicshare（http://www.omicshare. com）以P＜0.5、FDR＜0.05為參數(shù)獲得鉤藤散治療AD相關(guān)基因的通路富集信息，并使用Cytoscape-v3.6.1構(gòu)建靶點(diǎn)-通路（T-P）網(wǎng)絡(luò)圖。

3.2 地下水允許開(kāi)采量評(píng)價(jià)

3.2.1 動(dòng)態(tài)分析法

根據(jù)收集的水源地長(zhǎng)觀資料，將其有地下水水位觀測(cè)以來(lái)的開(kāi)采量與水位變化過(guò)程進(jìn)行相關(guān)分析，分析時(shí)分為三個(gè)時(shí)段，即1977年～2013年全時(shí)段，1990年～2013年段，2000～2013年段，對(duì)開(kāi)采量和水位關(guān)系的密切性進(jìn)行分析，如此分析亦是考慮各年代水源地及周邊水利工程建設(shè)對(duì)水源地可開(kāi)采量的影響。

從圖3可以看出，在80年代開(kāi)采量達(dá)到8 000×104m3/a時(shí)，水源地水位最低下降至25 m左右，其后開(kāi)采量降低至90年代的平均2 500×104m3/a后，水位迅速回升，90年代以后，開(kāi)采量均值為4 050×104m3/a，水位均值為1.7 m。因此，從維持合理地下水水位的角度出發(fā)，水源地開(kāi)采量應(yīng)該大于4 050×104m3/a。

從各階段水位和開(kāi)采量相關(guān)性分析結(jié)果看，2000年以后開(kāi)采量與水位的相關(guān)程度較高，這也符合2000年以來(lái)水源地和周邊水資源開(kāi)發(fā)利用和水利工程建設(shè)的實(shí)際，分析見(jiàn)圖4。

由2000～2013年開(kāi)采量與水位關(guān)系分析式，可推算出水源地水位控制在3 m左右時(shí)，開(kāi)采量需達(dá)到5 355×104m3/a,考慮水源地開(kāi)采的水量在輸送和利用過(guò)程中，有555×104m3/a又回歸地下,因此實(shí)際開(kāi)采量為4 800×104m3/a。

3.2.2 典型流域可開(kāi)采量計(jì)算模型法

參照《新疆地下水資源》一書(shū)中，典型區(qū)域地下水資源與可開(kāi)采量評(píng)價(jià)章節(jié)，對(duì)天山北麓阜康市三工河流域地下水資源可開(kāi)采量，提出利用地下水?dāng)?shù)值模型得出的地下水可開(kāi)采量計(jì)算方法：地下水可開(kāi)采量=穩(wěn)定(天然)側(cè)向補(bǔ)給量+Min[引入流域地表水總量17%，流域轉(zhuǎn)化補(bǔ)給量的38%]，或者地下水可開(kāi)采量占流域補(bǔ)給量的59%。

參照該模型確定的天山北坡地下水開(kāi)發(fā)利用程度較高地區(qū)的可開(kāi)采量計(jì)算公式：

地下水可開(kāi)采量=穩(wěn)定(天然)側(cè)向補(bǔ)給量+Min[引入流域地表水總量17%，流域轉(zhuǎn)化補(bǔ)給量的38%]

可得，轉(zhuǎn)化量法可開(kāi)采量1=5 118+1 018×0.38=5 505×104m3/a；

引水量法可開(kāi)采量2=5 118+0×0.17=5 118×104m3/a；

典型流域系數(shù)法可開(kāi)采量3=6 145×0.59=3 626×104m3/a。

典型流域法確定評(píng)價(jià)區(qū)可開(kāi)采量過(guò)程，見(jiàn)表5。

表5 青格達(dá)湖水源地典型流域法可開(kāi)采量計(jì)算一覽表 104 m3/a

3.2.3 開(kāi)采系數(shù)法

依據(jù)《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL286-2003)和《新疆地下水超采區(qū)劃定工作技術(shù)細(xì)則》第4.3.2節(jié)技術(shù)要求(試行，新疆水利廳，2004年4月)，青格達(dá)湖水源地可開(kāi)采系數(shù)取值范圍0.6～0.8，作為開(kāi)采多年的水源地本區(qū)取值0.8，扣除重復(fù)計(jì)算量的地下水補(bǔ)給量為6 145×104m3/a，則有青格達(dá)湖水源地可開(kāi)采量=6 145×0.8=4 916×104m3/a。

3.2.4 地下水均衡法

對(duì)青格達(dá)湖水源地地下水均衡計(jì)算表進(jìn)行分析，見(jiàn)表6。在多年平均開(kāi)采量4 796×104m3/a的狀況下，分區(qū)仍有284×104m3/a的潛水無(wú)效蒸發(fā)量，潛水位的過(guò)高，造成區(qū)內(nèi)中、北部地帶土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，居民房屋受損。因此，本區(qū)應(yīng)優(yōu)化開(kāi)采布局，將裸地潛水無(wú)效蒸發(fā)量奪取，其可開(kāi)采量應(yīng)為4 796+284+53=5 133×104m3/a。 綜合以上分析評(píng)價(jià)，青格達(dá)湖水源地除數(shù)值模型外的其它四種分析方法評(píng)價(jià)，其可開(kāi)采量評(píng)價(jià)結(jié)果介于3 629～5 505×104m3/a之間，見(jiàn)表7。鑒于本次勘察區(qū)為青格達(dá)湖水源地，不是一個(gè)完整流域，而是對(duì)已建成水源地的可開(kāi)采量評(píng)價(jià)，因此推薦本區(qū)可開(kāi)采量采用地下水長(zhǎng)觀資料推算的結(jié)果，即青格達(dá)湖水源地地下水可開(kāi)采量為5 350×104m3/a。

表6 青格達(dá)湖水源地地下水均衡分析表 104 m3/a

表7 水源地地下水允許開(kāi)采量評(píng)價(jià)結(jié)果一覽表 104 m3/a

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)水源地地下水資源評(píng)價(jià)，水源地地下水可開(kāi)采量為5 350×104m3/a。根據(jù)水源地第三、四層承壓含水層地下水水質(zhì)檢測(cè)成果，該層地下水礦化度小于250 mg/L，pH值8.0～8.3，總硬度小于130 mg/L，氟化物含量小于0.3 mg/L，其它有毒有害物含量均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，地下水水質(zhì)完全適宜作為城市供水水源。

根據(jù)本次工作所完成的實(shí)物工作量、技術(shù)手段、工作精度以及技術(shù)評(píng)價(jià)采用的各項(xiàng)資料，評(píng)價(jià)結(jié)果完全符合詳勘階段要求，允許開(kāi)采量評(píng)價(jià)成果精度達(dá)到B級(jí)。

4.2 建議

地下水在五家渠市城市供水、城鎮(zhèn)入畜飲水、農(nóng)田灌溉和維系良好生態(tài)與環(huán)境等方面具有十分重要的作用，相關(guān)單位應(yīng)科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)地下水資源，對(duì)青格達(dá)湖水源地而言，應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)。

(1)水源地應(yīng)按設(shè)計(jì)的允許開(kāi)采量分層開(kāi)采地下水；

(2)在青格達(dá)湖水源地范圍應(yīng)嚴(yán)防人類活動(dòng)對(duì)地下水水質(zhì)造成污染；

(3)建設(shè)地下水水位、水量、水質(zhì)、水溫監(jiān)測(cè)站，構(gòu)建水源地地下水資源保護(hù)管理和預(yù)警信息系統(tǒng)；

(4)水源地范圍開(kāi)采井全部安裝智能IC卡設(shè)備，控制單井開(kāi)采量；

(5)加強(qiáng)水資源保護(hù)的法律、法規(guī)宣傳、貫徹、執(zhí)行，實(shí)施水源地環(huán)境保護(hù)的工程與非工程措施。

2016-10-17

丁國(guó)梁(1966-)，男，新疆昌吉人，高級(jí)工程師，主要從事水資源勘察與保護(hù)工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)01-0044-05