新疆奇臺縣地下水資源模擬評價及優(yōu)化配置分析

馬海兵

(新疆阜康市水利管理總站上戶溝水管所，新疆 阜康 831500)

新疆奇臺縣地下水資源模擬評價及優(yōu)化配置分析

馬海兵

(新疆阜康市水利管理總站上戶溝水管所，新疆 阜康 831500)

新疆位于我國內(nèi)陸深處，水資源匱乏，其中地下水資源由于水質(zhì)較好是自治區(qū)居民最為依賴的生活保障之一。近些年當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，對干凈水資源需求也在逐步增加，以新疆昌吉市奇臺縣為實例，開展地下水資源的調(diào)查、評價和優(yōu)化水資源配置分析。根據(jù)相關資料闡述該區(qū)域水文地質(zhì)特征，建立含水地層數(shù)值模型，對其地下水資源進行評價分析，并為其優(yōu)化配置提出建議，保證經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

奇臺縣；地下水；模擬評價；優(yōu)化配置

新疆自治區(qū)地處我國西北內(nèi)陸，氣候干旱，降水稀少，其全年平均降雨量約155 mm，僅為全國平均水平的23%。且超過80%的降雨集中在山區(qū)，而人口密集的平原區(qū)只占到15%左右。人口和降水分布的不平衡導致自治區(qū)居民對地下水資源依賴性逐步增大，因此探明區(qū)域地下水資源量，對其進行合理優(yōu)化配置已成為保證當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎性工作之一[1]。

1 縣域概況

1.1 水資源利用現(xiàn)狀

昌吉市奇臺縣位于新疆自治區(qū)東北部，全縣總面積1．67萬 km2(其中南部山地面積占8.3%、中部平原面積25.6%、北部沙漠面積66.1%)。奇臺縣屬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大縣，農(nóng)民人口占到63%以上，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占到總產(chǎn)值的40%。目前奇臺縣全年用水量為5.0×108m3，其中地下水占到45%左右，而且超過85%的水資源被用于農(nóng)業(yè)灌溉，且多為傳統(tǒng)漫灌，存在較大的水資源浪費現(xiàn)象。且隨著耕地面積不斷擴大，對地下水資源開采量必然不斷增加。

1.2 水文地質(zhì)特征

奇臺縣跨越山區(qū)、平原、沙漠三個不同的大地構造單元，地下水也是按照補給、徑流、排泄順序構成了一個完整的水文地質(zhì)系統(tǒng)(見圖1)。

圖1 奇臺縣地下水系統(tǒng)模型圖

1.2.1 南部山區(qū)地下水形成及賦存特征

奇臺縣南部天山山脈沿分水嶺一帶現(xiàn)狀冰川活動頻繁，該區(qū)域形成了種種以凍脹裂隙為主的地下含水層，其含水層厚度及地下水量具有明顯的季節(jié)性，10—5月凍結(jié)，6—9月融化。區(qū)域內(nèi)降水豐富、植被發(fā)育較好，有利于降水的截留與滲透。

降水和冰川融水補給了河流及基巖裂隙水，在深切的河谷兩側(cè)又以下降泉的形式溢出。之后又通過河流、水渠、田間等滲漏于山前戈壁礫石帶，補給潛水及深部承壓水。

1.2.2 中部平原地下水形成及賦存特征

奇臺縣平原區(qū)由洪積扇裙形成，山前傾斜平原第四系沉積很厚，中上部含水層顆粒粗大，為潛水主要含水層；中下部沖洪積平原則構成多層結(jié)構的潛水和承壓水含水層。無論是山前傾斜平原還是溢出帶以北的細土平原，地下水都有廣泛分布[2]。

在平原區(qū)中，以卵礫石為主的含水層厚度達50～120 m，潛水埋深大于40 m，單位涌水量10～20 L/S·m；以礫石、砂、亞砂及亞粘土，含水層厚度50～100 m，潛水埋深10～30 m，單位涌水量3.6～9 L/S·m。

2 含水層系統(tǒng)數(shù)值模型的建立

以地下水流動系統(tǒng)理論、遙感資料、觀測井數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用DEM數(shù)字高程模型軟件來模擬奇臺縣主要含水系層系統(tǒng)。

2.1 模擬邊界選取

模擬邊界應選用自然邊界，諸如隔水層、地下分水嶺等，減少人為抽水的影響。通過地質(zhì)勘測，整個奇臺縣平原區(qū)可作為一個模擬整體，模擬深度邊界為第三系隔水地層(范圍是50～300 m)；側(cè)向為補給或排泄邊界(見圖2)；上邊界為開放邊界，但要考慮入滲和蒸發(fā)量[3]。

圖2 奇臺縣平原區(qū)地下水邊界模擬概化

2.2 模擬參數(shù)選取

結(jié)合地質(zhì)勘查資料，將該區(qū)域由南向北分為5個不同的參數(shù)區(qū)(見圖3)，其中1號對應為山前沖洪積扇區(qū)；2和3號對應扇緣區(qū)；4號對應中部平原區(qū)；5號對應沙漠平原區(qū)。每個區(qū)域的模擬參數(shù)詳見表1所示[4]。

表1 分區(qū)參數(shù)模擬值 m/d

圖3 奇臺縣地下水參數(shù)分區(qū)圖

2.3 觀測孔水位擬合

本項目共選取區(qū)內(nèi)26個觀測井數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)步長單位為月，將實際觀測數(shù)據(jù)和模擬計算數(shù)據(jù)進行擬合，擬合過程見圖4所示(部分)。從圖中可看出觀測值和模擬計算值相差較小，說明參數(shù)選取較為合理，能夠滿足本項目研究。

圖4 某觀測井地下水動態(tài)擬合對比圖(部分)

3 區(qū)域地下水資源評價結(jié)果

經(jīng)過實測和數(shù)值模擬合，奇臺縣平原區(qū)地下水資源均衡結(jié)果見下表2所示。通過數(shù)據(jù)可知奇臺縣近幾年地下水平均總補給量約為3.2億 m3/a，而總排泄量為3.4億 m3/a，按照合理開采系數(shù)為0.7，得出目前奇臺縣地下水超采量達到0.7～0.8億 m3/a。

奇臺縣平原區(qū)地下水位總體變化趨勢如圖5所示(2008-2014年)，由圖可知七年間地下水位下降了月10 m，平均1.3 m/a。

通過對采用水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)潛水水質(zhì)的礦化度略有下降，分析是由于近幾年隨開采量的增加造成地下水循環(huán)速度加快；區(qū)域內(nèi)承壓水水質(zhì)較為穩(wěn)定，礦化度保持在250 mg/L，分析原因是由于補給源為中高山區(qū)降水，且埋深大，受外界影響小[5]。

表2 奇臺縣地下水模擬均衡結(jié)果 萬m3

圖5 奇臺縣平原區(qū)地下水位變化趨勢

4 區(qū)域地下水資源優(yōu)化配置分析

通過實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)奇臺縣對地表水資源利用率較低，僅為50%左右(主要是農(nóng)業(yè)灌溉)，這些缺口不得不依靠開采地下水補齊，因而造成地下水超采現(xiàn)象嚴重。合理配置各類作物種植面積對節(jié)約水資源意義重大，在此主要對區(qū)內(nèi)五種主要作物(小麥、玉米、大麥、油料、甜菜)種植面積進行合理分配[6]。

結(jié)合經(jīng)濟效益(分攤值)、社會需求(產(chǎn)量比例)、生態(tài)效益(定性指標)，通過定量化及二元比較判斷，得出奇臺縣小麥種植面積上限2.67萬 hm2；玉米面積上限1.10萬 hm2；大麥面積上限0.7萬 hm2；油料和甜菜上限均為0.45萬 hm2，這些占到全部耕地的80%左右。此外，對井灌耕地作物進行嚴格管理。

5 結(jié)語

地下水資源是新疆多地最為緊缺的資源，也是制約社會經(jīng)濟發(fā)展和人們生活水平的重要因素。奇臺縣地下水資源和人口分布不均衡，通過對其動態(tài)進行模擬，發(fā)現(xiàn)存在較為嚴重的超采現(xiàn)象。因此必須控制耕地和水井數(shù)量，遵循“以水定地”原則，提高地表水利用率，降低農(nóng)業(yè)灌溉對地下水的依賴，這是保證當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的途徑。

[1]崔蓮蓮.新疆昌吉州地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問題[J].黑龍江水利科技.2008.(02)：35-38.

[2]楊宏偉，朱槿.準噶爾盆地南緣平原區(qū)地下水動態(tài)及地下水資源可持續(xù)利用對策[J].新疆地質(zhì).2012.(03)：46-50.

[3]熊黑鋼，常春華，夏倩柔.基于多目標模糊優(yōu)化模型的奇臺縣種植業(yè)結(jié)構優(yōu)化配置[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究.2011.(01)：37-40.

[4]熊黑鋼，常春華，冒靜.基于模糊綜合評判的新疆奇臺縣農(nóng)業(yè)水資源承載力分析[J].水資源與水工程學報.2010.(04)：55-58.

[5]趙冬莉.昌吉州平原區(qū)地下水多年動態(tài)變化分析[J].中國水運(下半月).2012.(11)：43-47.

[6]鄧銘江.新疆地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及潛力分析[J].干旱區(qū)地理.2009.(05)：21-24.

2017-03-03

馬海兵( 1982-)，男，新疆阜康人，工程師，主要從事水利工程建設與管理工作。

P641.8

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1004-1184(2017)04-0245-02