吐魯番市木頭溝地下水資源補給量分析

沙巴提亞·艾合拜爾

（新疆吐魯番水文勘測局，新疆 吐魯番 838000）

1 吐魯番市泉水成因及分布

吐魯番市位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，年平均降水量僅有16.4 mm，而蒸發(fā)量則高達(dá)3000 mm 以上，故有“火洲”“風(fēng)庫”之稱。境內(nèi)水資源形成區(qū)主要在天山各河流出山口以上中高山區(qū)地段，以冰雪為主。山外主要以地下泉水使用為主。根據(jù)泉水的補給來源及成因，吐魯番市的泉水屬下降泉。

吐魯番市泉水是來自山區(qū)地表水轉(zhuǎn)化為盆地地下水后，在地勢因素影響下，沿著北部盆地由北向南流動，被不透水體的火焰山所阻隔，由此沿著火焰山的北緣溢出地表形成泉。吐魯番市泉水主要分布在火焰山- 鹽山的北緣（溢泉），其次是沿著山區(qū)和平原交界地帶七泉湖鎮(zhèn)地區(qū)（侵蝕泉）。吐魯番市泉水出露點均在地表徑流深等值線25 mm 以下區(qū)域，其中木頭溝泉水水源地屬于5 mm 以下，可視為平原泉水。七泉湖鎮(zhèn)的一條泉水分布在黑溝流域中，其它泉水基本分布在勝金鄉(xiāng)。

2 木頭溝多年平均地下水資源量分析

木頭溝水源地位于黑溝流域下游灌溉區(qū)域，主要來源于黑溝流域暴雨洪流入滲補給量、河谷潛流量、河流滲漏補給量、山前側(cè)向補給、煤窯溝和黑溝渠系滲漏、田間入滲、庫塘滲漏補給量、井灌回歸、降水入滲補給量等。

2.1 泉水監(jiān)測

從2016 年1 月起，吐魯番水文局對木頭溝泉水水量實行實時監(jiān)測，監(jiān)測方式為流速儀法，每月2～3 次，其中木頭溝泉水24 份，其他的在黑溝干渠上下游施測。日平均水量用連實測流量過程線法推流，其木頭溝泉水日平均流量見表1。經(jīng)整編審查木頭溝水源地1 月～7 月泉水總量為0.1070×108m3。

表1 木頭溝水資源地泉水逐日平均流量表單位：108 m3

2.2 木頭溝泉水多年平均水量的確定

（1）長短系列訂正法

用2016 年1 月～7 月實測水量估算：黑溝臨近河流煤窯溝2016 年1 月～7 月水量實況來分析，該站1 月～7 月份多年月總水量（1957 年～2015 年）占多年平均年總水量的60%，2016年1 月～7 月份多月總水量占多年平均（1957 年～2015 年）年總水量的75.4%，說明煤窯溝河2016 年1 月～7 月份是偏豐月，也可確定木頭溝水源地1 月～7 月份也是屬于偏豐月。

綜合以上分析，木頭溝水源地在無任何資料論證多年平均水量情況下，只能采用煤窯溝站1 月～7 月多年平均月總水量與多年平均年總水量比例的60%，來估算木頭溝水源地泉水多年平均年總水量，其多年平均泉水總量為1500×104m3。

（2）前人報告地下水資源量成果

根據(jù)2012 年2 月完成的《新疆吐魯番市地下水資源評價》報告，可以確定黑溝流域地下水資源量?，F(xiàn)狀年黑溝流域地下水資源量為1714×104m3，地下水總補給量2553×104m3，地下水總排泄量3471×104m3，其中地下水開采量為3453×104m3（井水、泉水、坎兒井），其中井水開采量為1937×104m3。地下水總排泄量大于總補給量918×104m3，地下水為負(fù)均衡。黑溝流域分區(qū)平原區(qū)地下水補、排量及地下水資源量見表2。

通過計算，現(xiàn)狀年黑溝流域地下水可開采量2400×104m3，其中坎爾井60×104m3，泉水出流量1456×104m3，機電井可開采量1937×104m3，地下水超采918×104m3。地下水開采量與補給量的比值稱之為開采系數(shù)，黑溝流域地下水開發(fā)利用系數(shù)為0.94。地下水動態(tài)處于持續(xù)的下降狀態(tài)，顯然可以得出流域內(nèi)地下水處于超采狀態(tài)。

表2 黑溝流域分區(qū)平原區(qū)地下水補、排量及地下水資源量匯總表 單位：104 m3

（3）木頭溝泉水多年平均水量的論證

通過上述的長短系列訂正法計算和《新疆吐魯番市地下水資源評價》中的計算成果，兩種成果相差3453×104m3-1500×104m3=1953×104m3，由于木頭溝泉水主要來源是黑溝河流域，加之木頭溝泉水實測資料（每月測2～3 次，精度較可靠）與煤窯溝長短系列訂正法估算多年平均水量符合規(guī)范要求，其多年平均水量1500×104m3。

3 黑溝水庫建設(shè)后木頭溝水源地多年平均地下水資源量計算

黑溝山區(qū)是平原區(qū)地下水的形成區(qū)。按地下水資源評價規(guī)范的要求和《新疆吐魯番—哈密盆地地下水勘查》總報告，黑溝山區(qū)溝口如修建水庫和截潛工程，河谷潛流量大都轉(zhuǎn)化為地表水，不補給地下水，所以不考慮溝谷潛流量。木頭溝水源地水量地下水補給來源有渠系滲漏、渠灌田間入滲、庫塘滲漏、井灌回歸、側(cè)向補給量補給量等。

3.1 渠系滲漏補給量

本次只計算干、支兩級渠道的滲漏補給量。計算公式為：

式中：Q渠滲為渠系滲漏補給量，108m3/a；m 為渠系滲漏補給系數(shù)；Q渠引為渠首引水量，108m3/a；η 為渠系的綜合利用系數(shù)；γ′為渠系防滲修正系數(shù)；γ 為渠道滲漏修正系數(shù)。

由于黑溝干、支渠多分布于戈壁灘上，地下水埋深大于6 m，巖性為砂礫石，渠系滲漏修正系數(shù)取值0.55；干支渠襯砌形式多為干砌灌漿，渠系防滲修正系數(shù)取值為0.9，經(jīng)計算，黑溝流域平原區(qū)渠系滲漏補給量為22×104m3/a。

3.2 渠灌田間入滲補給量

田間水的入滲補給量按下式計算：

式中：Q田滲為渠灌田間入滲補給量，108m3/a；β 渠為渠灌田間入滲補給系數(shù)；γ 為修正系數(shù)。

渠灌田間包括了斗農(nóng)渠在輸水過程中對地下水的滲漏補給量及田間灌溉對地下水的入滲補給量兩部分。其中，斗農(nóng)渠滲漏補給量的計算方法與干支渠一致，斗農(nóng)渠的渠首引水量為支渠渠首引水量與支渠有效利用系數(shù)的乘積。從吐魯番地下水埋深圖中可知：細(xì)土帶地下水埋深多大于6 m，巖性為砂性土、砂礫石，因此斗農(nóng)渠渠系滲漏修正系數(shù)取值為0.55；斗農(nóng)渠襯砌形式為漿砌卵石，渠系防滲修正系數(shù)取值為0.85；根據(jù)吐魯番市的渠系有效利用系數(shù)0.58 和干支渠系的有效利用系數(shù)，反算出斗農(nóng)渠的有效利用系數(shù)；參照《鄯善縣超采報告》以及《新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番水資源綜合評價報告》中的成果，確定β 取值0.2。據(jù)此計算出黑溝流域斗農(nóng)渠的滲漏補給系數(shù)為0.15。經(jīng)計算，黑溝流域渠灌田間入滲補給量為69×104m3/a。

3.3 庫塘滲漏補給量

參考《新疆地下水資源》，并結(jié)合當(dāng)?shù)厮畮臁⑻翂涡藿ㄌ幍牡貙訋r性，確定本次中型水庫、小型水庫和塘壩的庫塘滲漏系數(shù)分別按0.2、0.3、0.4 取值。規(guī)劃建的黑溝水庫設(shè)計庫容900×104m3/a，興利庫容600×104m3/a。據(jù)《吐魯番地下水資源評價》報告，吐魯番盆地庫塘滲漏系數(shù)取值在0.2～0.3 之間，其中紅山水庫為0.2，其他水庫都取為0.3，為此，黑溝水庫（規(guī)劃水庫）屬于山區(qū)小型水庫，其滲漏系數(shù)取0.3 較為合理，經(jīng)計算，黑溝水庫建成后庫塘滲漏補給量為180×104m3/a。

3.4 井灌回歸補給量

井灌回歸補給量是指抽取地下水灌溉后經(jīng)過包氣帶入滲補給地下水的量，包括機電井水、坎兒井水、自流井水以及泉水的入滲回歸補給。

1）機電井回歸滲漏補給量

根據(jù)《新疆吐魯番—哈密盆地地下水勘查吐魯番盆地地表水資源評價》報告中，依據(jù)水資源的歸屬按行政界限劃分七泉湖鎮(zhèn)、勝金鄉(xiāng)分區(qū)面積分別為329 km2、597 km2，機電井回歸補給量分別為0.127×104m3、690×104m3。為了計算黑溝流域井管回歸補給量，根據(jù)流域中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲面積，用面積比擬法估算黑溝流域機井回歸滲漏補給量為0.0116×104m3和154.874×104m3，黑溝流域機電井回歸補給量為154.886×104m3。

2）坎兒井回歸滲漏補給量

根據(jù)《新疆吐魯番—哈密盆地地下水勘查吐魯番盆地地表水資源評價》報告，勝金鄉(xiāng)坎兒井開采量有0.015×108m3，坎兒井回歸補給量為0.004×108m3，同樣，用面積比擬法估算黑溝流域坎兒井回歸滲漏補給量為48.978×104m3。

3）自流井回歸滲漏補給量

根據(jù)《新疆吐魯番—哈密盆地地下水勘查吐魯番盆地地表水資源評價》報告，勝金鄉(xiāng)自流井開采量有1146×104m3，自流井回歸補給量為300×104m3，與坎兒井回歸滲漏補給量同樣原理，估算黑溝流域自流井回歸滲漏補給量為367.34×104m3。

4）泉水回歸滲漏補給量

由于勝金鄉(xiāng)泉水水量及補給量很小可忽略不計。根據(jù)以上分析估算，黑溝流域機電井滲漏回歸補給量有522.226×104m3。

3.5 側(cè)向流入量

依據(jù)地下水系統(tǒng)的概念，根據(jù)地下水的流場可知，地下水由北向南徑流，在兩個亞系統(tǒng)之間存在側(cè)向流入量，包括鹽山—火焰山缺口的側(cè)向流入量和火焰山的勝金口形成的溝谷潛流量，經(jīng)計算，得勝金口的側(cè)向流入量為3.0×104m3/a。

3.6 降水入滲補給量

據(jù)前面的分析結(jié)果，吐魯番盆地平原區(qū)現(xiàn)狀年次降水量在10 mm 以下，降水強度極弱，而蒸發(fā)量極大，故降水對地下水的入滲補給在此忽略不計。

3.7 地下水總補給量

將木頭溝黑溝水庫建成后各個均衡項進行統(tǒng)計：木頭溝水源地地下水總補給量為845.204×104m3/a。

4 結(jié)語

吐魯番市屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，水資源主要依靠山區(qū)滲下的泉水。根據(jù)泉水分布情況，重點分析水源地木頭溝地下水資源情況。通過設(shè)立監(jiān)測站點獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)和以前的相關(guān)論證報告，論證出木頭溝多年平均水量為1500×104m3。黑溝水庫建設(shè)后，木頭溝的地下水資源得到了改變，按照木頭溝地下水補給來源從6 個方面進行均衡計算，得出木頭溝水源地地下水總補給量為845.204×104m3/a，為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展用水提供參考。