新疆克州阿圖什機(jī)電井年度地下水開采量計(jì)算分析

張 云

(新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇水文勘測局，新疆 克孜勒蘇 845350)

1 區(qū)域概況

阿圖什市位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，地處塔里木盆地西緣，西南天山的西南部。全市總面積1.6萬km2。下轄6鄉(xiāng)1鎮(zhèn)2個(gè)街道辦事處。市境東與柯坪、巴楚縣接壤，東北與阿合奇縣為鄰，南與伽師、疏附縣和喀什市毗鄰，西與烏恰縣相連，北與吉爾吉斯斯坦相鄰。

阿圖什境內(nèi)高山連綿，溝谷遍布，地勢由南向北逐漸升高。北部為中高山區(qū)，屬西南天山褶皺帶，南部屬塔里木盆地，中北部分布著哈拉峻盆地、吐古買提盆地及上阿圖什谷地等多個(gè)小型盆地。

根據(jù)地下水賦存條件、水動(dòng)力特征、含水層結(jié)構(gòu)及水理性質(zhì)，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽類巖溶裂隙水及碎屑巖類裂隙孔隙水。據(jù)物探資料，該谷地內(nèi)第四系厚度由南北兩側(cè)向中部、由西向東逐漸增大，由450 m 增大至850 m 。

2 地下水機(jī)電井統(tǒng)計(jì)

通過對阿圖什區(qū)域內(nèi)所有機(jī)電井地理位置、抽水量及運(yùn)行情況等各項(xiàng)信息的全面調(diào)查，本次共調(diào)查機(jī)電井500眼。共涉及阿圖什市6鄉(xiāng)1鎮(zhèn)，其中格達(dá)良鄉(xiāng)機(jī)電井?dāng)?shù)量最多為158眼，阿扎克鄉(xiāng)次之，共有機(jī)電井139眼。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本情況見表1。

3 地下水可開采量計(jì)算

由于克州全境機(jī)電井大部分未安裝計(jì)量設(shè)施，無法依照機(jī)電井計(jì)量設(shè)施對阿圖什市全境地下水抽水量進(jìn)行計(jì)算，僅依照調(diào)查各機(jī)電井用電量及抽水量對阿圖什市全境地下水開采量進(jìn)行估算(因哈拉峻盆地是一個(gè)新生界封閉的斷陷盆地，為一獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，本次將哈拉峻鄉(xiāng)單獨(dú)列表計(jì)算)。

表1 阿圖什市機(jī)電井基本情況表 單位:眼

本次計(jì)算由于各機(jī)電井水泵額定流量與揚(yáng)程無準(zhǔn)確記錄，僅依照現(xiàn)場調(diào)查時(shí)附近村民敘述記載，為此，本次僅依照用電量與單位抽水量對各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及全市地下水抽水量進(jìn)行估算。

3.1 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井用電量

本次收集阿圖什市2011年～2014年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井年度用電量，由于阿圖什市境內(nèi)存在部分機(jī)電井共同用一個(gè)電表的情況，因此，阿圖什市機(jī)電井?dāng)?shù)量多于現(xiàn)有的電表編號數(shù)量，本處不再列入所有用電量數(shù)據(jù)，僅計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井2011年～2014年總用電量數(shù)據(jù)作為計(jì)算之用，見表2。

表2 阿圖什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井年度用電總量

續(xù)表2 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井年度用電量

3.2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井平均水位埋深及平均流量計(jì)算

2014年阿圖什市地下水調(diào)查由于時(shí)間緊迫，全市機(jī)電井僅調(diào)查500眼，調(diào)查時(shí)由于部分機(jī)電井管理人員不在及其他特殊情況，僅對機(jī)電井進(jìn)行定位，并詢問機(jī)電井所在村人員，對機(jī)電井有關(guān)情況進(jìn)行記錄。因此，部分機(jī)電井水位及單位時(shí)間抽水量未能進(jìn)行測量，此處僅將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井平均水位埋深、流量及水泵額定功率進(jìn)行摘錄計(jì)算，見表3。

表3 阿圖什市機(jī)電井水位埋深、流量及水泵額定功率表

續(xù)表3 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井水位埋深、流量及水泵額定功率表

3.3 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井平均揚(yáng)程

水泵揚(yáng)程又稱為泵的壓頭，是指單位重量流體經(jīng)泵所獲得的能量。泵的揚(yáng)程大小取決于泵的結(jié)構(gòu)(如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況、轉(zhuǎn)速等。根據(jù)阿圖什市地質(zhì)條件及水位埋深等基本情況，阿圖什市水泵埋深一般比水位埋深大28 m～33 m，本次計(jì)算不考慮管道阻力及其他影響管道抽水量的因素，選擇水泵埋深比水位埋深大33 m作為阿圖什市水泵埋深，即水泵實(shí)際揚(yáng)程。計(jì)算成果見表4。

表4 阿圖什市機(jī)電井平均實(shí)際水泵揚(yáng)程表

續(xù)表4 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井平均實(shí)際水泵揚(yáng)程表

3.4 阿圖什市機(jī)電井年度抽水量計(jì)算

依照能量守恒定律，機(jī)電井抽水時(shí)所消耗電能轉(zhuǎn)換為抽水量的重力勢能、動(dòng)能及管道的摩擦力等，由于機(jī)電井抽水管道一般為鋼制管道，其摩擦力及影響管道抽水量的能量消耗較小，可以忽略不計(jì)，因此電能轉(zhuǎn)換為抽水量的重力勢能和動(dòng)能[1]。依照重力勢能計(jì)算公式：

Ep=mgh

式中：m為單位時(shí)間內(nèi)抽水量的質(zhì)量，kg；g為重力系數(shù)，9.8 N/kg；h為水泵的實(shí)際揚(yáng)程，m。

由表3可知，阿圖什市機(jī)電井平均水位埋深及平均流量，依照m=ρV及流量定義可計(jì)算抽水量的重力勢能，見表4。由電能基本單位度(kW·h)與能量(J)轉(zhuǎn)換關(guān)系可知：1 kW·h=3.6×106J。即3.6×106J生成需消耗電能1 kW·h。

表4 阿圖什市機(jī)電井實(shí)際揚(yáng)程耗能表

續(xù)表4 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井實(shí)際揚(yáng)程耗能表

依照水泵揚(yáng)程與額定功率的一般規(guī)律，水泵最大揚(yáng)程消耗功率一般不大于水泵額定功率的1.5倍～2.0倍，本次計(jì)算阿圖什市機(jī)電井揚(yáng)程消耗功率為20.23 kW·h，由表3計(jì)算成果可知，水泵平均額定功率為20.92 kW·h，即水泵揚(yáng)程功率與額定功率的比值為20.23/20.92=0.97，顯然不大于水泵揚(yáng)程消耗功率與額定功率的極值。由以上可以確定，水泵額定功率所消耗電量占總電量的比值n=20.92/(20.23+20.92)=0.51，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)理論，有功功率占額定功率的80%，即僅有0.8n=0.8×0.51=0.408的耗能用于機(jī)電井水泵抽水。

由表2可知，阿圖什市機(jī)電井抽水量所消耗電量見表5。

表5 阿圖什市機(jī)電井抽水有功功率消耗電量

續(xù)表5 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井抽水有功功率消耗電量

年度抽水量為年度用電量與機(jī)電井平均有功功率的比值再乘以單位時(shí)間內(nèi)出水量。由表3及表5可知年度用電量、機(jī)電井平均額定功率與平均流速，為此可計(jì)算年度抽水量，見表6。

表6 阿圖什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)電井年度抽水量

續(xù)表6 哈拉峻鄉(xiāng)機(jī)電井年度抽水量

由表6可知，阿圖什市區(qū)周邊區(qū)域2011年～2014年度抽水量不斷增加，平均增幅達(dá)21.9%，即每年增加約693×104m3。以阿圖什市市區(qū)周邊區(qū)域可開采量18223×104m3計(jì)，則增幅占可開采量比例為3.8%。2014年開采量占可開采量的31%。

哈拉峻鄉(xiāng)2011年～2014年年度抽水量基本無大的變化，年均抽水量約908×104m3，可開采量為1500×104m3，年均抽水量占可開采量比例為60.5%。

4 結(jié)語

地下水開采會(huì)引起土壤次生鹽漬化及地下水水質(zhì)污染等問題，對生態(tài)環(huán)境及居民生活造成嚴(yán)重影響?，F(xiàn)狀開采條件情況下，由于各區(qū)域水資源分布及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異性，無法準(zhǔn)確估算阿圖什各區(qū)域開采量。應(yīng)加強(qiáng)水資源的調(diào)控力度，確保缺水地區(qū)有水用，富余水地區(qū)不浪費(fèi)。建議對每眼機(jī)電井安裝水量計(jì)量設(shè)施，并建立用水差異化定價(jià)制度，用以促進(jìn)節(jié)水意識，同時(shí)依照水量計(jì)量設(shè)施，可精確計(jì)算本區(qū)域地下水開采量，進(jìn)而可對現(xiàn)有的機(jī)電井布局進(jìn)行重新規(guī)劃，從而達(dá)到高效用水的目的。