新疆托克遜縣地下水資源量評(píng)價(jià)

趙付勇

(新疆吐魯番市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 吐魯番 838000)

托克遜縣東鄰?fù)卖敺懈卟齾^(qū)，南面和西面接壤的是巴音郭勒蒙古自治州的和碩、尉犁、和靜縣，西北方向和北側(cè)與烏魯木齊交接。

根據(jù)缺水類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)，托克遜縣總體上屬于資源型缺水，局部存在工程型缺水和結(jié)構(gòu)型缺水。因此，解決其未來的缺水問題，需要在節(jié)水、治污和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)退地減水、調(diào)整水資源配置布局和新建一些控制性供水工程等加以解決。制定規(guī)劃應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，對(duì)水資源的開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護(hù)、管理等做出總體安排。要運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)手段、技術(shù)方法和規(guī)劃思想，科學(xué)配置水資源，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)和手段，科學(xué)管理水資源，促進(jìn)水資源可持續(xù)利用。

1 研究區(qū)域水文地質(zhì)條件

1.1 地下水埋藏分布及含水層特征

托克遜縣平原區(qū)含水層結(jié)構(gòu)主要由單一結(jié)構(gòu)潛水含水層和多層結(jié)構(gòu)承壓水含水層構(gòu)成。阿拉溝水系山前洪積扇東西方向長(zhǎng)度約40 km，南北方向?qū)挾?～20 km，扇頂?shù)暮０渭s為700 m，扇前緣海拔200 m左右，潛水埋深自扇頂向東逐漸淺，扇頂處潛水埋深100 m，伊拉湖鄉(xiāng)以西8 km位置坎兒井流水所展現(xiàn)出的潛水層的埋深在63.5 m，至伊拉湖一帶水位埋深僅8～10 m。白楊河出山口，沖積扇自小草湖向南搌布，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，繞過鹽山隆起經(jīng)西部構(gòu)造缺口繼續(xù)向南徑流。白楊河古河床最窄處僅1.5 km，向南洪積扇寬度逐漸擴(kuò)大，與大草灘等洪積扇重疊，形成北部洪積扇群，組成北部戈壁礫石帶。

承壓含水層承壓水頭與埋藏條件和地勢(shì)有關(guān)，埋深100 m以內(nèi)的淺層承壓水隨著地形由周邊向盆地中部逐漸降低，承壓水頭逐漸增加，在接近邊緣礫石帶的周邊地區(qū)，承壓水頭一般低于地表1～7 m，承壓含水層一般礫徑較粗，埋藏于100 m以下的承壓含水層，由于受構(gòu)造結(jié)構(gòu)影響，承壓水頭較高，一般高于地表，形成自流，故也稱之為自流水含水層。自流水含水層一般較薄，且為較小的砂礫石、中粗砂、甚至粉細(xì)砂構(gòu)成，滲透系數(shù)較小，一般為1.75～7.89 m/d，單井涌水量為500～3 000 m3/d。

表1 托克遜縣地下水監(jiān)測(cè)井水位埋深變化一覽表 m

1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄條件

1.2.1 地下水的補(bǔ)給

托克遜縣平原區(qū)域的地下水補(bǔ)給可分為天然補(bǔ)給和地表水體轉(zhuǎn)化補(bǔ)給以及地下水回歸入滲補(bǔ)給等。山前側(cè)向流入和平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給構(gòu)成了本區(qū)地下水的天然補(bǔ)給量。平原區(qū)降水極其稀少，無法形成對(duì)地下水的補(bǔ)給。而對(duì)地下水的補(bǔ)給作用較大的主要是通過地表水入滲而產(chǎn)生的地下水轉(zhuǎn)化補(bǔ)給量，即西部阿拉溝水系和西北部白楊河水系的地下滲漏補(bǔ)給、水庫滲漏補(bǔ)給和渠道引水及田間灌溉的入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給。

1.2.2 地下水的徑流

流域地下水位高程較高，地下水徑流方向主要是近西向東，地下水等高線在盆地南北兩側(cè)向東彎曲。據(jù)《地下水資源評(píng)價(jià)及開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告》顯示，托克遜縣城以東至伊拉湖，地下水水力坡度位1%，縣城以東至寧夏宮以東，水力坡度位0.5%，再往東水力坡度位0.4%左右。

1.2.3 地下水的排泄

地下水的排泄由自然排泄與人工排泄兩部分組成。地下水的自然排泄主要有潛水層的蒸發(fā)、泉水的出露和側(cè)向水流出。人工排泄主要包括機(jī)電井排泄、自流井排泄和坎兒井排泄三種開采方式。

托克遜縣地下水埋深普遍較大，地下水的潛層水蒸發(fā)主要分布在流域下游夏鄉(xiāng)等地，地下埋深較淺，且當(dāng)?shù)卣舭l(fā)強(qiáng)烈，目前造成了一定的土地鹽漬化危害。

地下水的側(cè)向排泄主要是在托克遜縣東南部側(cè)向出區(qū)，向艾丁湖方向排泄，形成艾丁湖的補(bǔ)給來源之一。承壓水的主要排泄方式是徑流排泄，大部分承壓水沿著水力坡度以徑流的方式消耗，還有一部分承壓水頂托補(bǔ)給上層潛水進(jìn)行消耗。

本地區(qū)的人工排泄是地下水排泄的主導(dǎo)地位，排泄方式主要為機(jī)電井抽水、坎兒井、自流井開采三種方式。機(jī)電井的開采主要集中在白楊河上游郭勒布依鄉(xiāng)、博斯坦鄉(xiāng)、伊拉湖鎮(zhèn)和白楊河下游的夏鄉(xiāng)等地，但位于托克遜縣最南端的庫米什鎮(zhèn)用水全部以地下水開采來滿足；坎兒井的分布主要在郭勒布依鄉(xiāng)和夏鄉(xiāng)；自流井主要分布在綠洲農(nóng)區(qū)，其中郭勒布依鄉(xiāng)和夏鄉(xiāng)、托克遜鎮(zhèn)較多。

1.3 地下水位變化特征

托克遜縣地下水動(dòng)態(tài)變化分為徑流型和開采型兩種，徑流型動(dòng)態(tài)受補(bǔ)給水源影響，當(dāng)補(bǔ)給充足時(shí)，地下水位就會(huì)上升，補(bǔ)給貧乏時(shí)，地下水位就會(huì)下降；開采型主要反映在機(jī)井群開采區(qū)，隨機(jī)井開采程度的不同，地下水位有所變化。區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化主要影響是人工開采，使得近幾十年來地下水水位變化較大。自流井成井時(shí)一般都不進(jìn)行止水，已造成承壓水含水層之間互相串通，使之互相混合，因此，淺層承壓水也具有潛水的地下水動(dòng)態(tài)。

根據(jù)托克遜縣7眼監(jiān)測(cè)井2002-2010年地下水位埋深逐月監(jiān)測(cè)資料分析得出(監(jiān)測(cè)井分布見圖1)，全部觀測(cè)井地下水位持續(xù)下降，8年間連續(xù)下降幅度最大為7.49 m，最小為0.15 m，年平均降幅0.02～0.94之間。3眼地下水監(jiān)測(cè)井2008-2010年間地下水位埋深逐月監(jiān)測(cè)資料分析得出，2眼地下水觀測(cè)井地下水位略有下降，2年間累計(jì)下降幅度分別為0.38 m和0.83 m，一眼觀測(cè)井地下水位有所回升，累計(jì)回升幅度0.49 m。詳見表1和圖2、圖3。

圖1 托克遜縣地下水位監(jiān)測(cè)井位置分布圖

圖2 托克遜縣地下水埋深年際變化圖

圖3 托克遜縣Ⅱ3-4號(hào)觀測(cè)井地下水埋深年內(nèi)變化圖

2 地下水資源量

2.1 地下水量的計(jì)算

地下水量的計(jì)算采用水均衡法。水均衡法是對(duì)于一個(gè)均衡區(qū)，在任意時(shí)段Δt內(nèi)的補(bǔ)給量減去消耗量所的的差值，恒等于這個(gè)含水層中水體積的變化量。計(jì)算公式如下：

ΔQ=Q補(bǔ)-Q排

(1)

Q補(bǔ)=Q入+Q河+Q渠系+Q田滲+Q水庫+Q井

(2)

Q排=Q出+Q開采+Q排水+Q蒸

(3)

式中：ΔQ為地下水儲(chǔ)水變化量；Q補(bǔ)為地下水補(bǔ)給量；Q排為地下水排泄量；Q入為山前側(cè)向補(bǔ)給量；Q河為河道滲漏補(bǔ)給量；Q渠系為渠系入滲補(bǔ)給量；Q田滲為田間灌溉入滲補(bǔ)給量；Q水庫為水庫入滲補(bǔ)給量；Q井為井灌回歸補(bǔ)給量；Q出為山前側(cè)向排出量；Q開采為機(jī)電井開采量；Q排水為排水溝、坎兒井排水量；Q蒸為潛水層水蒸發(fā)量。

2.2 托克遜縣地下水量計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《新疆地下水資源調(diào)查與評(píng)價(jià)》確定托克遜縣均衡區(qū)均衡項(xiàng)計(jì)算的參數(shù)。主要包括：潛水變幅代給水度μ，田間灌溉水入滲補(bǔ)給系數(shù)β，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)αμα庫C′，渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)m，水庫入滲補(bǔ)系數(shù)α庫，河道滲漏補(bǔ)給系數(shù)M，潛水層水蒸發(fā)系數(shù)C，含水層滲透系數(shù)K，潛水層蒸發(fā)蒸騰折算系數(shù)C′等。

2.3 地下水資源量

根據(jù)托克遜縣評(píng)價(jià)期內(nèi)的水文氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)測(cè)繪成果以及地下水監(jiān)測(cè)資料，并參考《新疆地下水資源調(diào)查與評(píng)價(jià)》《托克遜縣“兩河”流域規(guī)劃》等，利用水均衡法和以上確定的數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算托克遜縣地下水資源量。

托克遜縣地下水主要補(bǔ)給來源有山前側(cè)向補(bǔ)給、河道滲漏補(bǔ)給、渠系入滲補(bǔ)給、田間灌溉入滲補(bǔ)給、水庫入滲補(bǔ)給和井灌回歸補(bǔ)給。結(jié)合水文地質(zhì)參數(shù)和托克遜縣水文地質(zhì)特征，得出總補(bǔ)給量為25 679萬 m3，扣除地下水回歸補(bǔ)給量4 882萬 m3，托克遜縣多年平均地下水資源量20 796萬 m3。托克遜縣各分區(qū)補(bǔ)給量，見表4；各區(qū)的地下水資源量結(jié)果，見表5。

表4 托克遜縣地下水補(bǔ)給量計(jì)算結(jié)果 萬m3

地下水可開采量的概念是指在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行同時(shí)不發(fā)生由于開采地下水引起地下水水位連續(xù)下降、水質(zhì)惡化、地面沉降等情況，允許從含水層中取得的最大水量。根據(jù)托克遜縣所處的地貌位置及含水層特征，采用開采系數(shù)法確定地下水的可以開采量。根據(jù)《全國水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則》中可開采系數(shù)的確定原則，對(duì)于開采條件良好，特別是地下水埋藏較深、已造成水位連續(xù)下降的超采區(qū)，應(yīng)該選用較大的可開采系數(shù)，參考取值范圍為0.8～1.0；托克遜縣第四系覆蓋層厚度大，巖性以沙礫石為主，開采條件良好，且地下水已處于超采狀態(tài)，確定托克遜縣的地下水可開采系數(shù)0.8。最后，根據(jù)托克遜縣地下水總補(bǔ)給量和可開采系數(shù)，得出現(xiàn)狀條件下全縣地下水可開采量為2.054億 m3。具體結(jié)果，見表5。

表5 托克遜縣地下水資源量和可開采量計(jì)算表 萬m3

3 未來地下水資源量變化趨勢(shì)

隨著托克遜縣在白楊河上游和阿拉溝上游修建水庫、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和灌溉方式改變，未來托克遜縣地下水補(bǔ)給量將呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。其主要原因有：

(1)規(guī)劃在阿拉溝和白楊河上將修建阿拉溝水庫和巴依托海水庫，規(guī)劃總庫容分別為4 450萬 m3和3 300萬 m3。由于阿拉溝水庫和巴依托海水庫的建設(shè)，托克遜縣對(duì)阿拉溝和白楊河實(shí)際調(diào)蓄和控制能力將明顯加強(qiáng)，使得地下水河道滲漏補(bǔ)給量顯著減小。

(2)隨著托克遜縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，托克遜縣將大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)及實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉并大大壓減灌溉面積，將節(jié)省出來的農(nóng)業(yè)灌溉水量支持工業(yè)發(fā)展。

綜合以上分析，未來托克遜縣地下水補(bǔ)給量將持續(xù)不斷減少，可開采量將由現(xiàn)狀的2.05億 m3逐年下降，到2015年地下水可開采量預(yù)計(jì)下降到1.46～1.64億 m3之間，2020年預(yù)計(jì)下降到1.21～1.34億 m3之間，2030年預(yù)計(jì)下降到0.97～1.04億 m3之間。

4 結(jié)語

在對(duì)托克遜縣水文地質(zhì)條件的細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)變化特征，對(duì)托克遜縣地區(qū)的地下水資源量進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

(1)2002-2010年間托克遜縣地下水位的埋深呈持續(xù)下降趨勢(shì)。

(2)托克遜縣地下水補(bǔ)給量總和為25 679萬 m3，扣除掉地下水回歸的補(bǔ)給量4 882萬 m3，多年平均托克遜縣地下水資源量20 796萬 m3，現(xiàn)狀條件下全縣地下水可開采量為20 543萬 m3。