烏魯木齊水資源合理配置的地下水開發(fā)利用

古麗孜巴·艾尼

（新疆維吾爾自治區(qū)水資源中心,新疆 烏魯木齊 830001）

1 區(qū)域概況

新疆烏魯木齊地區(qū)地勢為西北高、東南低,整體呈現(xiàn)傾斜趨勢,區(qū)域總面積為25.7×104hm2,其中耕地面積為4.2×104hm2,境內(nèi)徑流開都河、黃水溝水系；2018 年區(qū)域平原灌溉區(qū)地下水開采量為6.8×107m3,包括農(nóng)業(yè)灌溉水開采4.4×107m3、生產(chǎn)生活用水開采2.4×107m3。區(qū)域水文地質(zhì)主要為砂礫石,61%面積地下水埋藏深度為1 m～3 m；區(qū)域內(nèi)大面積土壤存在次生鹽漬化的情況；區(qū)域仍在使用的斗渠、農(nóng)渠數(shù)量較少,因此對灌溉水的排泄造成一定的影響,導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的加劇。烏魯木齊市是一個(gè)資源型缺水的城市,多年平均降水量在256 mm,而年蒸發(fā)量在2800 mm以上。烏魯木齊市地表水資源主要產(chǎn)于兩大山區(qū),其中南山山區(qū)年產(chǎn)水量5.27×108m3,占全市總產(chǎn)水量的52.4%,東部博格達(dá)山山區(qū)年產(chǎn)水量4.18×108m3,占全市總產(chǎn)水量的41.6%,南山礦區(qū)的阿拉溝行政區(qū)內(nèi)也有少量產(chǎn)水,年產(chǎn)水量0.61×108m3,占全市總產(chǎn)水量的6%。

2 供需水預(yù)測及水量平衡分析

本文以2018 年作為基準(zhǔn),分別制定2025 年及2030 年為中、長期規(guī)劃年,針對區(qū)域中各需水部門使用指標(biāo)定額法進(jìn)行供需水量平衡的預(yù)測分析。

2.1 區(qū)域需水量預(yù)測分析

根據(jù)區(qū)域中的實(shí)際情況將需水部門劃分為生活、生產(chǎn)、生態(tài)需水,并以本區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)、以中長期發(fā)展規(guī)劃作為需求,對農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)、種植業(yè)結(jié)構(gòu)以及灌溉制度進(jìn)行合理的調(diào)整以及預(yù)測。

由表1可以發(fā)現(xiàn)2018 年～2030 年該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)以及總需水量呈現(xiàn)增長趨勢,隨著區(qū)域內(nèi)人口的增長,生活需水呈增長趨勢。通過對區(qū)域中長期進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及灌溉模式的調(diào)整,農(nóng)業(yè)需水比例由2018 年的86.0%分別下降到80.4%（2025 年）、63.8%（2030 年）；生產(chǎn)用水比例由2018 年的7.9%分別上升到13.5%（2025年）、27.6%（2030 年）；生態(tài)用水比例由2018 年的4.9%變化為4.4%（2025 年）、6.6%（2030 年）

表1 區(qū)域總需水量預(yù)測數(shù)值以及基準(zhǔn)年、規(guī)劃年需水比例

2.2 區(qū)域供水分析

根據(jù)區(qū)域內(nèi)水文氣象站開都河、黃水溝兩大徑流資料（1961年～1970年）計(jì)算出年均流量頻率,并分別計(jì)算P=50%、P=75%時(shí)設(shè)計(jì)洪水的偏差系數(shù)CV及變差系數(shù)CS：開都河CV=0.15/0.15、CS=2.07/2.08；黃水溝CV=0.27/0.27、CS=0.58/0.43。利用同倍比法進(jìn)行典型年月流量的分析可獲取到區(qū)域月徑流量分配結(jié)果（表2）。

表2 年徑流量分配情況

2.3 區(qū)域水量平衡分析

根據(jù)區(qū)域內(nèi)基準(zhǔn)年以及規(guī)劃年的水資源供需平衡情況（如表3所示）,分別以50%、75%來水頻率分析區(qū)域在不考慮水質(zhì)條件下的缺水情況：區(qū)域在平水年及枯水年均存在缺水的情況,并且呈上升趨勢,缺水月份為4月～8月,2018年、2025年的缺水頻率低于10%（輕度缺水）,而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展到達(dá)遠(yuǎn)期規(guī)劃年后缺水的情況將會(huì)變得較為嚴(yán)重,因此針對地下水的開采應(yīng)采用科學(xué)、合理的方式。

表3 區(qū)域供需水量平衡分析

3 水資源均衡及可開采量分析

3.1 地下水資源均衡

3.1.1 地下水補(bǔ)給分析

（1）降水入滲補(bǔ)給量Q降水計(jì)算方式為：

式中：表示計(jì)算區(qū)域降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；P表示計(jì)算區(qū)域有效降水量,mm；F表示計(jì)算區(qū)域面積,km2。

（2）渠系滲漏補(bǔ)給量Q渠系計(jì)算方式為：

式中：γ'表示滲漏修正系數(shù)；γ''表示渠系防滲修正系數(shù)；n干支表示干支渠渠系有效利用系數(shù)；Q渠首引表示渠首引水量,m3。

（3）渠灌田間入滲補(bǔ)給量Q渠灌計(jì)算方式為：

式中：Q渠灌表示田間水入滲補(bǔ)給量,m3；β表示渠灌田間的入滲補(bǔ)給系數(shù)；Q渠田表示渠灌水進(jìn)入田間的水量,m3。

（4）庫塘滲漏補(bǔ)給量Q庫補(bǔ)計(jì)算方式為：

式中：K表示庫塘剖面位置河道滲透系數(shù),m/d；A'表示單位長度垂直于地下水流向的剖面面積,m2/m；L表示河道剖面距區(qū)域的有效距離,m；T表示河段過水時(shí)間,d；J表示水力比降。

3.1.2 地下水排泄

（1）潛水蒸發(fā)量Q蒸發(fā)計(jì)算方式為：

式中：Q0表示水面蒸發(fā)量,mm；C表示裸地條件下潛水蒸發(fā)系數(shù)；K'表示植被狀況修正系數(shù)。

（2）人工實(shí)際開采量Q開采按照區(qū)域多年淺層的實(shí)際開采量18552×104m3。

由公式（7）～式（11）進(jìn)行水均衡方程中得到：

利用公式（6）可得到區(qū)域中平水年（P=50%）、較枯年（P=75%）的地下水均衡參數(shù)（表4）。

表4 地下水量均衡參數(shù)

由表4可知,研究區(qū)域地下水總補(bǔ)給量高于總排泄量,其差值便為地下水儲(chǔ)存量,多年地下水量趨勢較為平衡。

3.2 地下水可開采量

根據(jù)上述對研究區(qū)域規(guī)劃年的需水分析顯示,通過采用調(diào)整農(nóng)業(yè)作物種植結(jié)構(gòu)、種植模式等方式可降低農(nóng)業(yè)需水,但經(jīng)濟(jì)的發(fā)展勢必造成工業(yè)需水的增加,因此,地下水的開采需能夠滿足生產(chǎn)、生活的需求。研究區(qū)域地下水開采及超采情況見表5。

表5 地下水開采量及超采情況分析

由表5可知,研究區(qū)域2025年的缺水量均在可開采范圍內(nèi),而2030年在P=75%的情況下無法滿足需水量,將會(huì)發(fā)生超采,因此需要針對此情況提出合理的方案。

4 結(jié)語

根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況以及上述分析出發(fā),并采用“以需養(yǎng)供”的方式為原則,設(shè)置區(qū)域缺水月為4月～8月,由區(qū)域中平均潛水埋深可得到可調(diào)節(jié)地下水位變幅為1.2 m～2.0 m,結(jié)合式（12）獲取區(qū)域年均的地下水開采量范圍在2.47×108m3～2.47×108m3。以區(qū)域生活、生態(tài)需水比的增長情況制定出地下水持續(xù)開采方案（表6）。

表6 研究區(qū)域地下水持續(xù)開采方案

上述方案中隨著開采量的增加,潛水的埋藏深度將逐漸增加,其中潛水埋藏深度低于3 m的面積將隨著開采的實(shí)施逐漸減少,而埋藏深度3 m～5 m以及大于10 m的面積逐漸擴(kuò)大；由數(shù)據(jù)顯示方案二～方案四中隨著開采量增加而埋藏深度降低的情況均低于方案一,并且均低于3.2 m防治土壤鹽堿化的生態(tài)水位上限,但方案二水位變幅最小,可滿足地下水采補(bǔ)基本平衡和需水要求的基礎(chǔ)上保證開采量最小,因此,方案二為最佳方案。