阿克蘇地區(qū)溫宿縣地下水超采區(qū)評價

王 鋒，候雅東，劉 翠，萬生楠，梁 東

(中國冶金地質(zhì)總局 新疆地質(zhì)勘查院，新疆 烏魯木齊 830000)

地下水作為水資源的重要組成部分，對于保障溫宿縣供水安全、糧食安全、經(jīng)濟安全、生態(tài)安全等具有十分重要的作用。由于長期過量開采，導致一些地區(qū)地下水超采嚴重，水位持續(xù)下降，由此引發(fā)了一系列生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題[1-5]。為查清溫宿縣地下水超采現(xiàn)狀，嚴格地下水管理和保護，盡快核定和公布禁采與限采范圍，本文對阿克蘇地區(qū)溫宿縣地下水超采區(qū)進行了評價，研究指導地下水禁采與限采范圍核定工作。

1 基本概況

1.1 水文地質(zhì)

1.1.1 含水巖組特征及富水性

含水層(組)富水性等級采用井徑377 mm、水位降深5 m時的單井涌水量為標準進行劃分。

(1)單層結構的潛水含水層。①水量極豐富(>5 000 m3/d)的潛水含水層。分布于庫托河三角洲的吐木秀克以南地帶。含水層為卵礫石、砂礫石層，潛水埋深<20 m，滲透系數(shù)一般>18 m/d/最大67 m/d。礦化度<1 g/L，為HCO3型水。以阿熱力、恰格拉克鄉(xiāng)一帶富水性最強，換算涌水量達36 523 m3/d，向北、向東至溫宿縣附近，富水性有所減弱。②水量豐富(1 000～5 000 m3/d)的潛水含水層。呈條帶狀分布于土木秀克—溫宿鎮(zhèn)—臺蘭河灌區(qū)北部一線及包子山以北庫瑪拉克河兩岸。含水層為砂礫石、中粗砂，潛水埋深西淺東深，土木秀克鄉(xiāng)3～5 m，佳木鄉(xiāng)則10 m左右。滲透系數(shù)5～15 m/d。水礦化度一般<1 g/L，為HCO3·SO4型水，吐木秀克附近Cl離子含量較高。單井換算涌水量2 072～4 865 m3/d。③水量中等(100～1 000 m3/d)的潛水含水層。呈條帶狀分布于古木別孜山前沖洪積扇扇緣地區(qū)。含水層為砂礫石及含礫中粗砂，局部分布有黏性土夾層，潛水位埋深大于7 m，滲透系數(shù)1～6 m/d。礦化度0.3 g/L，水化學類型SO4·Cl，洪水期HCO3離子含量增高。單井換算涌水量為243～554 m3/d。

(2)多層結構潛水與承壓水含水層。分布于臺蘭河平原314國道以南的廣大地區(qū)。潛水含水層之下在規(guī)劃深度內(nèi)有3層承壓水含水層(組)，可劃分為：潛水水量貧乏(10～100 m3/d)、承壓水水量豐富(1 000～5 000 m3/d)含水層，潛水水量貧乏(10～100 m3/d)、承壓水水量中等(100～1 000 m3/d)含水層2個等級。

1.1.2 地下水的補給、徑流與排泄

區(qū)內(nèi)地下水的補給、徑流與排泄主要受氣象、水文、地貌及地質(zhì)構造等天然因素及水利現(xiàn)狀和水資源開發(fā)等人為因素的影響和控制。在評價區(qū)西部庫馬拉克河兩岸地下水自北西向南東徑流，水力坡度5‰；托什干河兩岸地下水自西向東徑流，水力坡度3.75‰。臺蘭河平原地下水則由北向南徑流，表征了河水對地下水的補給作用，水力坡度為3.84‰。評價區(qū)地下水的排泄途徑主要有潛水的蒸發(fā)蒸騰、地下水的側向流出以及排水渠、平原泉的排泄與人工開采等。評價區(qū)氣候干旱，蒸發(fā)作用十分強烈，多年平均蒸發(fā)量高達1 839.6～2 884.5 mm/a，水位埋深小于5 m的面積在區(qū)內(nèi)約占80%，而評價區(qū)又多為農(nóng)作區(qū)，蒸騰排泄作用較強，且包氣帶巖性以粉土為主，無疑為毛細現(xiàn)象的發(fā)生提供了良好介質(zhì)。

1.1.3 地下水的補給、徑流與排泄

1.2 地下水資源及其開發(fā)利用

1.2.1 地下水資源狀況

根據(jù)《新疆地下水資源》及《新疆溫宿縣地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃報告》，評價區(qū)地下水資源量為125 478×104m3/a，實際開采量為2 490×104m3/a。除庫托河及臺蘭河兩平原北山山前的23 016×104m3/a天然補給量外，其余皆為轉化補給量。

1.2.2 地下水開發(fā)利用狀況

2003—2017年溫宿縣年均開采地下水量2 798萬m3/a。2006—2017年，地下水開采量總體上呈增加的趨勢。全縣2018年地下水實際開采量8 500萬m3/a，其中佳木水源地、阿庫木水源地歷年地下水開采量見表1。

表1 佳木、阿庫木水源地歷年抽水量匯總Tab.1 Summary of water pumping volumes from Jiamu and Akumu water sources over the years

在地下水資源較貧乏、開采條件較差的一般山丘區(qū)、山前地帶地下水實際開采模數(shù)一般小于0.1萬m3/(km2·a)。

2 地下水超采區(qū)劃分

2.1 水位動態(tài)法

2.1.1 工作分區(qū)

根據(jù)溫宿縣地質(zhì)、水文地質(zhì)特征以及地下水開發(fā)利用規(guī)模，將評價區(qū)劃分為庫托河灌區(qū)、柯柯亞河灌區(qū)和臺蘭河灌區(qū)。

2.1.2 監(jiān)測井及水位動態(tài)

通過對收集的溫宿縣現(xiàn)有地下水監(jiān)測資料進行統(tǒng)計分析，最后確定選用了160個站點的資料，本文以其中10組為例，計算了評價期動態(tài)變化速率，繪制了水位變化速率分布(圖1)。監(jiān)測點水位變化速率計算統(tǒng)計見表2和表3。

表2 一般監(jiān)測井下降速率大于0.2 m/a的監(jiān)測井統(tǒng)計Tab.2 Statistics of monitoring wells whose descent rate is greater than 0.2 m/a in general monitoring wells

表3 重點監(jiān)測井下降速率統(tǒng)計Tab.3 Statistics of decline rate of key monitoring wells

圖1 變化速率分布Fig.1 Change rate distribution

2.1.3 初步劃分結果

按照上述劃分標準及資料統(tǒng)計情況，全縣共劃分地下水超采區(qū)2處，總面積1 013.23 km2。嚴重超采區(qū)2處，嚴重超采區(qū)面積67.88 km2。各超采區(qū)基本情況見表4。

表4 動態(tài)法劃分超采區(qū)基本情況Tab.4 Basic situation of the dynamic method to divide the over-mining area

2.2 開采系數(shù)法

(1)劃分標準。以地下水開采系數(shù)為評判指標進行超采區(qū)劃分，將開采系數(shù)分為3個區(qū)：<1.0，1.0～1.3，>1.3，年均地下水開采系數(shù)1.0～1.3的區(qū)域劃分為一般超采區(qū)，評價期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)大于1.3的區(qū)域劃分為嚴重超采區(qū)。

(2)計算單元。根據(jù)收集的資料情況，首先，將計算單元劃分為庫托河灌區(qū)和臺蘭河灌區(qū)；其次，將臺蘭河灌區(qū)劃分為柯柯亞水源地、佳木水源地、阿庫木水源地以及零星開采的區(qū)域；最后，將灌區(qū)按行政單元進行劃分計算單元。另外，根據(jù)此次收集資料，僅計算地下水開采系數(shù)。

(3)初步法劃分結果。根據(jù)收集資料及計算結果，評價區(qū)評價期內(nèi)開采系數(shù)均小于1.0，全區(qū)未出現(xiàn)超采現(xiàn)象。

2.3 引發(fā)問題法

(1)劃分標準。采用環(huán)境災害法劃定地下水超采區(qū)，由于地下水開采引發(fā)地面沉降、地裂縫、地面塌陷、土地沙化、海(咸)水入侵、泉水流量衰減、濕地范圍變小等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題的分布及其嚴重程度，進行劃分，地表環(huán)境發(fā)生輕微變化的區(qū)域劃分為一般超采區(qū)，引發(fā)了較嚴重的環(huán)境災害(如土地沙化、地面塌陷、水質(zhì)惡化等)的區(qū)域劃分為嚴重超采區(qū)。

(2)引發(fā)問題分析及相關參數(shù)計算。由于此次外業(yè)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)地面沉降、地裂縫、地面塌陷、土地沙化、泉水流量衰減等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題，相關部門也缺乏相關的地面沉降、泉水流量衰減等監(jiān)測資料，僅通過訪問，評價區(qū)地下水存在咸化的現(xiàn)象，因此采取了部分樣品進行檢測，根據(jù)檢測結果，此次環(huán)境災害法劃定地下水超采區(qū)采用單指標法確定評價期初、末地下水水質(zhì)的類別指標進行劃分。

(3)初步劃分結果。按照上述劃分標準及資料統(tǒng)計情況，全縣共劃分地下水超采區(qū)2處，總面積497.26 km2。嚴重超采區(qū)2處，嚴重超采區(qū)面積360.56 km2。新疆溫宿縣地下水超采引發(fā)問題(水質(zhì)變化)分布如圖2所示，基本情況見表5。

圖2 新疆溫宿縣地下水超采引發(fā)問題(水質(zhì)變化)分布Fig.2 Distribution of problems (water quality changes) caused by groundwater overexploitation in Wensu County，Xinjiang

表5 引發(fā)問題法劃分超采區(qū)基本情況Tab.5 Basic situation of dividing over-mining areas by the method of raising problems

2.4 超采區(qū)復核

由于溫宿縣未做過地下水超采區(qū)評價，因此本次超采區(qū)復核僅根據(jù)上述3種方法初步劃分的超采區(qū)，通過相互疊加的方法對初步劃分的超采區(qū)進行了復核。

2.5 超采區(qū)劃分結果

2.5.1 初步劃分結果比對分析

根據(jù)上述3種方法初步劃分結果，水位動態(tài)法劃分的范圍最大，包含了引發(fā)問題法劃分的大部分范圍，此次野外調(diào)查實際開采量時各開采井沒有安裝計量設備，當?shù)匾矝]有詳細的統(tǒng)計資料，僅通過收集的資料進行推算實際開采量，開采系數(shù)法沒有劃分出超采范圍。因此，初步劃分的結果相差較大。

2.5.2 超采區(qū)劃分結果

(1)超采區(qū)面積。根據(jù)邊界調(diào)整與修正結果，得出溫宿縣地下水超采區(qū)總面積1 633.71 km2。其中，一般超采區(qū)4處，總面積1 236.11 km2。嚴重超采區(qū)3處，嚴重超采區(qū)面積397.61 km2。

(2)溫宿縣地下水超采區(qū)分類及成果見表6。

表6 溫宿縣地下水超采區(qū)分類及成果Tab.6 Classification and results of groundwater overexploitation areas in Wensu County

3 地下水超采區(qū)評價與復核

3.1 超采區(qū)數(shù)量、面積與分布

根據(jù)前述結果，溫宿縣地下水超采區(qū)7處，總面積1 633.71 km2?；厩闆r見表7。

表7 溫宿縣地下水超采區(qū)基本情況Tab.7 Basic situation of groundwater overexploitation area in Wensu County

3.2 生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題

溫宿縣地下水超采區(qū)范圍內(nèi)，目前沒有發(fā)現(xiàn)地面塌陷、地裂縫、地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。說明溫宿縣地下水超采區(qū)范圍內(nèi)暫時未因地下水超采引發(fā)嚴重的生態(tài)問題。僅在部分區(qū)域存在水質(zhì)咸化現(xiàn)象。 溫宿縣地下水超采區(qū)初步形成。一方面是由于水資源管理尚有欠缺，另一方面也與近幾年的降水和地表水利工程建設有關。

4 地下水禁采區(qū)與限采區(qū)劃分

4.1 劃分標準

根據(jù)《全國地下水超采區(qū)評價技術大綱》，禁采區(qū)和限采區(qū)劃分標準如下。

(1)在嚴重超采區(qū)內(nèi)，下列區(qū)域應劃為禁采區(qū)。①城市管網(wǎng)覆蓋并能滿足供水要求的地區(qū)；②具備其他替代水源條件的地區(qū)；③發(fā)生了嚴重生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題的區(qū)域；④高速鐵路等國家重點基礎設施保護區(qū)、重要文物保護區(qū)；⑤其他需要禁采的區(qū)域。

(2)在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域，應全部劃為限采區(qū)。

4.2 禁采條件分析

根據(jù)此次野外現(xiàn)狀調(diào)查，溫宿縣地下水超采區(qū)現(xiàn)狀最大靜水位埋深為 33.5 m，遠沒有達到地下水水位低于相應地下水開發(fā)利用目標含水層組厚度的4/5標準，沒發(fā)現(xiàn)地下水質(zhì)發(fā)生水質(zhì)惡化達到Ⅴ類水的現(xiàn)象，因此根據(jù)現(xiàn)有資料，將溫宿縣地下水中型超采區(qū)中高礦化度區(qū)劃定禁采區(qū)。

4.3 禁采區(qū)劃分

地下水禁采區(qū)劃分。根據(jù)劃分標準和溫宿縣的實際情況，將嚴重超采區(qū)中高礦化度區(qū)劃為地下水禁采區(qū)，其他地下水超采區(qū)全部劃分為限采區(qū)。共劃分禁采區(qū)2個，分別是佳木鎮(zhèn)種羊場一帶和古勒阿瓦提東部四大隊一帶，共計85.84 km2。

4.4 限采區(qū)劃分

在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域全部劃為限采區(qū)，共計1 547.87 km2。

5 地下水超采區(qū)治理建議

5.1 地下水監(jiān)測

溫宿縣水利系統(tǒng)目前沒有深層承壓水動態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)。而深層承壓水超采引起的地面沉降及其危害也嚴重得多。因此，深層承壓水采區(qū)的地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)急需建立。根據(jù)水文地質(zhì)條件特點，溫宿縣深層承壓水采區(qū)需設深層承壓水動態(tài)監(jiān)測井。

5.2 日常監(jiān)督管理

溫宿縣水利局每年分別于年初、汛前、汛后定期發(fā)布《溫宿縣平原區(qū)地下水通報》，統(tǒng)計分析平原區(qū)地下水水位動態(tài)。其中，包括超采區(qū)的地下水位升降變化情況?！稖厮蘅h平原區(qū)地下水通報》的發(fā)布為各級有關部門和公眾了解地下水資源與環(huán)境現(xiàn)狀、制定地下水資源開發(fā)利用與保護對策提供了重要依據(jù)。為更好地開展地下水超采區(qū)的治理，提出以下日常監(jiān)督管理的建議。

5.3 水資源配置

溫宿縣地下水超采區(qū)主要位于臺蘭河平原地區(qū)，這些地區(qū)降水量相對較小，當?shù)氐乇硭臄r蓄利用條件也相對較差，但這些地區(qū)大都位于三水轉化區(qū)，或者具備引地表水條件。因此，溫宿縣地下水超采區(qū)的治理必須充分發(fā)揮客水資源的優(yōu)勢，搞好水資源配置。

對于柯柯亞河、臺蘭河以及喀拉玉爾滾河水能夠到達的地區(qū)，可以用地表水替代地下水；對于廣大的引地表水的灌區(qū)，必須加強灌區(qū)上下游之間水資源的統(tǒng)一管理，通過政策扶持促進灌區(qū)中上游地區(qū)加強機井建設，實行井渠雙灌，把節(jié)省下來的地表水河水引向地下水超采地區(qū)。

一方面臺蘭河灌區(qū)存在大量地下水超采區(qū)，另一方面在引地表水自流灌區(qū)還存在大范圍的地下水淺埋區(qū)。在淺埋區(qū)不僅大量地下水白白消耗于潛水蒸發(fā)，造成水資源浪費，同時還存在鹽堿漬澇的危害和潛在威脅。大部分淺埋區(qū)屬于宜井區(qū)，可以發(fā)展機井灌溉。因此，加強流域和灌區(qū)上下游之間水資源的統(tǒng)一管理，通過政策扶持促進淺埋區(qū)地下水的開發(fā)利用，是解決溫宿縣水資源短缺、治理地下水超采、改善溫宿縣地下水環(huán)境的一條有效的和必要的手段。

6 結論

(1)通過對地下水超采區(qū)的劃分，宿縣地下水超采區(qū)總面積1 633.71 km2。其中，一般超采區(qū)4處，總面積1 236.11 km2。嚴重超采區(qū)3處，嚴重超采區(qū)面積397.61 km2。

(2)通過對地下水禁采區(qū)與限采區(qū)的劃分，共劃分禁采區(qū)2個，分別是佳木鎮(zhèn)種羊場一帶和古勒阿瓦提東部四大隊一帶，共計85.84 km2。在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域全部劃為限采區(qū)，共計1 547.87 km2。

(3)提出了地下水超采區(qū)治理建議，主要包括地下水監(jiān)測、日常監(jiān)督管理、水資源配置等相關建議。