新疆青格達湖水源地地下水開發利用淺析

阿依古麗.托合提,魏守忠

(1.新疆克孜勒蘇水文水資源勘測局,新疆 阿圖什市 845350;2.新疆水文水資源局三工河流域地下水環境監測站,新疆 阜康 831505;3.新疆兵團 222團地下水綜合試驗站,新疆 阜康 831505)

青格達湖水源地是 1963年建成的農用地下水水源地。它是為解決處于下游沖洪積細土平原的團場灌溉用水而建立的。青格達湖水源地建于烏魯木齊河沖洪積扇溢出帶。水源地為下游灌區長年抽水、蓄存于猛進水庫(庫容6000×104m3),是具有水庫調節的“A”型水源地。近 27a年(1981～2007年)平均年開采地下水3 217×104m3,為下游沖洪積細土平原灌區輸送了穩定、可靠的水源,社會經濟得到了可持續發展。其水源地開發利用方式可對干旱區的地下水開發利用提供經驗。

1 區域概況

烏魯木齊河流域南接天山北麓中段東部,北接古爾班通古特沙漠。流域有烏魯木齊河、頭屯河,老龍河及泉水水系,年總逕流量達 5×108m3左右。區內氣候條件為大陸性干旱氣候類型,平原區多年平均降水 185.8mm,年平均蒸發量1 868mm,干旱指數10.1,是一個水資源極為緊缺的干旱地區。

青格達湖水源地處于烏魯木齊河沖積平原下游,區內發育了巨厚的第四系沖積相堆積物,沉積地層為礫石、砂礫、粘土等土互層的多層結構。地下水系統上部為潛水、下部為多層承壓水層。水源地在 350m深度范圍內一般可揭露 4個含水層(表 1),單層厚度一般為 10～50m。承壓含水層為中更新世一晚更新世(Q2-3al+l)沖洪積卵礫石和砂礫石、粗砂,呈多層結構。每年 2～3月份,因區域地下水在非灌溉期停止開采原因,承壓水逐漸恢復上升,以致高出地面,機井呈自流狀態。受地形影響,區內自南向北承壓水頭逐漸變小。

表1 青格達湖水源地區含水層特征表

水源地現有機井數 51眼,機井深度為 60～300 m之間,單井出水量 40～300 m3/h。多年地下水年平均開采量 3217×104m3。

區內地下水主要補給為上游地下水側滲、河道及農田灌溉等地表水體的垂直入滲。排泄方式主要為向下游的側向排出、人工開采、地下水蒸發、蒸騰和排渠排泄。

長年抽水蓄存水庫,地下水開發利用已使昔日潛水溢出帶的沼澤濕地疏干變為農田,天然綠洲變為人工綠洲。流域隨著社會、經濟發展水平的提高,地下水已成為流域的主要供水水源。在此條件下,青格達湖水源地則保持了地下水位的相對穩定,其可持續開采的實踐是干旱區地下水開發利用中值得重視和探討的問題。

2 水源地地下水動態特征

從 1981年青格達水源地地下水動態觀測資料可以看出(圖 2),水源地開采量經歷了高、中、低三個年開采量過程。高開采量期(1981～1984年),地下水開采量5266～6 373×104m3,年平均開采量5871×104m3,地下水埋深 14.14～22.2m,此期為地下水埋深穩定期;中等開采量期(1985～1992年)歷程 8年,地下水開采量2 390～8 358×104m3,年平均開采量4 614×104m3,地下水埋深 0.42～20.8m,此期為地下水埋深恢復上升期;低開采量期(1993～2007年)持續時間 15年,地下水開采量 259～2 824×104m3,年平均開采量1 764×104m3,地下水埋深 0.04～16.55 m,此期為地下水淺埋深穩定期,區內潛水無效蒸發量增大[1]。

從青格達湖水源地總的開采埋深過程曲線看,水源地開采地下水形成的降深漏斗騰空了其區內含水層空間,使流向水源地的地下水水力坡度增大,地下水向漏斗中心匯流作用增強,可襲奪較多的補給水量,如潛水蒸發量、地下水側向排泄等地下水量,從而使水源地水位達到動態平衡。在水源地高開采量期,地下水埋深保持穩定在 21.4m左右。明顯可以看出,水源地年開采量在小于3 500×104m3時,水源地埋深呈恢復上升狀態。1993年后地下水埋深持續上升,至2 000年后,地下水埋深為 0.04～0.61m。水源地地下水除開采和側向排泄外,其余轉化為潛水蒸發。

多年的開采實踐表明水源地在較大開采量條件下能達到采補平衡,地下水位可保持相對穩定狀態;在開采量較少的年份,水源地地下水位會很快上升恢復,發揮出了水源地蓄存地下水的作用。由此說明,青格達水源地是一個可以高效利用的地下水水源地。

圖1 青格達水源地歷年逐月地下水埋深與年開采量變化關系圖

3 青格達水源地地下水開采量與埋深關系分析

青格達水源地地下水開采量與其埋深關系是衡量水源地可持續性開發利用的一個定量指標。利用水源地開采流量和埋深監測資料,初步分析得出青格達水源地地下水開采量與埋深為線性方程(圖 2),Q(h)=139.21 S+1 864.1式中,S:水源地年平均地下水埋深 (m);Q:水源地年開采量(104m3)。

擬合方程與水源地開采承壓水線性模型一致[2],回歸方程相關系數 R=0.544,樣本容量n=27,在a=0.01水平上顯著,R=0.544＞0.487,方程檢驗高度相關。線性方程中,其物理意義為青格達水源地保持不同穩定埋深,埋深每下降(上升)1m,其開采量則會增加(減小)139.2×104m3。方程系數可理解為水源地年單位降深地下水開采量。即為 q=139.2×104m3/m?a。它是青格達水源地開采地下水時其含水層的年補給能力,是評估水源地開采量能力的一個重要指標。

圖2 青格達水源地開采流量與埋深關系擬合圖

青格達水源地現狀地下水開采量相對較小,區域地下水埋深小于 1m,存在大量的潛水無效蒸發,同時加大了土壤次生鹽漬化的程度,對干旱區珍貴的水資源來說,應適當奪取潛水蒸發量,除害興利[3]。從青格達水源地多年動態分析看,水源地地下水埋深調控在 15～20m較為合理,對應的地下水開采量為 Q(15～20)=139.21S+1 864.1=3 952.3～4 648.3 ×104m3。

3 結論與建議

(1)水源地地下水多年埋深變化穩定是其水源地可持續利用的保證,實踐證明水源地建在潛水溢出帶是開發利用山前地下水庫的最佳位置。分析得出,青格達水源地地下水年單位開采量為 139.2×104m3/m?a,地下水補給條件好,開采能力較大。可為相似地區開發利用地下水提供經驗。

(2)水源地近期地下水埋深小于潛水蒸發臨界值,應適當提高水源地地下水開采量,提高水資源的利用率,初步分析青格達水源地年開采量3 952.3～4 648.3×104m3較為合理。

(3)不斷加強、完善流域地下水動態觀測的基礎工作,為流域可持續開發利用地下水提供數據。

[1]王大純,張人權,史毅虹,等.水文地質學基礎[M].北京:地質出版社,1995.

[2]薛禹群,朱學愚.地下水動力學[M].地質出版社,1979.

[3]高健磊,吳澤寧,左其亭,等.水資源保護規劃理論方法與實踐[M].鄭州:黃河水利出版社,2002.