石河子市下野地灌區地下水開發利用現狀及存在問題

李 利

(新疆兵團勘測規劃設計研究院地質勘察分院,新疆 石河子 832000)

地下水是水資源的重要組成部分,地下水資源對處于干旱、半干旱地區的新疆城鄉各族群眾的生活飲用水和工農業生產供水以及生態環境保護都發揮了不可替代的重要作用。近些年隨著國家西部大開發戰略實施的不斷深入,國家及新疆兵團對兵團團場基礎設施建設的投資力度不斷加大,團場社會經濟也因此得到了全面快速發展,與此同時對水資源的需求量也在不斷增大。為滿足用水需求,短期內通過開采地下水來緩解用水緊張的局面,但由于缺少科學合理規劃,在地下水開發利用的同時也出現了諸多問題,水資源短缺再次成為制約當地社會經濟發展的瓶頸,嚴重影響到下野地灌區各團場社會經濟的可持續發展。

1 水文地質概況

1.1 水文地質條件

石河子市下野地灌區位于瑪納斯河流域下游沖積細土平原區,區內沉積了巨厚的第四系松散沖積物,形成了多層結構的潛水——承壓水含水系統。承壓含水層巖性以粉細砂為主,中間夾多層粉質粘土,地下水在 80m以上水質礦化度較高,多大于3 g/L;120m以下的中深層承壓水礦化度一般小于2 g/L。下野地灌區潛水埋藏深度的變化主要與區內渠系、居民區及農田灌溉區的分布有關,由于細土平原區地層巖性較細,以粉砂、粉土和粉質粘土為主,呈互層狀,透水性較差,徑流緩慢,潛水補給量無法短時間達到平衡,地表渠系較發達的地區,或人為水利干預較多的地帶,上部地表水的滲漏在局部地段賦存形成上層滯水,致使該地帶呈季節性的或暫時的水位抬升,從而表現為水位埋深相對較淺。而在沙漠邊緣及荒漠地帶,地下水垂向補給源較少,且隨著下部承壓水的大力開采,減少了對潛水的頂托補給,潛水水位較低。

下野地灌區地下水補給方式主要受地下水的側向徑流補給、渠系和農業灌溉水入滲補給,潛水水位埋深多大于5m,僅在團部、連隊居民分布區潛水水位埋深小于 3m。地下水大致由東南向西北方向徑流,水力坡度 2‰～3‰,地下水排泄方式主要為側向徑流排泄和人工開采排泄。

下野地灌區地下水開采目標含水層為承壓含水層,取水層位多在 200m～350m,導致區內 200m～350m深度內的中深層承壓水被大量開采,短期內承壓水得不到有效補充,貯存量急劇減少,地下水位處于持續下降狀態。灌區機井承壓水頭高度 -35 m左右,部分達 -40m～-50 m,上世紀灌區內分布的自流井,目前已不再自流,即使在冬季非開采期,也已見不到機井自流的現象。灌區單井出水量 60～80m3/h,水位降深為 30 m～50 m(與各機井成井工藝有關,差別較大),單井單位涌水量為 0.35～0.95 L/s.m,滲透系數0.47～1.19m/d,承壓含水層顆粒較細,滲透能力差,地下水徑流補給速度極為緩慢,水文地質條件差,為弱富水區。

1.2 地下水資源量

下野地灌區所處水文地質單元條件差,潛水水質差,中深部承壓水水質較好,地下水補給來源主要為灌區上游含水層的側向徑流流入、河道過境水入滲以及區內渠系引水、田間灌溉水的滲入轉化補給和越流補給。2008年石河子市下野地灌區地下水資源量13655×104m3/a,地下水資源可開采量7510×104m3/a。

2 地下水開發利用現狀及存在問題

2.1 地下水開發利用現狀

據 2008年調查,下野地灌區各團場現有機井 532眼(不完全統計),其中生活及工業用水井 15眼,農灌井 517眼,機井密度平均為 0.27眼/km2,部分農業團場機井密度達 0.52眼/km2。現狀機井深度普遍較深,其中深度大于 200 m的機井有 518眼,占機井總數的 97%;深度大于 300 m的機井有251眼,占機井總數的 47%。2008年下野地灌區地下水開采量已達7820×104m3/a,大于地下水資源可開采量。

2.2 地下水開發利用過程中出現的問題

2.2.1 地下水位持續下降,提水成本增加

由于過度開采地下水,下野地灌區承壓水水頭不斷下降,原有自流井已全部消失。2000年以前水位平均下降速率0.27～0.55m/a,2000年以后下降幅度有所增大,水位平均下降速率 0.63～2.93m/a,屬一般——嚴重超采區。

隨著地下水水位的持續下降,機井出水量減少,為滿足農業生產需要,需不斷加大水泵下泵深度,以增加提水成本來維持用水需求,降低了供水效益。但部分機井水位下降過大,甚至下降至機井井管變徑位置(當地機井變徑深度一般在 70～80m)以下,機井因此而報廢或采用特種泵二次加壓抽水,報廢機井逐年增多,提水成本增加。

2.2.2 機井管理混亂,缺少設計依據

隨著農業的不斷發展,耕地面積不斷增大,地表水資源已無法滿足農業灌溉的需要,采用鑿井開采地下水的方式來補充農業灌溉,解決季節性缺少問題。2000年后伴隨著土地承包形式的轉變,機井投資發生變化,全部改為自籌資金,機井權屬為個人,機井設計、施工及其配套與管理均無設計依據,任憑農場主意愿或井隊經驗進行,機井設計、施工存在諸多問題,如機井深度過大,濾料偏大,洗井不徹底等問題,且無任何機井檔案資料,造成機井管理的混亂,機井數量、開采量無法準備統計。

2.2.3 混合開采,水質惡化

下野地灌區現有機井深度普遍大于 300 m,主要開采中深層承壓水,礦化度小于1 g/L,水質良好。但在機井施工過程中井隊為達到協議單井出水量或農戶為追求更大的出水量,對上部礦化度較高的含水層未進行止水或不完全止水,造成多個含水層混合取水。長期以來,這樣混合開采造成地下水上下各含水層發生或加劇水力聯系,甚至相互串通,造成地下水水質逐漸惡化。

2.2.4 重灌輕排,土壤鹽漬化加重

下野地灌區處于瑪納斯河下游沖積平原區,地層顆粒較細,巖性以粉土、粉質粘土和粘土為主,局部夾有粉、細砂層,大量農業灌溉水入滲,致使潛水水位呈現季節性抬升,水位埋深較淺。而現狀排水設施主要為明渠排水,排水不通暢,無其它灌排結合井和排水井,潛水水位持續偏高。在強烈的蒸發作用下,土壤中水分運移以上行為主,向下淋濾脫鹽的過程微弱,土壤表現為聚鹽型,久而久之造成土壤鹽漬化加重。

2.2.5 地下水監測站網不完善,手段落后

下野地灌區內無中深層地下水監測站(長觀孔),現有監測站主要為淺層地下水水位動態監測點,其孔深多小于30m,甚至個別孔深小于 10m,且因維護不夠,多數處于報廢狀態,無法真實反映地下水動態變化特征。地下水監測工作也由當地水管人員兼管,監測手段落后,仍采用測繩、卷尺等設備進行水位測量,且監測數據不全,缺少水量、水質的監測。

3 對策與建議

3.1 科學合理開采地下水

下野地灌區為“潛水可采,但承壓水屬限制開采區”,應嚴格按照地下水開發利用分區進行地下水開采,對現有開采機井進行合理調整,對運行狀況較差、混合開采的機井應逐步進行關停,對地下水開采進行總量控制,同時對報廢機井進行回填處理。

3.2 健全政策法規體系,增強節水意識

首先要進行制度節水,建立完善的地下水管理制度體系,積極開展節水工作,增強全民節水意識,實現全面節水。其次為用水過程節水,通過生產設備的改造和用水工藝的改變,提高水的重復利用率;通過農業種植結構的調整,積極發展節水型農業和節水灌溉技術,提高農業灌溉水利用效率。

3.3 堅決制止私自開采地下水行為

地下水是水資源的重要組成部分,地下水資源對處于干旱、半干旱地區的新疆城鄉各族群眾的生活飲用水和工農業生產供水以及生態環境保護都發揮了不可替代的重要作用。因此應進行機井全面排查,對未經水行政主管部門批準、未辦理取水許可證等違規開采地下水的行為進行制止,“退耕還水”。

3.4 建立中深層地下水監測站網

地下水監測數據反映了地下水水量、水質和開發利用情況的變化。為保證地下水資源的可持續利用,需進一步完善地下水動態監測站網,實現自動監測,特別是中深層地下水動態監測網的建設工作,以便對不同深度內含水層的地下水動態進行有效監控。通過地下水動態監測資料,確定合理的水位降深和開采量,優化開采運行方案,為科學合理開采地下水提供依據。

3.5 加快實施地表水源工程

下野地灌區內現狀水利工程無任何調蓄水庫,地表來水量較少,且地下水資源匱乏,造成灌區水資源供需矛盾尤為突出,因此應加快實施地表水源引水工程,早日建成下野地地表供水工程和炮臺鎮地表供水工程,替代部分地下水開采量,緩解地下水超采的現狀,以達到地下水的可持續利用。

[1]新疆兵團勘測規劃設計研究院地質勘察分院,農八師石河子市地下水開發利用與保護規劃,2009。

[2]新疆兵團勘測規劃設計研究院地質勘察分院,農八師石河子市地下水監測網規劃,2009。