喀什地區(qū)不同TDS淺層地下水分布及資源量估算

魏 興，周金龍，賈瑞亮，曾妍妍，陳大春

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830052)

本文所述的中鹽度地下水是指礦化度為2～7 g/L，能直接或間接用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水[1]。塔里木盆地灌區(qū)土壤鹽漬化危害重點(diǎn)地區(qū)是喀什地區(qū)喀什噶爾河流域和葉爾羌河流域等地[2]。據(jù)研究，干旱區(qū)農(nóng)業(yè)與地下水資源量關(guān)系密切[3,4]，依賴程度較高[5]。隨著喀什地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速增長(zhǎng)，水資源的過(guò)度利用，鹽漬化和沙漠化危害嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。喀什地區(qū)喀什噶爾河灌區(qū)和葉爾羌河灌區(qū)是全國(guó)大型灌區(qū)之一，地下水是非常重要的資源[7,8]。喀什噶爾河流域水資源短缺、葉爾羌河灌區(qū)水土資源承載力為不可承載狀態(tài)是水資源過(guò)度開發(fā)的結(jié)果[9,10]。喀什地區(qū)平原區(qū)地下水埋深一般小于5 m[11]，長(zhǎng)期蒸發(fā)和濃縮作用，使地下水TDS增高，水質(zhì)變差。這些區(qū)域淺層地下水TDS不符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5084-2005(TDS在鹽堿土地區(qū)<2 g/L)，長(zhǎng)期利用地下水對(duì)土地有鹽分積累作用。曾妍妍等[12]用單因子評(píng)價(jià)法，對(duì)喀什地區(qū)喀什噶爾河流域地下水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得出地下水超標(biāo)物主要是總硬度、TDS、SO2-4、Fe、Mn、Na+和Cl-等，其中總硬度和TDS超標(biāo)率分別為73.5%和69.2%。陳云飛等[13]對(duì)喀什地區(qū)葉爾羌河流域農(nóng)村區(qū)域地下水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析得出地下主要是總硬度、TDS、SO2-4、Fe和Mn等超標(biāo)，其中總硬度和TDS超標(biāo)率分別為82.4%和71.6%。周金龍[14]等對(duì)塔里木盆地平原區(qū)中鹽度地下水質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出各流域、各地(州)中鹽度地下水的灌溉適應(yīng)性準(zhǔn)則。

本文依據(jù)最新的地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)喀什地區(qū)淺層地下水TDS進(jìn)行分區(qū)，利用地下水補(bǔ)給模數(shù)成果，估算地下水資源量。這對(duì)于喀什地區(qū)合理利用地下水資源，防治地下水鹽化和土壤鹽漬化，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

喀什地區(qū)地處歐亞大陸腹地，位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，地理位置于73°27′～79°57′E，35°20′～40°18′N之間[15]。總面積約11.167 萬(wàn)km2，平原區(qū)面積約4.239 89 萬(wàn)km2，南北長(zhǎng)約530 km，東西寬約450 km。

喀什地區(qū)屬于暖溫帶大陸干旱氣候，氣候干燥、降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、冬短夏長(zhǎng)等特點(diǎn)[16]。其水系受地形地貌、地域降水影響，各河流均為融補(bǔ)型河流。

喀什地區(qū)由喀什噶爾河流域和葉爾羌河流域組成。西部喀什噶爾河流域由克孜勒河、蓋孜河、庫(kù)山河、依格孜亞河、恰克馬克河、博古孜河等6條河流組成，地表水年徑流量為45.92 億m3，平原區(qū)面積為1.748 78 萬(wàn)km2；東部葉爾羌河流域由葉爾羌河、提孜那甫河、柯克亞河、烏魯克河等4條河流組成，地表水年徑流量為75.71 億m3，平原區(qū)面積為2.491 11 萬(wàn)km2。

喀什地區(qū)平原區(qū)地下水為第四系松散巖類孔隙水[17]。平原區(qū)地下水主要由大氣降水入滲、山前側(cè)向補(bǔ)給、河道水滲漏、渠系水與田間灌溉水入滲、水庫(kù)滲漏和井灌回歸組成。地下水徑流條件受地層巖性、結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)構(gòu)造等條件控制，西部喀什噶爾河流域地下水由西北向東南徑流，東部葉爾羌河流域地下水由南向北徑流[18]。地下水排泄有人工開采、潛水蒸發(fā)、植物蒸發(fā)蒸騰、泉水溢出以及地下水向下游側(cè)向流出等。

1.2 水樣采集與測(cè)試

按照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局編制的《地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范(DD2008-01)》的技術(shù)要求，在喀什地區(qū)平原區(qū)進(jìn)行1∶25萬(wàn)精度地下水污染調(diào)查。地下水采樣點(diǎn)分布于喀什地區(qū)的11個(gè)縣(市)。水樣嚴(yán)格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T164-2004)》進(jìn)行采集、保存和送樣。采樣時(shí)間為2014年7-8月，共采集淺層地下水樣112組，采樣井井深為10～100 m。水樣由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所礦泉水檢測(cè)中心檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為TDS等，TDS的檢測(cè)下限為0.1 mg/L。

2 淺層地下水TDS統(tǒng)計(jì)特征

本次喀什地區(qū)淺層地下水112個(gè)水樣中，地下水TDS為0.21～8.91g/L，平均為2.49 g/L，達(dá)到中鹽度地下水標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析得出，標(biāo)準(zhǔn)差為2.001，偏度為1.244，峰度為1.003，表明地下水TDS分布為正偏態(tài)分布，峰值比正態(tài)分布要平坦(見圖1)。表明喀什地區(qū)淺層地下水TDS值域范圍分布較廣。

圖1 喀什地區(qū)淺層地下水TDS頻率分布圖

3 淺層地下水不同TDS分布特征

根據(jù)喀什地區(qū)淺層地下水TDS檢測(cè)結(jié)果，將喀什地區(qū)淺層地下水TDS劃分為淡水(TDS ≤2 g/L)、中鹽度地下水(TDS 2～7 g/L)和高鹽度地下水(TDS >7 g/L)3個(gè)等級(jí)。運(yùn)用克里金插值對(duì)淺層地下水TDS分區(qū)，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，喀什地區(qū)不同TDS淺層地下水分布有一定特征，淡水區(qū)主要分布在流域上游地表水出山口的前山平原區(qū)，中鹽度地下水和高鹽度地下水主要分布在流域中、下游區(qū)域。

根據(jù)淺層地下水TDS分區(qū)結(jié)果，得到喀什地區(qū)淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分布面積分別為12 209.5、29 315.9和873.5 km2，分別占總面積4.239 89 萬(wàn)km2的28.8%、69.1%和2.1%。其中喀什噶爾河流域面積1.748 78 萬(wàn)km2，占喀什地區(qū)平原區(qū)總面積的41.2%，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水占該流域面積的32.9%、66.4%和0.7%；葉爾羌河流域面積2.491 11 萬(wàn)km2，占喀什地區(qū)平原區(qū)總面積的58.8%，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分別占該流域面積的25.9%、71.1%和3.0%。喀什地區(qū)兩大流域淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水面積比例相近，具有相似的分布特征。喀什地區(qū)各縣(市)淺層地下水不同TDS的分布面積見表1。

圖2 喀什地區(qū)淺層地下水TDS分區(qū)圖

4 喀什地區(qū)不同TDS地下水資源量估算

利用喀什地區(qū)淺層地下水TDS分區(qū)圖與新疆平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量模數(shù)分區(qū)圖，借助GIS技術(shù)進(jìn)行交并，得到1 307組淺層地下水不同TDS對(duì)應(yīng)的補(bǔ)給模數(shù)分區(qū)面積。計(jì)算喀什地區(qū)不同TDS淺層地下水的補(bǔ)給資源量，計(jì)算公式為：

Q=∑ADii+∑AZii+∑AGii

(1)

式中：Q為淺層地下水總補(bǔ)給量，萬(wàn)m3；ADi、AZi、AGi分別為淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分區(qū)所對(duì)應(yīng)地下水補(bǔ)給模數(shù)i的面積，km2；i∈ 0.05～147.70 萬(wàn)m3/(km2·a)。

通過(guò)計(jì)算(見表2)，喀什地區(qū)地下水總補(bǔ)給量為61.79 億m3，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水總補(bǔ)給量分別為28.52、32.85和0.42 億m3，分別占總補(bǔ)給量61.79 億m3/a的46.1%、53.2%和0.7%。其中喀什噶爾河流域補(bǔ)給量為26.06 億m3，占喀什地區(qū)總補(bǔ)給量的42.2%，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分別占該流域補(bǔ)給量的45.5%、53.3%和1.2%；葉爾羌河流域補(bǔ)給量為35.74 億m3，占喀什地區(qū)總補(bǔ)給量的57.8%，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分別占該流域補(bǔ)給量的46.6%、53.1%和0.3%。喀什地區(qū)兩大流域淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水補(bǔ)給量比例差別較小，具有相似性。

5 結(jié) 論

(1)喀什地區(qū)平原區(qū)淺層地下水TDS值域范圍分布較廣，平均值為2.49 g/L，達(dá)到中鹽度地下水標(biāo)準(zhǔn)。喀什地區(qū)淡水區(qū)主要分布在流域上游區(qū)域，中鹽度地下水和高鹽度地下水主要分布在流域中、下游區(qū)域。淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水分布面積分別為12 209.5、29 315.9和873.5 km2，分別占平原區(qū)總面積4.239 89 萬(wàn)km2的28.8%、69.1%和2.1%。

(2)喀什地區(qū)平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量為61.79 億m3/a，淡水、中鹽度地下水和高鹽度地下水總補(bǔ)給量分別為28.52、32.85和0.42 億m3/a，分別占總補(bǔ)給量的46.1%、53.2%和0.7%。

干旱區(qū)地下水是重要的水資源，喀什地區(qū)平原區(qū)淺層地下水淡水資源分布面積是總面積的28.8%，其補(bǔ)給資源量占總補(bǔ)給量的46.1%。應(yīng)對(duì)淡水劃定地下水功能區(qū)，進(jìn)行保護(hù)性開采，做到合理開發(fā)，優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。喀什地區(qū)平原區(qū)中鹽度和高鹽度淺層地下水分布于流域中下游地下水淺埋區(qū)，地下水的利用除了要加大開發(fā)力度、有效降低地下水水位外，還必須與地表水混合灌溉相結(jié)合，保證水質(zhì)符合灌溉標(biāo)準(zhǔn)，維持良好的農(nóng)田生態(tài)關(guān)系，確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

表1 喀什地區(qū)地下水TDS分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)表 km2

表2 喀什地區(qū)不同TDS分區(qū)地下水補(bǔ)給量計(jì)算成果表 萬(wàn)m3

[1] 周金龍,胡順軍,汪丙國(guó),等.塔里木盆地中鹽度地下水棉花膜下滴灌技術(shù)開發(fā)與示范[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2013.

[2] 喬 木,周生斌,盧 磊,等.近25 a來(lái)塔里木盆地灌區(qū)土壤鹽漬化時(shí)空變化特點(diǎn)與改良治理對(duì)策[J].干旱區(qū)地理，2011, 34(4):604-613.

[3] 郭燕枝,王小虎,孫君茂.華北平原地下水漏斗區(qū)馬鈴薯替代小麥種植及由此節(jié)省的水資源量估算[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2014,16(6):159-163.

[4] 王 學(xué),李秀彬,辛良杰.河北平原冬小麥播種面積收縮及由此節(jié)省的水資源量估算[J].地理學(xué)報(bào),2013,68(5):694-707.

[5] 田言亮,張光輝,王 茜,等.黃淮海平原灌溉農(nóng)業(yè)對(duì)地下水依賴程度與保障能力[J].地球?qū)W報(bào),2016,37(3):257-265.

[6] Nianfeng Lin, Jie Tang, Fengxiang Han. Eco-environmental problems and effective utilization of water resources in the Kashi Plain, western Terim Basin, China[J]. Hydrogeology Journal,2001,9(2):202-207.

[7] 滿蘇爾·沙比提,阿布力米提·阿巴白克熱,熱汗古麗·吾買爾.喀什地區(qū)近 10a 綠洲耕地變化及其地下水位效應(yīng)分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011,25(11):145-151.

[8] 陳鐘望,楊漢波,陳 東.葉爾羌河綠洲近20年來(lái)地下水埋深變化及其原因分析[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2016,35(6):58-66.

[9] 曹 偉,岳春芳,艾力米古力·艾薩.基于供水限額的喀什噶爾河流域農(nóng)業(yè)用水模式研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2012,(8):24-29.

[10] 楊 廣,何新林,杜玉嬌,等.葉爾羌河灌區(qū)水土資源特征及其承載力分析[J].人民黃河,2013,35(2):78-80.

[11] 胡林金.喀什地區(qū)地下水埋深及其動(dòng)態(tài)特征淺析[J].地下水,2013,35(3):85-87.

[12] 曾妍妍,周殷竹,周金龍,等.新疆喀什地區(qū)西部地下水質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,39(2):167-172.

[13] 陳云飛,周殷竹,周金龍,等.塔里木盆地農(nóng)村地區(qū)地下水質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,38(5):412-419.

[14] 周金龍,吳 彬,王毅萍,等.新疆塔里木盆地平原區(qū)中鹽度地下水分布及其質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2009,(9):32-36.

[15] 紀(jì)媛媛,李 巧,周金龍.新疆喀什地區(qū)地下水質(zhì)量與污染評(píng)價(jià)[J].節(jié)水灌溉,2014,(1):50-56.

[16] 陳小兵,周宏飛,張學(xué)仁,等.新疆喀什噶爾沖積平原區(qū)地下水水化學(xué)特征[J].干旱區(qū)地理,2004,27(1):75-79.

[17] 朱 宏,周宏飛,陳小兵,等.新疆喀什地區(qū)的地下水資源特征分析[J].干旱區(qū)研究,2005,22(2):152-156.

[18] 曲鵬飛.喀什經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)和可持續(xù)利用[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2015.