新疆生產建設兵團第六師所在轄區地下水資源評價方法分析

簡著祝

(五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

新疆建設兵團第六師轄區地處昌吉回族自治州、阿勒泰地區、五家渠市三地境內，總面積約7813.7km2。截至2016年底，第六師下轄14個農牧場，總人口達到34萬人，以第一產業為主，可實現年生產總值215.7億元。由于新疆為內陸干旱型氣候，因此農業灌溉主要依靠地下水，而隨著耕地數量的增多，近年來第六師轄區地下水位明顯下降，必須要制定科學合理的開采措施才能保證該地區經濟的可持續發展。

1 地下水資源評價的意義

地下水資源具有水質好、供應量穩定等特點，因此是新疆大部分地區的主要水源。由于地下水年補給量一般為一個定值，若對地下水進行無節制開采，必然會造成地下水量急劇減少，水位降低，從而使后期開采成本增大、開采量減少[1]。

保證一個地區地下水資源量最理想的狀態是在一定時期內水質和水量處于均衡狀態。水資源評價的主要指標是監測當地地下水水質和水量的變化情況，這對保證當地居民的用水安全及經濟可持續發展具有重要意義[2]。

2 地下水資源評價方法分析

為防止評價結果出現大范圍偏差，在本項目中設計采取水均衡法和數值模擬法分別評價，再將兩種方法的結果進行對比分析，最終得出較為準確的數據。

2.1 水均衡法評價地下水

2.1.1 水均衡法原理

水均衡法的本質是根據“地下水動力平衡”原理來估算某一面積較大區域內的地下水在某一段時期補給量和消耗量之間的變化關系，該評價法因對地質條件敏感度較低、計算簡單方便、對水文資料要求低等優點被廣泛應用。水均衡法的基本計算式如式(1)所示[3]：

ΔGW=GW補-GW耗

(1)

式中 ΔGW——地下水變化量；GW補——地下水總補給量；GW耗——地下水總消耗量。

2.1.2 區域地下水總補給量估算

a. 入滲系數的確定。本項目區地下水補給的主要來源為入滲補水，具體形式有大氣降水、徑流、水渠以及田間入滲。土壤類型直接決定了入滲系數α，因此通過對項目區大范圍土壤類型進行分析，得出表1中各類土壤的入滲系數。而河流入滲系數P取值為0.60～0.80；渠系入滲系數γ取值為0.65～0.85；田間入滲系數β取值為0.10～0.45(具體根據現場測量確定)[4]。

表1 項目區各類土壤的入滲系數α

b. 降水入滲補給量估算。結合項目區內7個氣象站(瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、米泉、阜康市、吉木薩爾、奇臺縣)統計的2004—2012年間平均降水數據，做降水量統計圖(見圖1、圖2)。綜合統計圖可知：第六師區域多年平均降水量為110～180mm，結合各地土壤入滲系數可按照式(2)對項目區降水總入滲量Q1估算，最后得Q1=32472萬m3。

Q1=Shα

(2)

式中S——項目區總面積，m2；h——項目區多年平均降水量，m。

圖1 瑪納斯縣氣象站降水量統計

圖2 昌吉市氣象站降水量統計

c. 徑流入滲補給量估算。徑流入滲補給量Q2與河流入滲系數K、水利坡度I、含水層厚度H、河道寬度B直接相關，計算公式見式(3)[5]。經計算第六師項目區內徑流總入滲補給量約為5510萬m3。

Q2=365KIHB

(3)

d. 田間、渠系補給量估算 。第六師項目區下轄8個灌區(5大、2中、1小)，總灌溉面積258.08萬畝。干渠總長816.92km，未防滲長度167.33km；支渠總長1342.56km，未防滲長度361.56km；斗渠總長2484.88km，未防滲長度1615.17km；農渠總長670km，基本未防滲。以灌區為單位，按照式(3)分別計算田間、渠系地下水補給量Q3，計算結果見表2。最終得出項目區內田間灌溉入滲量為9398萬m3，渠系入滲量為11416萬m3。

Q3=Qγβ

(4)

式中Q—— 年平均灌溉用水量，m3。

表2 第六師田間、渠系地下水補給量估算(部分)

2.1.3 項目區地下水總消耗量計算

地下水消耗主要途徑為人工開采和潛水蒸發，其中項目區人工開采量可根據灌溉、生活等用水量估算，得出Q開采=37932萬m3；潛水蒸發與覆巖巖性、潛水埋深、植被發育等有關，該項目區潛水蒸發系數見表3[6]。經計算Q蒸發=3326萬m3。

表3 潛水蒸發系數

通過分別計算地下水補給量和消耗量，確定第六師地下水資源量穩定在70116萬m3。根據開采系數0.5計算，確定項目區地下水可開采量為35058萬m3，目前年均超采量約為2874萬m3。

2.2 數值模擬法評價地下水

a. 邊界確定。設定項目區東部邊界為北塔山，西部邊界為瑪納斯河流域，南部邊界為天山山脈，北部邊界位于古爾班通古特沙漠邊緣(見圖3)，各邊界補給或排泄量根據實地考察和WMS分布式水文模型耦合進行確定。

圖3 項目區邊界確定(藍色為補給邊界，紅色為排泄邊界)

b. 地下水位模擬。按比例從項目區抽取237眼有代表性機井并編號，將模擬結果和實際觀測水位進行比較(見圖4)。本項目模擬率定期確定為2004—2012年，由圖4可知模擬數值和實際觀測值走勢基本吻合，誤差在5%以內，滿足要求。

圖4 地下水位模擬值和實際值比較(15號機井)

c. 地下水資源評價。地下水模型數值模擬表明第六師項目區多年平均地下水總補給量為76445萬m3，總排泄量為74249萬m3，地下水資源可開采量為36277m3，和水均衡法相差1219萬m3，兩者相差3.3%，精度滿足要求。

3 結 語

通過利用水均衡法和數值模擬法對第六師項目區地下水資源進行評價，得出該區域地下水資源可開采量約36000萬m3，而目前實際開采量約為38000萬m3，年均超采2000萬m3。在短期內該項目區不會出現地下水資源缺乏問題，但目前必須要大力發展諸如節水灌溉、整修水利工程等，以此壓縮水資源開采量。

[1] 關鋒,左其亭,趙輝,等.地下水資源管理工作評價方法及應用研究[J].中國水利,2011(11):20-22.

[2] 韓曉軍,肖琳,邱林.基于突變理論的灌區地下水資源承載力評價方法[J].灌溉排水學報,2011,30(1):113-116.

[3] 劉國東,丁晶.傍河水源地地下水資源評價方法述評[J].水科學進展,2008,9(3):289-295.

[4] 劉予偉,金棟梁.地下水資源可開采量評價方法概述[J].水利水電快報,2008(S1):16-19.

[5] 鐘瑞森,董新光,劉豐,等.新疆平原區地下水資源評價及其結果分析[J].灌溉排水學報,2008,27(4):29-32.

[6] 趙偉,董慧.新疆地下水資源開發利用中存在問題及對策[J].地下水,2004,26(1):23-25.