干旱區綠洲城市地下水超采區綜合治理評估

雷米 周金龍 魏興

摘 要：為了解庫爾勒市地下水超采區綜合治理效果，采用層次分析法構建庫爾勒市地下水超采區綜合治理評價指標體系，同時采用回歸模型對地下水水位、水量進行相關分析，結果表明：庫爾勒市地下水超采區綜合治理方案制定合理，綜合治理效果基本達到要求;地下水水位回升區主要位于山前傾斜平原的沙依東園藝場、英下鄉、庫爾楚園藝場、上戶鎮、塔什店鎮、蘭干鄉和恰爾巴格鄉以及沖積平原的哈拉玉宮鄉和普惠地區，影響地下水水位動態變化的主要因素為人類活動（地下水壓采）和地質因素，水文因素對地下水水位影響存在一定滯后性。

關鍵詞：地下水;超采區;綜合治理;庫爾勒市

Abstract：In order to understand the comprehensive control effect of groundwater over-exploitation areas in Korla City， the assessment system of groundwater over-exploitation areas was constructed by analytic hierarchy process. At the same time， the regression method was used to analyze the correlation of groundwater level and quantity. The results show that the comprehensive control plan of the groundwater over-exploitation areas is reasonable and the comprehensive control effect basically can meet the requirements. Rising areas of groundwater level are mainly located in piedmont sloping plain such as Shayidong Garden Spot， Yingxia Township， Kuerchu Garden Spot， Shanghu Township， Tashidian Township， Langan Township and Qiaerbage Township and it also includes Halayugong Township and Puhui Town in the alluvial plain. It is found that the main factors affecting groundwater dynamics are human activities （groundwater restricted mining） and geological factors， the depth of groundwater has lagged reaction to the effect of hydrologic factors.

Key words： groundwater; over-exploitation areas; comprehensive treatment; Korla City

近年來，在自然環境和人類活動雙重因素影響下，區域地下水循環過程發生了顯著變化[1-2]。如何保證地下水資源可持續利用、加強地下水超采區綜合治理，是目前水資源管理面臨的最嚴峻挑戰[3]。治理成效是地下水超采區綜合治理方案實施的結果，只有從治理效果中發現問題、總結經驗、及時糾偏，才能更好地為地下水超采區綜合治理方案的制定提供導向[4]。國內外學者關于地下水超采區治理效果的研究主要體現在水資源管理政策[5]、節水效果[6-7]等方面。

庫爾勒市地處我國內陸干旱區，水資源極度匱乏，隨著城市化進程的加快，地下水水位急劇下降。庫爾勒市建成區從2014年被劃定為禁采區后，到2016年地下水水位仍較2013年最大下降2.18 m。筆者通過構建庫爾勒市地下水超采區綜合治理評價指標體系，從水量、水位、水質等角度全面評估綜合治理效果，識別影響地下水水位動態變化的主要因素，以期為干旱區綠洲城市地下水超采區綜合治理評價提供參考。

1 研究區概況

庫爾勒市位于新疆中部，南臨塔克拉瑪干沙漠、北倚庫魯克塔格山和霍拉山，總面積7 268 km2，其中平原區面積5 850 km2（含沙漠區面積）[8]。庫爾勒市降水稀少、蒸發強烈，多年平均降水量為56.6 mm，水面蒸發能力為2 700.0 mm，年平均氣溫11.4 ℃，屬溫帶大陸性干旱氣候區[9-10]。

研究區出露地層以第四系為主，在水平分布上具有明顯的分帶規律，地層巖性顆粒由北到南逐漸變細，以卵石、砂礫石、砂、亞砂土為主。山前傾斜平原地下水主要接受河谷潛流、暴雨洪流滲漏、渠系與田間灌溉回歸入滲等方式補給，形成了單一結構潛水含水層（地下水埋深為20～60 m）;地下水總徑流方向為由北向南，水力坡度為0.2%～0.4%，至沖積平原，以上部潛水-下部承壓水的雙層或多層結構含水層為主（地下水埋深2～200 m），排泄方式為泉水溢出、蒸發、側向徑流排泄和人工開采等[11-13]。水文地質及地下水取樣點分布見圖1。

2 材料與方法

2.1 地下水超采現狀

孔雀河是庫爾勒市常年性河流，也是研究區地表水資源的主要來源[14]。近年來，受源頭博斯騰湖水位影響，孔雀河徑流量逐漸減少，因地表水資源滿足不了需求，地下水資源逐漸成為主要供水水源。據統計，庫爾勒市地下水開采機井數由2000年的639眼增加到2015年的7 952眼，地下水開采量由11 020萬m3增加到51 499萬 m3，為地下水可開采量21 585萬m3的2.38倍[15]。2017年對庫爾勒市171眼地下水統測井進行地下水水位統測發現，2003—2017年統測井水位下降速率最大達5.33 m/a。地下水超采區涉及17個鄉鎮場，總面積達982.81 km2，其中嚴重超采區面積為786.84 km2、一般超采區面積為195.97 km2。

2.2 地下水超采區綜合治理

為嚴格控制地下水超采，到2020年實現地下水采補平衡，自2016年開始，庫爾勒市對地下水超采區實行水量和水位控制（“雙控”）。按照《庫爾勒市地下水超采區綜合治理規劃（2016—2030年）》要求，到2020年壓減地下水開采量29 196萬 m3;地下水水位下降速率最大值控制在1.00 m/a以內;地下水嚴重超采區全部變為一般超采區，一般超采區變為采補平衡區，超采區面積控制在500 km2以內。庫爾勒市地下水超采區綜合治理的主要工程措施包括水源置換、退地減水、高效節水、機井封填4個方面，見表1。

庫爾勒市區園林綠化自備井從2018年強制關閉后，綠化用水逐漸以公共自來水為供水水源，為緩解庫爾勒市區用水緊張局面，擬從北部焉耆縣的烏拉斯臺農場提取7 300萬m3/a地下水，2018年6月焉耆縣至塔什店鎮總長34 km的供水管道全線貫通，到9月底新增輸水量1 825萬m3/a。機井封填主要封填孔雀河沿岸1 km范圍內的機井、綠化自備井和非法井，截至2018年累計封填機井1 348眼，已完成至2020年計劃封填井數2 865眼的47.05%。大量的農業用水是造成庫爾勒市地下水資源短缺的主要原因之一，采取退地減水措施是緩解水資源短缺的途徑之一，截至2018年累計退地面積16 008.00 hm2，已完成計劃退地面積的66.28%。同時對農業耕作區實施高效節水技術，該技術的實施不僅提高了灌溉水利用效率，而且減少了水資源消耗，具體包括膜下滴管、渠道防滲等技術，截至2018年累計實施高效節水面積14 617.30 hm2，已完成計劃高效節水面積的81.42%。

2.3 地下水超采綜合治理效果

（1）地下水可開采量、2015年實際開采量和2016—2018年累計壓采量。由圖2可以看出，2015年阿瓦提鄉、哈拉玉宮鄉和阿瓦提農場等地下水超采較為嚴重，而西尼爾鎮尚有地下水開采潛力;2016—2018年各鄉鎮場累計地下水壓采量10 686萬 m3，已完成計劃壓采量的36.60%。

（2）地下水水位變化情況。地下水超采區綜合治理后（見表2、圖3），統測井地下水水位下降速率>1 m/a的井數減少30 眼，地下水超采區總面積減少395.08 km2，其中嚴重超采區總面積減少315.18 km2、一般超采區總面積減少79.90 km2，已完成地下水超采區治理面積395.08 km2，占計劃治理面積的81.83%。由圖3可以看出，哈拉玉宮鄉、沙依東園藝場、普惠地區、英下鄉、庫爾楚園藝場、上戶鎮、塔什店鎮、蘭干鄉和恰爾巴格鄉等水位回升明顯，而庫爾勒市區、阿瓦提農場、阿瓦提鄉、包頭湖農場、西尼爾鎮、和什力克鄉、鐵克其鄉和托布力其鄉等水位回升效果較差，超采區面積仍占較大比例。

（3）地下水水質。地下水污染是研究區主要的地下水生態環境問題之一[8]。在12眼地下水水質監測井中，水質等級變好的3眼，等級不變的6眼，等級變差的3眼，3眼等級變差的監測井的主要劣化指標為TH、SO2-4和NO-3，其中等級變好、不變的監測井數占總井數的75.0%。地下水水質變好的監測井位于水位回升區的庫爾勒市區、沙依東園藝場和阿瓦提鄉等，說明地下水超采區的治理對地下水水質改善具有促進作用。

2.4 地下水超采區綜合治理評價方法

根據目前庫爾勒市地下水超采區治理情況，并參考文獻[16-17]，從工程措施（水利工程、農業工程）實施狀況和地下水綜合治理效果兩方面構建庫爾勒市地下水超采區綜合治理評價體系。

（1）評價指標體系構建。采用層次分析法（AHP）構建地下水超采區綜合治理評價指標體系，該方法能夠從定性指標模糊量化的角度對目標進行分解，并逐層比較多種關聯因數，為地下水超采區綜合治理評價提供可靠依據[18]。其中A為目標層，反映地下水超采區綜合治理整體情況;B為準則層，以水利工程措施、農業工程措施和綜合治理效果為代表指標;C為指標層，考慮區域地下水超采治理措施實施進度、當前地下水資源狀態，共選擇7個評價指標，見表3。

3 結果與分析

3.1 綜合治理評價結果

經計算C層各項指標最終權重ωPi=（0.018，0.055，0.111，0.055，0.361，0.287，0.113），綜合治理評估體系得分60.02，表明地下水超采區綜合治理方案制定合理，綜合治理效果基本達到要求。

3.2 地下水水位動態影響因素分析

地下水水位動態變化不僅是區域地下水資源變化的結果，而且是地下水超采區治理成效最直觀的反映，影響地下水水位動態變化的主要因素包括降水、水文、地質和人類活動[20-21]。因此主要對地下水超采區綜合治理后水位動態影響因素進行分析。

（1）降水因素。研究區降水主要集中在蒸發強烈的5—8月（見圖4，部分時段因監測數據缺失而中斷），從9月開始，降水急劇減少，降水難以形成對地下水的有效補給，監測井J2和J4高水位期集中在11月至翌年3月，7—9月為低水位期，說明地下水水位變幅受降水影響較小。

（2）水文因素。根據2016—2018年孔雀河月徑流量及附近監測井（J4、J9、J16）地下水埋深變化（見圖5，部分時段因監測數據缺失而中斷）可知，6—11月為孔雀河汛期，12月至翌年3月為枯水期，地下水埋深11月至翌年3月為高水位期，滯后于河流汛期2～3個月;7—9月為低水位期，滯后于河流枯水期2～3個月，說明孔雀河徑流量對地下水埋深影響存在一定滯后性。

（3）地質因素。包氣帶是地下水補給、排泄通道，而巖性及厚度是影響地下水動態變化的因素[22]。根據山前傾斜平原水文地質剖面，以十八團大渠為界，北部山前包氣帶巖性為卵礫石和中粗砂，厚度60～150 m，滲透系數大，且在英下鄉一帶富水性極強，涌水量為1 000～5 000 m3/d，當地下水受到限采后，水位能夠很快回升。南部包氣帶巖性為亞黏土、黏土和亞砂土、砂層等多層結構，其中亞黏土、黏土為半膠結狀，透水性差，在6.6～70.0 m范圍內出現第一層隔水的黏土、亞黏土層，隨著深度的增加，黏土、亞黏土層厚度增大。依據《新疆維吾爾自治區地下水資源管理條例》采用值，確定新疆平原區不同巖性潛水變幅給水度μ：砂礫石0.18～0.24，粉細砂0.07～0.09，亞砂土0.04～0.06，亞黏土0.02～0.04;承壓水彈性給水度比潛水給水度小1～3個數量級，當入滲補給量相同時，承壓水水位抬升幅度比潛水抬升幅度大[23]。北部山前傾斜平原相對南部沖積平原地勢較高，當地下水受到補給時，很快沿地下水流向側向補給沖積平原，進入靠近沙漠區的普惠地區。

（4）人類活動。在地下水超采區治理工程中，水源置換主要解決庫爾勒市城市用水壓力，因此在回歸模型中主要考慮退地減水、高效節水、機井封填等措施。2017年8月到2018年8月各鄉鎮場地下水水位平均變幅與退地減水面積、高效節水面積、機井封填數的回歸模型為在顯著性檢驗時，Δh與P、Z、T的可決系數R2=0.28，F統計量的概率值為0.778，大于顯著性水平0.05，說明該模型回歸效果不顯著，地下水水位變幅還受到其他因素制約;ΔG與P、Z、T的可決系數R2=0.64，F統計量的概率值為0.003，小于顯著性水平0.05，說明該模型回歸效果顯著，其中每封填1眼機井，累計地下水壓采量增加7.399萬m3。

4 結 論

（1）構建“水利工程措施-農業工程措施-綜合治理效果”地下水超采區綜合治理評價指標體系，并計算得出地下水超采區綜合治理評價指標得分為60.02，表明庫爾勒市地下水超采區綜合治理方案制定合理，治理效果基本達到要求。

（2）地下水水位回升區主要位于山前傾斜平原的沙依東園藝場、英下鄉、庫爾楚園藝場、上戶鎮、塔什店鎮、蘭干鄉和恰爾巴格鄉以及沖積平原的哈拉玉宮鄉和普惠地區，其他鄉鎮場水位回升相對滯后。影響地下水水位動態變化的主要因素為人類活動（地下水壓采）和地質因素，水文因素對地下水水位影響存在一定滯后性。

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【責任編輯 呂艷梅】