新疆托克遜縣地下水資源量評價

趙付勇

(新疆吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000)

托克遜縣東鄰吐魯番市高昌區，南面和西面接壤的是巴音郭勒蒙古自治州的和碩、尉犁、和靜縣，西北方向和北側與烏魯木齊交接。

根據缺水類型的劃分標準，托克遜縣總體上屬于資源型缺水，局部存在工程型缺水和結構型缺水。因此，解決其未來的缺水問題，需要在節水、治污和產業結構調整的基礎上，通過適當退地減水、調整水資源配置布局和新建一些控制性供水工程等加以解決。制定規劃應根據經濟社會發展需要和水資源開發利用現狀，對水資源的開發、利用、治理、配置、節約、保護、管理等做出總體安排。要運用現代化的技術手段、技術方法和規劃思想，科學配置水資源，應用先進的信息技術和手段，科學管理水資源，促進水資源可持續利用。

1 研究區域水文地質條件

1.1 地下水埋藏分布及含水層特征

托克遜縣平原區含水層結構主要由單一結構潛水含水層和多層結構承壓水含水層構成。阿拉溝水系山前洪積扇東西方向長度約40 km，南北方向寬度3～20 km，扇頂的海拔約為700 m，扇前緣海拔200 m左右，潛水埋深自扇頂向東逐漸淺，扇頂處潛水埋深100 m，伊拉湖鄉以西8 km位置坎兒井流水所展現出的潛水層的埋深在63.5 m，至伊拉湖一帶水位埋深僅8～10 m。白楊河出山口，沖積扇自小草湖向南搌布，受新構造運動影響，繞過鹽山隆起經西部構造缺口繼續向南徑流。白楊河古河床最窄處僅1.5 km，向南洪積扇寬度逐漸擴大，與大草灘等洪積扇重疊，形成北部洪積扇群，組成北部戈壁礫石帶。

承壓含水層承壓水頭與埋藏條件和地勢有關，埋深100 m以內的淺層承壓水隨著地形由周邊向盆地中部逐漸降低，承壓水頭逐漸增加，在接近邊緣礫石帶的周邊地區，承壓水頭一般低于地表1～7 m，承壓含水層一般礫徑較粗，埋藏于100 m以下的承壓含水層，由于受構造結構影響，承壓水頭較高，一般高于地表，形成自流，故也稱之為自流水含水層。自流水含水層一般較薄，且為較小的砂礫石、中粗砂、甚至粉細砂構成，滲透系數較小，一般為1.75～7.89 m/d，單井涌水量為500～3 000 m3/d。

表1 托克遜縣地下水監測井水位埋深變化一覽表 m

1.2 地下水的補給、徑流與排泄條件

1.2.1 地下水的補給

托克遜縣平原區域的地下水補給可分為天然補給和地表水體轉化補給以及地下水回歸入滲補給等。山前側向流入和平原區降水入滲補給構成了本區地下水的天然補給量。平原區降水極其稀少，無法形成對地下水的補給。而對地下水的補給作用較大的主要是通過地表水入滲而產生的地下水轉化補給量，即西部阿拉溝水系和西北部白楊河水系的地下滲漏補給、水庫滲漏補給和渠道引水及田間灌溉的入滲對地下水的補給。

1.2.2 地下水的徑流

流域地下水位高程較高，地下水徑流方向主要是近西向東，地下水等高線在盆地南北兩側向東彎曲。據《地下水資源評價及開發利用規劃報告》顯示，托克遜縣城以東至伊拉湖，地下水水力坡度位1%，縣城以東至寧夏宮以東，水力坡度位0.5%，再往東水力坡度位0.4%左右。

1.2.3 地下水的排泄

地下水的排泄由自然排泄與人工排泄兩部分組成。地下水的自然排泄主要有潛水層的蒸發、泉水的出露和側向水流出。人工排泄主要包括機電井排泄、自流井排泄和坎兒井排泄三種開采方式。

托克遜縣地下水埋深普遍較大，地下水的潛層水蒸發主要分布在流域下游夏鄉等地，地下埋深較淺，且當地蒸發強烈，目前造成了一定的土地鹽漬化危害。

地下水的側向排泄主要是在托克遜縣東南部側向出區，向艾丁湖方向排泄，形成艾丁湖的補給來源之一。承壓水的主要排泄方式是徑流排泄，大部分承壓水沿著水力坡度以徑流的方式消耗，還有一部分承壓水頂托補給上層潛水進行消耗。

本地區的人工排泄是地下水排泄的主導地位，排泄方式主要為機電井抽水、坎兒井、自流井開采三種方式。機電井的開采主要集中在白楊河上游郭勒布依鄉、博斯坦鄉、伊拉湖鎮和白楊河下游的夏鄉等地，但位于托克遜縣最南端的庫米什鎮用水全部以地下水開采來滿足；坎兒井的分布主要在郭勒布依鄉和夏鄉；自流井主要分布在綠洲農區，其中郭勒布依鄉和夏鄉、托克遜鎮較多。

1.3 地下水位變化特征

托克遜縣地下水動態變化分為徑流型和開采型兩種，徑流型動態受補給水源影響，當補給充足時，地下水位就會上升，補給貧乏時，地下水位就會下降；開采型主要反映在機井群開采區，隨機井開采程度的不同，地下水位有所變化。區內地下水動態變化主要影響是人工開采，使得近幾十年來地下水水位變化較大。自流井成井時一般都不進行止水，已造成承壓水含水層之間互相串通，使之互相混合，因此，淺層承壓水也具有潛水的地下水動態。

根據托克遜縣7眼監測井2002-2010年地下水位埋深逐月監測資料分析得出(監測井分布見圖1)，全部觀測井地下水位持續下降，8年間連續下降幅度最大為7.49 m，最小為0.15 m，年平均降幅0.02～0.94之間。3眼地下水監測井2008-2010年間地下水位埋深逐月監測資料分析得出，2眼地下水觀測井地下水位略有下降，2年間累計下降幅度分別為0.38 m和0.83 m，一眼觀測井地下水位有所回升，累計回升幅度0.49 m。詳見表1和圖2、圖3。

圖1 托克遜縣地下水位監測井位置分布圖

圖2 托克遜縣地下水埋深年際變化圖

圖3 托克遜縣Ⅱ3-4號觀測井地下水埋深年內變化圖

2 地下水資源量

2.1 地下水量的計算

地下水量的計算采用水均衡法。水均衡法是對于一個均衡區，在任意時段Δt內的補給量減去消耗量所的的差值，恒等于這個含水層中水體積的變化量。計算公式如下：

ΔQ=Q補-Q排

(1)

Q補=Q入+Q河+Q渠系+Q田滲+Q水庫+Q井

(2)

Q排=Q出+Q開采+Q排水+Q蒸

(3)

式中：ΔQ為地下水儲水變化量；Q補為地下水補給量；Q排為地下水排泄量；Q入為山前側向補給量；Q河為河道滲漏補給量；Q渠系為渠系入滲補給量；Q田滲為田間灌溉入滲補給量；Q水庫為水庫入滲補給量；Q井為井灌回歸補給量；Q出為山前側向排出量；Q開采為機電井開采量；Q排水為排水溝、坎兒井排水量；Q蒸為潛水層水蒸發量。

2.2 托克遜縣地下水量計算參數

根據《新疆地下水資源調查與評價》確定托克遜縣均衡區均衡項計算的參數。主要包括：潛水變幅代給水度μ，田間灌溉水入滲補給系數β，降水入滲補給系數αμα庫C′，渠系入滲補給系數m，水庫入滲補系數α庫，河道滲漏補給系數M，潛水層水蒸發系數C，含水層滲透系數K，潛水層蒸發蒸騰折算系數C′等。

2.3 地下水資源量

根據托克遜縣評價期內的水文氣象實測數據和水文地質測繪成果以及地下水監測資料，并參考《新疆地下水資源調查與評價》《托克遜縣“兩河”流域規劃》等，利用水均衡法和以上確定的數據參數計算托克遜縣地下水資源量。

托克遜縣地下水主要補給來源有山前側向補給、河道滲漏補給、渠系入滲補給、田間灌溉入滲補給、水庫入滲補給和井灌回歸補給。結合水文地質參數和托克遜縣水文地質特征，得出總補給量為25 679萬 m3，扣除地下水回歸補給量4 882萬 m3，托克遜縣多年平均地下水資源量20 796萬 m3。托克遜縣各分區補給量，見表4；各區的地下水資源量結果，見表5。

表4 托克遜縣地下水補給量計算結果 萬m3

地下水可開采量的概念是指在經濟合理、技術可行同時不發生由于開采地下水引起地下水水位連續下降、水質惡化、地面沉降等情況，允許從含水層中取得的最大水量。根據托克遜縣所處的地貌位置及含水層特征，采用開采系數法確定地下水的可以開采量。根據《全國水資源綜合規劃技術細則》中可開采系數的確定原則，對于開采條件良好，特別是地下水埋藏較深、已造成水位連續下降的超采區，應該選用較大的可開采系數，參考取值范圍為0.8～1.0；托克遜縣第四系覆蓋層厚度大，巖性以沙礫石為主，開采條件良好，且地下水已處于超采狀態，確定托克遜縣的地下水可開采系數0.8。最后，根據托克遜縣地下水總補給量和可開采系數，得出現狀條件下全縣地下水可開采量為2.054億 m3。具體結果，見表5。

表5 托克遜縣地下水資源量和可開采量計算表 萬m3

3 未來地下水資源量變化趨勢

隨著托克遜縣在白楊河上游和阿拉溝上游修建水庫、產業結構調整和灌溉方式改變，未來托克遜縣地下水補給量將呈現減少的趨勢。其主要原因有：

(1)規劃在阿拉溝和白楊河上將修建阿拉溝水庫和巴依托海水庫，規劃總庫容分別為4 450萬 m3和3 300萬 m3。由于阿拉溝水庫和巴依托海水庫的建設，托克遜縣對阿拉溝和白楊河實際調蓄和控制能力將明顯加強，使得地下水河道滲漏補給量顯著減小。

(2)隨著托克遜縣經濟社會的快速發展，托克遜縣將大力發展設施農業及實施農業節水灌溉并大大壓減灌溉面積，將節省出來的農業灌溉水量支持工業發展。

綜合以上分析，未來托克遜縣地下水補給量將持續不斷減少，可開采量將由現狀的2.05億 m3逐年下降，到2015年地下水可開采量預計下降到1.46～1.64億 m3之間，2020年預計下降到1.21～1.34億 m3之間，2030年預計下降到0.97～1.04億 m3之間。

4 結語

在對托克遜縣水文地質條件的細致分析的基礎上，結合地下水的動態監測變化特征，對托克遜縣地區的地下水資源量進行計算評價，主要結論如下：

(1)2002-2010年間托克遜縣地下水位的埋深呈持續下降趨勢。

(2)托克遜縣地下水補給量總和為25 679萬 m3，扣除掉地下水回歸的補給量4 882萬 m3，多年平均托克遜縣地下水資源量20 796萬 m3，現狀條件下全縣地下水可開采量為20 543萬 m3。