楊奎生，魏守忠

(1.新疆吐魯番水文水資源勘測(cè)局，新疆 吐魯番 838000;2.新疆水文水資源局三工河流域地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 阜康 831505;3.新疆兵團(tuán)222團(tuán)地下水綜合試驗(yàn)站，新疆 阜康 831505)

新疆吉木薩爾縣紅旗農(nóng)場(chǎng)地下水開(kāi)發(fā)利用淺析

楊奎生1，魏守忠2，3

(1.新疆吐魯番水文水資源勘測(cè)局，新疆 吐魯番 838000;2.新疆水文水資源局三工河流域地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 阜康 831505;3.新疆兵團(tuán)222團(tuán)地下水綜合試驗(yàn)站，新疆 阜康 831505)

紅旗農(nóng)場(chǎng)處于流域下游，水資源貧乏。其水資源量利用在流域上游地表水引用量逐年增多造成下游來(lái)水逐年減少的趨勢(shì)下，地下水已成為主要的灌溉水源。由此近年來(lái)，區(qū)內(nèi)地下水埋深呈下降趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地地下水開(kāi)采量和年末地下水埋深的分析得出，農(nóng)場(chǎng)水源地具有地下水庫(kù)的調(diào)蓄作用，其年末地下水埋深恢復(fù)保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標(biāo)具有合理性，這對(duì)紅旗農(nóng)場(chǎng)合理利用地下水資源極為重要。

紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地;年末地下水埋深;地下水埋深恢復(fù);地下水利用

紅旗農(nóng)場(chǎng)處于吉木薩爾縣流域下游，北接準(zhǔn)噶爾沙漠，水資源極為緊缺。農(nóng)場(chǎng)水源利用主要靠水庫(kù)攔蓄地表水源和開(kāi)采地下水為主，水量主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，現(xiàn)狀農(nóng)場(chǎng)水資源供需矛盾較為突出。隨著上游各業(yè)用水量的增加，水庫(kù)工程的興建，地表水下泄水量逐年減少，2007年引水量為3 479×104m3，較多年平均引水量3 992×104m3減少513×104m3，減少幅度12.8%;紅旗農(nóng)場(chǎng)地表來(lái)水的減少增大了對(duì)地下水的開(kāi)采，2007年全場(chǎng)開(kāi)采地下水量4 776×104m3，較多年平均開(kāi)采量2 970×104m3增加1 806×104m3，增加幅度60.8%。從中可以看出，地下水已成為農(nóng)場(chǎng)的主要水源，區(qū)內(nèi)地下水可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用對(duì)紅旗農(nóng)場(chǎng)發(fā)展極為重要。

1 區(qū)域概況

紅旗農(nóng)場(chǎng)地處天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地東南緣的山前沖洪積平原的中下部。場(chǎng)區(qū)地形南高北低，自東南向西北傾斜，區(qū)內(nèi)海拔高程 560～620 m，地面自然坡降為 0.15‰ ～0.48‰，平均坡降為0.33‰。受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和流水沖刷切割作用的影響，場(chǎng)區(qū)微地形發(fā)育，形成較為明顯的溝槽洼地和高地相間的地貌，并在一、三、四場(chǎng)的黃土梁和農(nóng)場(chǎng)北部分布有風(fēng)成沙丘地貌。團(tuán)場(chǎng)土壤主要類型為草甸土、鹽土及風(fēng)沙土。區(qū)內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)良好，土層深厚、土壤肥力較高。耕層土壤質(zhì)地以壤土為主，現(xiàn)紅旗農(nóng)場(chǎng)耕地面積16萬(wàn)畝左右，是一個(gè)中型農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)。

紅旗農(nóng)場(chǎng)為典型的大陸性氣候，年平均氣溫為6.6℃，年均降水量為160.2 mm，年均蒸發(fā)量為1 921.7 mm，干旱指數(shù)12.0，是一個(gè)水資源極為緊缺的干旱地區(qū)。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

吉木薩爾縣地下水補(bǔ)給源主要是發(fā)源于南部天山的河流水系。全縣10條河流和山泉徑流量多年平均值為3.5億m3。河流、山泉水在出山口后沿山前沖洪積扇大量滲漏補(bǔ)給地下水，同時(shí)又在上游灌溉滲漏等補(bǔ)給條件下，流域上游形成的地下水沿地形坡降向北西下游流動(dòng)，成為細(xì)土平原區(qū)承壓水的主要補(bǔ)給水源。

紅旗農(nóng)場(chǎng)地處流域潛水溢出帶下緣，含水層為多層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成承壓水分布區(qū)和地下水排泄區(qū)。由南向北含水層巖性顆粒逐漸變小;四分場(chǎng)、一分場(chǎng)南部下新湖槽子地區(qū)，含水層巖性以粗砂礫石為主，地下水礦化度小于0.5 g/L，單位涌水量大于3 L/s·m;三場(chǎng)槽子、大坑沿槽子及一分場(chǎng)區(qū)域，含水層巖性以中粗砂為主，地下水礦化度小于0.5 g/L，單位涌水量為2～3 L/s·m之間;大坑沿槽子兩邊及二分場(chǎng)營(yíng)盤(pán)梁地區(qū)，含水層巖性以細(xì)砂為主，地下水礦化度在0.5～1 g/L之間，單位涌水量在1～2 L/s·m;三場(chǎng)及五場(chǎng)湖沿沙漠一線，含水層巖性以粉砂為主，地下水礦化度在＞1 g/L之間，單位涌水量小于1 L/s·m。通過(guò)水文地質(zhì)勘查，紅旗農(nóng)場(chǎng)有三個(gè)良好的地下水開(kāi)采區(qū)，大坑沿槽子(三場(chǎng)東堿梁)開(kāi)采區(qū)、三場(chǎng)槽子開(kāi)采區(qū)和下新湖槽子開(kāi)采區(qū)。紅旗農(nóng)場(chǎng)集中水源地布置于此，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地占全場(chǎng)地下水總開(kāi)采量的81%。

3 水源地地下水動(dòng)態(tài)特征

紅旗農(nóng)場(chǎng)地下水動(dòng)態(tài)類型為人工開(kāi)采型［1］。每年3月底隨農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)井開(kāi)采量的逐漸增加，地下水埋深逐漸增大;至8月底灌溉高峰期，地下水埋深達(dá)到最大值;8月份以后，隨著作物灌溉用水量的減少，機(jī)井開(kāi)采強(qiáng)度減弱，地下水開(kāi)始緩慢回升，至翌年的3月份水位恢復(fù)到最高值，地下水年變幅為6 m左右。

4 地下水開(kāi)采量與埋深關(guān)系分析

眾所周知，地下水開(kāi)采量與地下水埋深關(guān)系是衡量水源地可持續(xù)性開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)重要定量指標(biāo)。依據(jù)地下水均衡原理，水源地水位變化是在一定地下水資源儲(chǔ)量(水位)基礎(chǔ)上開(kāi)采與補(bǔ)給的均衡變化，利用水源地開(kāi)采量、地下水埋深系列數(shù)據(jù)擬合得到開(kāi)采量與埋深函數(shù)關(guān)系為線性函數(shù)Q(Ms)=2 532.8Ms－3 178.4;式中:Q 為水源地年開(kāi)采量(104m3);Ms為水源地年末地下水埋深(m)。

擬合水源地函數(shù)相關(guān)系數(shù)r=0.73，樣本容量n=20，在a=0.01水平上顯著，線性函數(shù)檢驗(yàn)高度相關(guān)。線性函數(shù)其物理意義為水源地年末保持不同穩(wěn)定埋深，年末埋深每下降(上升)1 m，其開(kāi)采量則會(huì)增加(減小)2 532.8×104m3。函數(shù)方程系數(shù)可理解為水源地年單位降深地下水開(kāi)采量。即為q=2 532.8×104m3/m·a。它是水源地開(kāi)采地下水時(shí)其含水層的年補(bǔ)給能力，是評(píng)估水源地開(kāi)采量能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

圖1 紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地開(kāi)采流量與年末埋深關(guān)系擬合圖

紅旗農(nóng)場(chǎng)處于流域下游，地下水具有向下游匯流作用。區(qū)內(nèi)為承壓含水層，機(jī)井開(kāi)采地下水位的變化是壓力傳導(dǎo)，影響范圍相對(duì)較大，有相對(duì)較大的開(kāi)采和補(bǔ)給空間。區(qū)內(nèi)開(kāi)采地下水主要為農(nóng)業(yè)灌溉，在11月至翌年3月為機(jī)井停抽期間，地下水位開(kāi)始恢復(fù)，從這點(diǎn)看，紅旗農(nóng)場(chǎng)地下水含水層具有較好的調(diào)蓄功能［2］，具有地下水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用。

水源地地下水可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)是水源地地下水埋深的穩(wěn)定性。從水源地開(kāi)采歷史上看(圖2)，紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地2000年～2007年開(kāi)采量相對(duì)較大，平均為4 027.6×104m3，期間年末平均地下水埋深2.54 m，年末地下水埋深由2000年的1.98 m下降到2007年的3.04 m，年末地下水埋深處于下降趨勢(shì)，因此必須保持紅旗農(nóng)場(chǎng)年末地下水埋深的穩(wěn)定性，從水源地多年動(dòng)態(tài)分析看，水源地機(jī)井停抽期間的年末地下水埋深(相當(dāng)于地下水庫(kù)的水位)應(yīng)上升恢復(fù)到2.5 m時(shí)，才可保證來(lái)年有滿足開(kāi)采的地下水量，由此，紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地合理的開(kāi)采量為Q(2.5)=3 154×104m3。

5 干旱區(qū)地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用功效

水資源是聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)鍵和限制因子，人類開(kāi)發(fā)利用水資源，必然改變水資源的時(shí)空分布，從而使生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應(yīng)變化。紅旗農(nóng)場(chǎng)處于河流的中下游，水資源極為緊缺，其水源地多年地下水開(kāi)發(fā)利用在一定程度上奪取了潛水溢出帶的無(wú)效蒸發(fā)，同時(shí)增大了水源地的側(cè)向補(bǔ)給，水源地功效極大的顯現(xiàn)出來(lái)。開(kāi)發(fā)利用水源地使水資源的蒸發(fā)消耗從溢出帶轉(zhuǎn)移到下游灌區(qū)，水資源在農(nóng)田蒸發(fā)消耗提高了水的利用價(jià)值，同時(shí)也孕育了周邊的野生植被，擴(kuò)大了綠洲面積。有限的水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載力大大提高，生態(tài)環(huán)境經(jīng)歷了平衡—失調(diào)—改善—重新平衡的過(guò)程。地下水開(kāi)發(fā)雖使地下水位有所下降，但造就了下游灌區(qū)較大面積的新綠洲，在社會(huì)發(fā)展和局部生態(tài)環(huán)境二者之間，人工綠洲的功效大于潛水溢出帶處的高水位功效。開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，以紅旗農(nóng)場(chǎng)年末地下水埋深恢復(fù)保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標(biāo)是合理的。

圖2 紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地年開(kāi)采量與年末地下水埋深關(guān)系圖

6 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)分析，紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地具有地下水庫(kù)的調(diào)蓄作用，其年末地下水埋深恢復(fù)保持在2.5 m作為地下水利用的控制指標(biāo)具有合理性，紅旗農(nóng)場(chǎng)水源地合理的地下水開(kāi)發(fā)利用量為3 154×104m3。

2)紅旗農(nóng)場(chǎng)處于流域的下游，水資源相對(duì)貧乏。水資源開(kāi)發(fā)利用必須實(shí)行總量控制。應(yīng)加大全社會(huì)節(jié)水意識(shí)，重點(diǎn)是增加農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，提高水資源的利用率，使有限的水資源更好的支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3)加強(qiáng)和完善流域地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)基礎(chǔ)工作，為流域可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用地下水提供決策數(shù)據(jù)。

［1］王大純，張人權(quán)，史毅虹，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1995.

［2］高健磊，吳澤寧，左其亭，等.水資源保護(hù)規(guī)劃理論方法與實(shí)踐［M］.鄭州:黃河水利出版社.2002.

P968:P641.8

B

1004－1184(2012)03－0050－02

2012－03－12

楊奎生(1962－)，男，河南項(xiàng)城人，助理工程師，主要從事水文水資源監(jiān)測(cè)及管理工作。