駱云才

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

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新疆托克遜縣麻黃草種植基地地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與評價分析

駱云才

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

本文選取新疆托克遜縣麻黃草種植基地水源地作為研究對象，對研究區(qū)內(nèi)區(qū)域水文地質(zhì)條件進行了詳細分析，并對項目區(qū)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問題進行分析，采用水均衡法計算該供水水源地地下水資源量。結(jié)果表明：通過對地下水資源均衡計算，均衡區(qū)地下水補給量為2 572×104m3/a，排泄量為2 510×104m3/a；均衡差絕對值為62×104m3/a，相對均衡差2.4%，符合均衡計算要求；此外，應(yīng)用可開采系數(shù)法計算了該水源地的地下水儲存量為和可開采量，計算結(jié)果分別為386×104m3。通過對該水源地地下水資源的評價和分析，為該基地地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供了理論依據(jù)和科學(xué)評價。

地下水資源；水文地質(zhì)條件；水均衡法；種植基地

麻黃草是多年生常綠灌木，廣泛分布于我國西北各省和內(nèi)蒙古自治區(qū)。由于草根系發(fā)達，有較淺的固沙作用，而且具有耐旱、耐寒、耐貧瘠的特點。新疆綠洋科技開發(fā)有限公司擬在吐魯番地區(qū)托克遜縣庫米什鎮(zhèn)開發(fā)三萬畝麻黃草種植基地。為了解決三萬畝麻黃草種植基地擬建水源地建設(shè)的供水問題，在以往研究成果的基礎(chǔ)上，利用水均衡法對該水源地地下水資源進行了評價研究，進而為保障新疆托克遜縣庫米什鎮(zhèn)項目區(qū)三萬畝麻黃草種植基地合理用水要求以及防止建設(shè)項目開發(fā)用水對水資源及水環(huán)境生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響提供理論依據(jù)和科學(xué)評價。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

項目區(qū)處于庫米什洼地，地下水的補給、徑流、排泄條件受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣候水文以及地層巖性的控制。

1.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

項目區(qū)分布在庫米什洼地，第四紀地層具多元性，地下水含水層類型主要為潛水含水層和承壓水含水層兩種，東部可見承壓含水層組。據(jù)已有鉆孔地層資料，項目區(qū)含水層類型和結(jié)構(gòu)在150 m深度內(nèi)，主要為潛水含水層、承壓水含水層雙層結(jié)構(gòu)。

1.1.1 潛水含水層特征

潛水含水層埋藏深度大于30 m，分布于麻黃草基地西北部，其潛水含水層巖性主要為砂礫石層，含水層厚度較厚，一般在50～100 m之間。潛水含水層滲透系數(shù)18～100 m/d，單井涌水量1 000～3 000 m3/d，單位涌水量為6～20 L/s·m，礦化度小于1.0 g/L，屬于潛水的補給徑流區(qū)。

1.1.2 承壓水含水層特征

項目區(qū)東部150 m深度內(nèi)可見承壓水含水巖組二層左右，第一層頂板埋深小于20 m，含水層巖性為粉細砂，富水性比較弱，由于處于洼地最低區(qū)域，地下水處于停滯狀態(tài)，加之強烈蒸發(fā)作用的影響，潛水和淺層承壓(自流)水礦化度較大，礦化度范圍在1～2 g/L之間。

第二層頂板埋深52～134 m，含水層為中粗砂，隔水層厚度一般在5～19 m之間。下部深層承壓水含水層主要為砂礫石、中粗砂夾有亞砂土，含水層滲透系數(shù)約在2.05～37 m/d，單井涌水量1 000～3 000 m3/d，礦化度小于1.0 g/L左右。

1.2 地下水補給、徑流和排泄條件

庫米什地區(qū)年降水量只有62.7 mm，而蒸發(fā)量為2 260 mm，為庫米什洼地的36倍多。而且降水主要集中在氣溫最高的夏季。因此大氣降水對平原區(qū)地下水的補給并沒有實際的意義。庫米什山區(qū)主要是西北部山區(qū)的降雨和融雪形成的暫時性地表洪流及其形成的基巖裂隙水和在較大溝谷中形成的地表徑流和地下潛流是項目區(qū)地下水最主要的補給來源。洼地東部、東北部和西南部低山丘陵區(qū)，因降水量極其稀少，蒸發(fā)消耗又甚大，故對洼地平原區(qū)地下水的補給量也極其微弱，甚至無補給作用。因此，工作區(qū)西北部中高山區(qū)就構(gòu)成了洼地平原區(qū)地下水的主要補給區(qū)，從而決定了區(qū)內(nèi)地下水具有單向補給的特點，而區(qū)內(nèi)地下水的主要流向也是自西北向東南徑流。

2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 地表水開發(fā)利用現(xiàn)狀

項目區(qū)地表無大的常年地表水，只在項目區(qū)西北部山區(qū)乃仁開日溝和包爾圖溝有常年溝谷型地表徑流，但出山口后很快消失，其它還有暴雨形成的暫時洪流。

2.2 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

工作區(qū)地處庫米什鎮(zhèn)以西的荒漠戈壁，尚未進行地下水開發(fā)利用活動。庫米什鎮(zhèn)地下水現(xiàn)狀開采主要為居民生活用水，根據(jù)外業(yè)調(diào)查成果資料統(tǒng)計，現(xiàn)有生活用水井3眼，年開采用水量約100萬 m3。

由上述情況可以看出，庫米什鎮(zhèn)地區(qū)地下水開發(fā)利用程度不高，還有較大的開發(fā)潛力。

2.3 水資源開發(fā)利用中存在的主要問題

2.3.1 水資源在利用過程中易造成鹽漬化

庫米什鎮(zhèn)地區(qū)大部分地區(qū)地表以下至10 m深度內(nèi)，地層巖性為粉細砂夾薄層亞砂土，而較少見亞粘土，因此，土壤滲透性能比較好。但局部有輕微的鹽漬化現(xiàn)象，如果在灌溉過程中，灌溉制度不合理，再加上蒸發(fā)強烈，易加重鹽漬化現(xiàn)象。

2.3.2 影響庫米什鎮(zhèn)地下水開采利用利用

由于麻黃草種植基地項目建設(shè)場地位于庫米什洼地地下水徑流區(qū)上游，過量開采地下水將可能造成庫米什鎮(zhèn)地下水水位持續(xù)下降，從而影響居民生活用水的正常使用。

3 研究區(qū)地下水資源量評價

3.1 水均衡方程

通過對前人和本次調(diào)查資料的整理分析，采用均衡法計算工作區(qū)的地下水補給量。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的補排關(guān)系界定10#、36#勘探孔以以東山間盆地及其匯流區(qū)為均衡區(qū)，均衡面積1 770 km2，計算均衡周期為2004年1月～12月共計一年時間。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及調(diào)查研究結(jié)果，綜合確定地下水均衡方程如式1所示：

Q補≈Q排

(1)

式中：Q補=Q溝潛+Q溝滲+Q洪+Q側(cè)

Q排=Q流出

式中：Q補為地下水的補給量(m3/a)；Q排為地下水的排泄量(m3/a)；Q溝潛為溝谷地下水潛流量(m3/a)；Q溝滲為溝谷地表水滲漏補給量(m3/a)；Q洪為山前雨洪滲漏補給量(m3/a)；Q側(cè)為山區(qū)對洼地、平原區(qū)的側(cè)向補給量(m3/a)；Q流出為地下水流出量(m3/a)。

3.2 均衡要素計算

3.2.1 地下水補給量計算

1)溝谷地下水潛流補給量

根據(jù)本區(qū)具體條件，絕大部分溝谷由于第四系沉積物厚度很小，補給來源貧乏，不可能形成地下潛流，而能夠形成地下潛流的溝谷只有乃仁開日溝、包爾圖溝。

根據(jù)鮑爾圖溝口物探剖面，通過該溝的地下水潛流量采用達西公式計算：

Q溝潛=KIBcpHep

(2)

式中：Q溝潛為地下水徑流量(m3/d)；K為含水層滲透系數(shù)(引用61號井試驗資料60 m/d)；I為水力坡度(采用包爾圖溝口地面坡度0.25)；Bcp為平均水流斷面寬度(根據(jù)物探剖面選取35 m)；Hep為平均含水層厚度(根據(jù)物探剖面選取13.8 m)；

將以上參數(shù)代入式2中，計算結(jié)果Q溝潛=60×0.25×35×13.8=7 245 m3/d。

根據(jù)水文地質(zhì)條件，乃仁開日溝與包爾圖溝基本相似，故采用相同的計算結(jié)果，因此兩條溝地下水潛流合計為14 490 m3/d，即通過上述兩條溝谷中的地下水潛流，每年補給洼地的天然資源量為529×104m3/a。

2)山區(qū)溝谷地表徑流滲漏補給量

區(qū)內(nèi)的包爾圖溝和乃仁開日溝中為常年地表徑流，流出山口后不足一公里就全部滲入山前平原中，這些應(yīng)屬垂直滲流補給量，采用如下公式計算：

Q溝滲=86.4×365 Q0c

(3)

式中：Q溝滲為地表徑流滲流補給量(m3/d)；Q0為巡測地表水流量(包爾圖溝為385 L/s，乃仁開日溝為200 L/s)； C為入滲補給系數(shù)(按山前小型河流入滲系數(shù)0.6～0.8分析，取值0.6)。

將以上參數(shù)代入式3中，計算結(jié)果如下：

包爾圖溝：Q溝滲=86.4×365×385×0.6=728×104m3/a；

乃仁開日溝：Q溝滲=86.4×365×200×0.6=378×104m3/a。

合計為1 106×104m3/a，即為上述兩條溝中地表徑流的垂直滲漏量。

3)山區(qū)基巖裂隙水側(cè)向補給量

Q側(cè)=365KIBH

(4)

式中：Q側(cè)為基巖裂隙水側(cè)向補給量(m3/a)；K為含水層滲透系數(shù)(m/d)(據(jù)勘探資料取值20 m/d)；B為斷面寬度(m)(圖上量取計46 km)；H為含水層厚度(m)(據(jù)勘探資料取值17 m)；I為地下水水力坡度。

將以上參數(shù)代入式4中，計算結(jié)果：Q排=365×20×0.001 5×17×46 000=856×104m3/a。

4)山前暴雨洪流滲入補給量為

Q洪=365M Fβ

(5)

式中：Q洪位山前暴雨洪流入滲量(m3/a)；M為徑流模數(shù)(m3/a·km2)，根據(jù)《新疆地表水》取值為13.71 m3/a·km2；β為滲入系數(shù)(干砂礫石取0.2)；F為山前暴雨洪流面積(km2)。

將以上參數(shù)代入式5中，計算結(jié)果：Q=365×13.71×0.2×805.6=81×104m3/a。

以上四項合計Q溝潛+Q溝滲+Q側(cè)+Q洪=2 572×104m3/a。

表1 研究區(qū)地下水均衡計算結(jié)果表

3.2.2 地下水排泄量計算

取10號孔、36號孔斷面進行計算地下水徑流量。

Q流出=365KIBH

(6)

式中：Q流出為地下水的排泄量(m3/a)；K為含水層滲透系數(shù)(m/d)(根據(jù)10#、36#勘探資料取值44.09 m/d)；B為斷面寬度(m)(圖上量取計4 000 m)；H為含水層厚度(m)(考慮地下開采深度，以10#、36#為基礎(chǔ)取平均厚度130 m)；I為地下水水力坡度。

將以上參數(shù)代入式6中，計算結(jié)果：Q排=365×44.09×0.003×4 000×130=2 510(104m3/a)。

3.3 均衡計算結(jié)果

根據(jù)上述計算：均衡區(qū)地下水補給量為2 572×104m3/a，排泄量為2 510×104m3/a；由于Q補(2 572)≈Q排(2 510)，均衡差絕對值為62×104m3/a，相對均衡差2.4%，符合均衡計算要求。具體計算結(jié)果見表1所示。

3.4 地下水可開采資源量計算

建設(shè)項目區(qū)地下水的可開采量采用開采系數(shù)法進行計算，開采系數(shù)的選取擬考慮以下兩個因素：

(1)根據(jù)經(jīng)濟類比南疆地區(qū)的一些水源地：從區(qū)域生態(tài)環(huán)境方面考慮；采用數(shù)值法模擬的可開采量一般占補給量的20%～30%。

(2)均衡區(qū)在均衡計算中，將溝谷型的含水層斷面厚度平均采用130 m，最大第四系厚度為250 m；而基地井開采設(shè)計深度為100 m，也就是說，100 m以下的地下水是開采不到的；

基于以上兩點考慮，結(jié)合相似地區(qū)經(jīng)驗，其開采系數(shù)擬采用0.15為宜。據(jù)此種植基地下水可開采量為：

地下水可開采量計算表達式是：

Q開=Q補×0.15

(6)

式中：Q開為種植基地水源地可開采量(m3/a)；Q補為地下水補給總量(m3/a)。

經(jīng)計算，麻黃草種植基地地下水可開采水資源量為386×104m3/a。

4 結(jié)語

(1)本文采用均衡法對該水源地地下水資源進行評價。通過對研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件的綜合分析，補給項為山區(qū)溝谷地下潛流補給量、山區(qū)溝谷地表徑流滲漏補給量、山區(qū)基巖裂隙水側(cè)向補給量以及山前暴雨洪流滲入補給量，通過計算得補給量為2 572×104m3；排泄項為地下水徑流排泄量，計算得排泄量為2 510×104m3，均衡差值不大，補排基本平衡。

(2)為了保障新疆托克遜縣庫米什鎮(zhèn)項目區(qū)三萬畝麻黃草種植基地合理用水要求以及防止建設(shè)項目開發(fā)用水對水資源及水環(huán)境生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，采用可開采系數(shù)法計算了該水源地的地下水可開采量，計算結(jié)果為386×104m3。

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2017-02-17

駱云才(1981-)，男，甘肅張掖人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)勘查工作。

P641.8

B

1004-1184(2017)03-0044-03