杜孝琴

(新疆博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 博樂(lè) 833400)

新疆博州地區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)

杜孝琴

(新疆博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 博樂(lè) 833400)

地下水資源分布廣、水質(zhì)好、供水穩(wěn)定性強(qiáng)等，是目前的主要水源，但地下水超采濫采現(xiàn)象屢禁不止，且各地區(qū)水污染現(xiàn)象嚴(yán)重，因此做好地下水資源量評(píng)價(jià)和水質(zhì)分析工作尤為重要。本文以新疆博州為實(shí)例，介紹了水均衡法在水資源量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，并利用灰關(guān)聯(lián)法對(duì)其地下水水質(zhì)進(jìn)行分析可知：博州地區(qū)地下水可開采潛力巨大，能滿足谷底平原人口聚集區(qū)的正常生活生產(chǎn)，地下水水質(zhì)良好，可直接作為飲用水。很多地表水系受污染逐步嚴(yán)重，生活、工業(yè)廢水排放量逐年增加，如果不再造成地下水體污染前進(jìn)行及時(shí)管理，必然對(duì)干凈的地下水庫(kù)造成損害。

地下水；水均衡法；灰關(guān)聯(lián)法；分析；博州地區(qū)

1 概況

博州全稱為博爾塔拉蒙古自治州，位于新疆自治區(qū)西北邊緣。自治州西北南三面環(huán)山，中間為喇叭狀谷地平原，是人口聚集區(qū)。全州總面積2.29萬(wàn) km2，總?cè)丝跒?8萬(wàn)，人均GDP4.7萬(wàn)/a，其中第一產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值的24%左右。博州屬典型的大陸性干旱沙漠氣候，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，夏季高溫，冬季寒冷，年均氣溫5.6℃。年降水量為200 mm左右，蒸發(fā)量達(dá)到1 500 mm，因此全區(qū)干旱少雨，給農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)帶來(lái)較大壓力。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件介紹

2.1 地表水資源量現(xiàn)狀

博州境內(nèi)主要的地表水源包括博爾塔拉河、精河、大河沿子河、艾比湖等，這些地表水也是地下水資源的重要補(bǔ)給通道。2015年博州地區(qū)水文調(diào)查結(jié)果顯示當(dāng)年全州地表水資源量為27.7億 m3，比上一年減少3.5%。其中艾比湖入湖水量減少5.2%，湖水面積也從2003年起逐年下降(見(jiàn)表1)。

表1 艾比湖歷年湖水面積表 km2

2.2 地下水資源量現(xiàn)狀

通過(guò)地質(zhì)調(diào)查：2015年博州地下水補(bǔ)給量為15.55億 m3，其中山丘區(qū)地下水補(bǔ)給量11.64億 m3，平原區(qū)地下水補(bǔ)給量8.967億 m3，山丘區(qū)與平原區(qū)重復(fù)計(jì)算量4.287億 m3，地下水資源天然補(bǔ)給量1.743億 m3。

2.3 全區(qū)水資源供需分析

綜合計(jì)算，2015年博州地區(qū)水資源總量為43.25億 m3，全區(qū)總用水量為16.86億 m3，其中地下水源供水量占到總量的42.7%。經(jīng)分析可知：地下水量雖然僅為水資源總量的35.9%，但供水量卻占到將近一半，且有逐年增加趨勢(shì)。

3 水均衡法在地下水資源量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

分析

水均衡法是指根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的水文地質(zhì)特征，選定邊界并將其劃分為若干區(qū)域，之后利用地下水動(dòng)力平衡的基本原理來(lái)預(yù)測(cè)該地區(qū)地下涌水量的方法。由于博州人口主要聚集于谷地平原區(qū)，因此主要將該區(qū)域作為分析對(duì)象[1]。

3.1 水均衡方程的建立

博州谷地平原區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化主要受氣象、水文、人類活動(dòng)等影響，其補(bǔ)給和排泄方式長(zhǎng)期較為固定。其中主要補(bǔ)給源為大氣降水、河道滲漏、地下水徑流、農(nóng)田灌溉滲漏等；主要排泄方式為潛水蒸發(fā)、徑流排泄和人工開采等。根據(jù)守恒定律，項(xiàng)目區(qū)地下水量均衡方程如(1)所示。

ΔQ=Qpr+Qtr+Q河補(bǔ)+Q灌補(bǔ)-Qld-Qp-QE

(1)

式中：ΔQ為某時(shí)段內(nèi)地下水變化量，104m3/d；Qpr、QE為降水入滲補(bǔ)給量和潛水蒸發(fā)排泄量，104m3/d；Qlr、Qld為側(cè)向徑流補(bǔ)給、排泄量，104m3/d；Qp為人工開采量，104m3/d。

圖1 地層滲透系數(shù)分區(qū)圖

3.2 平衡方程地質(zhì)參數(shù)的確定

3.2.1 地層滲透系數(shù)

地層滲透系數(shù)直接決定了降水入滲量和潛水蒸發(fā)量，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)勘查及抽水試驗(yàn)結(jié)果，將其分為5個(gè)區(qū)(見(jiàn)圖1)，之后借助泰斯公式估算各區(qū)地層滲透參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2[2]。

表2 各區(qū)地層滲透系數(shù)

3.2.2 潛水蒸發(fā)系數(shù)

依據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，將本項(xiàng)目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分為6個(gè)區(qū)，見(jiàn)圖2。而蒸發(fā)系數(shù)ξ按照阿維揚(yáng)諾夫經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算[3]，見(jiàn)(2)，經(jīng)計(jì)算得出每個(gè)區(qū)蒸發(fā)系數(shù)結(jié)果，見(jiàn)表3。

μ·dh/dt=ξ(1-h/l)n

(2)

式中：μ為潛水位變動(dòng)帶的給水度；l為最大蒸發(fā)深度；n為蒸發(fā)指數(shù)，本項(xiàng)取值1；dh/dt為潛水蒸發(fā)降速。

表3 博州地區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分區(qū)

圖2 項(xiàng)目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分區(qū)圖

3.3 地下水資源總量和可開采量計(jì)算

為驗(yàn)證水均衡計(jì)算中選取的地質(zhì)參數(shù)是否合理，將計(jì)算結(jié)果和實(shí)際勘測(cè)的地下水儲(chǔ)量變化做比較，一般認(rèn)為相對(duì)誤差在20%以內(nèi)算合格。谷地平原區(qū)水均衡計(jì)算結(jié)果是ΔQ=2.25億 m3，而實(shí)際勘察結(jié)果為1.89億 m3，精度在要求范圍內(nèi)。該地區(qū)地下水總量維持在一個(gè)較高水平。

本項(xiàng)目區(qū)地下水可開采量Q0按照(3)計(jì)算[4]，最終得Q0=8.32億 m3，而總開采量為7.2億 m3，因此目前博州谷底平原區(qū)地下水開采潛力較大。

Q0=ρ·Q總補(bǔ)

(3)

式中：ρ為開采系數(shù)，取值0.8。

4 灰關(guān)聯(lián)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用分析

灰關(guān)聯(lián)分析法的本質(zhì)是對(duì)系統(tǒng)中相互影響、關(guān)聯(lián)、制約的因素綜合起來(lái)進(jìn)行定量比較的一種方法。技術(shù)人員在博州地區(qū)20個(gè)地下水水源地采集了水樣，用該方法對(duì)主要化學(xué)成分進(jìn)行分析。

4.1 地下水硬度分析

水的硬度主要取決于Ca2+、Mg2+含量，在此對(duì)水樣中的這兩種離子進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)而找出影響該地區(qū)地下水硬度的主要因素。經(jīng)計(jì)算Ca2+對(duì)水體硬度的關(guān)聯(lián)度約為0.82；Mg2+對(duì)硬度的關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.93[5]。由此可知Mg2+是博州地區(qū)地下水硬度的主要影響因素，其相關(guān)曲線見(jiàn)圖3。博州地區(qū)地下水平均硬度在200 mg/L，遠(yuǎn)低于我國(guó)飲用水硬度標(biāo)準(zhǔn)(450 mg/L)。

圖3 Mg2+與水體硬度的關(guān)系

4.2 地下水堿度分析

水的堿度取決于HCO3-、CO32-、OH-離子總含量，經(jīng)過(guò)對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)CO32-全部為0，因此只需分析HCO3-。根據(jù)酸堿平衡定律可知HCO3-堿度存在于pH=4.5～10的水體中，當(dāng)pH<8.5后，CO32-就會(huì)轉(zhuǎn)化為HCO3-，因此博州地下水堿度與HCO3-相關(guān)性很好(可達(dá)0.999)[6]，相關(guān)曲線見(jiàn)圖4。博州地區(qū)地下水平均堿度在150 mg/L，最高堿度達(dá)到250 mg/L。

圖4 HCO3-與水體堿度的關(guān)系

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算分析可知：目前博州地下水可開采潛力巨大，滿足谷底平原人口聚集區(qū)的正常生活生產(chǎn)，且地下水水質(zhì)良好，可直接作為飲用水。但在實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)博州地區(qū)很多地表水系受污染逐步嚴(yán)重，生活、工業(yè)廢水排放量也在逐年增加，如果不再造成地下水體污染前進(jìn)行及時(shí)管理，必然對(duì)干凈的地下水庫(kù)造成損害。

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2017-03-15

杜孝琴(1979-)，女，新疆精河人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

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1004-1184(2017)04-0236-02