簡著祝

(五家渠農(nóng)六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

新疆建設兵團第六師轄區(qū)地處昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)、五家渠市三地境內(nèi)，總面積約7813.7km2。截至2016年底，第六師下轄14個農(nóng)牧場，總?cè)丝谶_到34萬人，以第一產(chǎn)業(yè)為主，可實現(xiàn)年生產(chǎn)總值215.7億元。由于新疆為內(nèi)陸干旱型氣候，因此農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠地下水，而隨著耕地數(shù)量的增多，近年來第六師轄區(qū)地下水位明顯下降，必須要制定科學合理的開采措施才能保證該地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 地下水資源評價的意義

地下水資源具有水質(zhì)好、供應量穩(wěn)定等特點，因此是新疆大部分地區(qū)的主要水源。由于地下水年補給量一般為一個定值，若對地下水進行無節(jié)制開采，必然會造成地下水量急劇減少，水位降低，從而使后期開采成本增大、開采量減少[1]。

保證一個地區(qū)地下水資源量最理想的狀態(tài)是在一定時期內(nèi)水質(zhì)和水量處于均衡狀態(tài)。水資源評價的主要指標是監(jiān)測當?shù)氐叵滤|(zhì)和水量的變化情況，這對保證當?shù)鼐用竦挠盟踩敖?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

2 地下水資源評價方法分析

為防止評價結(jié)果出現(xiàn)大范圍偏差，在本項目中設計采取水均衡法和數(shù)值模擬法分別評價，再將兩種方法的結(jié)果進行對比分析，最終得出較為準確的數(shù)據(jù)。

2.1 水均衡法評價地下水

2.1.1 水均衡法原理

水均衡法的本質(zhì)是根據(jù)“地下水動力平衡”原理來估算某一面積較大區(qū)域內(nèi)的地下水在某一段時期補給量和消耗量之間的變化關(guān)系，該評價法因?qū)Φ刭|(zhì)條件敏感度較低、計算簡單方便、對水文資料要求低等優(yōu)點被廣泛應用。水均衡法的基本計算式如式(1)所示[3]：

ΔGW=GW補-GW耗

(1)

式中 ΔGW——地下水變化量；GW補——地下水總補給量；GW耗——地下水總消耗量。

2.1.2 區(qū)域地下水總補給量估算

a. 入滲系數(shù)的確定。本項目區(qū)地下水補給的主要來源為入滲補水，具體形式有大氣降水、徑流、水渠以及田間入滲。土壤類型直接決定了入滲系數(shù)α，因此通過對項目區(qū)大范圍土壤類型進行分析，得出表1中各類土壤的入滲系數(shù)。而河流入滲系數(shù)P取值為0.60～0.80；渠系入滲系數(shù)γ取值為0.65～0.85；田間入滲系數(shù)β取值為0.10～0.45(具體根據(jù)現(xiàn)場測量確定)[4]。

表1 項目區(qū)各類土壤的入滲系數(shù)α

b. 降水入滲補給量估算。結(jié)合項目區(qū)內(nèi)7個氣象站(瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、米泉、阜康市、吉木薩爾、奇臺縣)統(tǒng)計的2004—2012年間平均降水數(shù)據(jù)，做降水量統(tǒng)計圖(見圖1、圖2)。綜合統(tǒng)計圖可知：第六師區(qū)域多年平均降水量為110～180mm，結(jié)合各地土壤入滲系數(shù)可按照式(2)對項目區(qū)降水總?cè)霛B量Q1估算，最后得Q1=32472萬m3。

Q1=Shα

(2)

式中S——項目區(qū)總面積，m2；h——項目區(qū)多年平均降水量，m。

圖1 瑪納斯縣氣象站降水量統(tǒng)計

圖2 昌吉市氣象站降水量統(tǒng)計

c. 徑流入滲補給量估算。徑流入滲補給量Q2與河流入滲系數(shù)K、水利坡度I、含水層厚度H、河道寬度B直接相關(guān)，計算公式見式(3)[5]。經(jīng)計算第六師項目區(qū)內(nèi)徑流總?cè)霛B補給量約為5510萬m3。

Q2=365KIHB

(3)

d. 田間、渠系補給量估算 。第六師項目區(qū)下轄8個灌區(qū)(5大、2中、1小)，總灌溉面積258.08萬畝。干渠總長816.92km，未防滲長度167.33km；支渠總長1342.56km，未防滲長度361.56km；斗渠總長2484.88km，未防滲長度1615.17km；農(nóng)渠總長670km，基本未防滲。以灌區(qū)為單位，按照式(3)分別計算田間、渠系地下水補給量Q3，計算結(jié)果見表2。最終得出項目區(qū)內(nèi)田間灌溉入滲量為9398萬m3，渠系入滲量為11416萬m3。

Q3=Qγβ

(4)

式中Q—— 年平均灌溉用水量，m3。

表2 第六師田間、渠系地下水補給量估算(部分)

2.1.3 項目區(qū)地下水總消耗量計算

地下水消耗主要途徑為人工開采和潛水蒸發(fā)，其中項目區(qū)人工開采量可根據(jù)灌溉、生活等用水量估算，得出Q開采=37932萬m3；潛水蒸發(fā)與覆巖巖性、潛水埋深、植被發(fā)育等有關(guān)，該項目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)見表3[6]。經(jīng)計算Q蒸發(fā)=3326萬m3。

表3 潛水蒸發(fā)系數(shù)

通過分別計算地下水補給量和消耗量，確定第六師地下水資源量穩(wěn)定在70116萬m3。根據(jù)開采系數(shù)0.5計算，確定項目區(qū)地下水可開采量為35058萬m3，目前年均超采量約為2874萬m3。

2.2 數(shù)值模擬法評價地下水

a. 邊界確定。設定項目區(qū)東部邊界為北塔山，西部邊界為瑪納斯河流域，南部邊界為天山山脈，北部邊界位于古爾班通古特沙漠邊緣(見圖3)，各邊界補給或排泄量根據(jù)實地考察和WMS分布式水文模型耦合進行確定。

圖3 項目區(qū)邊界確定(藍色為補給邊界，紅色為排泄邊界)

b. 地下水位模擬。按比例從項目區(qū)抽取237眼有代表性機井并編號，將模擬結(jié)果和實際觀測水位進行比較(見圖4)。本項目模擬率定期確定為2004—2012年，由圖4可知模擬數(shù)值和實際觀測值走勢基本吻合，誤差在5%以內(nèi)，滿足要求。

圖4 地下水位模擬值和實際值比較(15號機井)

c. 地下水資源評價。地下水模型數(shù)值模擬表明第六師項目區(qū)多年平均地下水總補給量為76445萬m3，總排泄量為74249萬m3，地下水資源可開采量為36277m3，和水均衡法相差1219萬m3，兩者相差3.3%，精度滿足要求。

3 結(jié) 語

通過利用水均衡法和數(shù)值模擬法對第六師項目區(qū)地下水資源進行評價，得出該區(qū)域地下水資源可開采量約36000萬m3，而目前實際開采量約為38000萬m3，年均超采2000萬m3。在短期內(nèi)該項目區(qū)不會出現(xiàn)地下水資源缺乏問題，但目前必須要大力發(fā)展諸如節(jié)水灌溉、整修水利工程等，以此壓縮水資源開采量。

[1] 關(guān)鋒,左其亭,趙輝,等.地下水資源管理工作評價方法及應用研究[J].中國水利,2011(11):20-22.

[2] 韓曉軍,肖琳,邱林.基于突變理論的灌區(qū)地下水資源承載力評價方法[J].灌溉排水學報,2011,30(1):113-116.

[3] 劉國東,丁晶.傍河水源地地下水資源評價方法述評[J].水科學進展,2008,9(3):289-295.

[4] 劉予偉,金棟梁.地下水資源可開采量評價方法概述[J].水利水電快報,2008(S1):16-19.

[5] 鐘瑞森,董新光,劉豐,等.新疆平原區(qū)地下水資源評價及其結(jié)果分析[J].灌溉排水學報,2008,27(4):29-32.

[6] 趙偉,董慧.新疆地下水資源開發(fā)利用中存在問題及對策[J].地下水,2004,26(1):23-25.