新疆青格达湖水源地地下水开发利用浅析

阿依古丽.托合提,魏守忠

(1.新疆克孜勒苏水文水资源勘测局,新疆 阿图什市 845350;2.新疆水文水资源局三工河流域地下水环境监测站,新疆 阜康 831505;3.新疆兵团 222团地下水综合试验站,新疆 阜康 831505)

青格达湖水源地是 1963年建成的农用地下水水源地。它是为解决处于下游冲洪积细土平原的团场灌溉用水而建立的。青格达湖水源地建于乌鲁木齐河冲洪积扇溢出带。水源地为下游灌区长年抽水、蓄存于猛进水库(库容6000×104m3),是具有水库调节的“A”型水源地。近 27a年(1981～2007年)平均年开采地下水3 217×104m3,为下游冲洪积细土平原灌区输送了稳定、可靠的水源,社会经济得到了可持续发展。其水源地开发利用方式可对干旱区的地下水开发利用提供经验。

1 区域概况

乌鲁木齐河流域南接天山北麓中段东部,北接古尔班通古特沙漠。流域有乌鲁木齐河、头屯河,老龙河及泉水水系,年总迳流量达 5×108m3左右。区内气候条件为大陆性干旱气候类型,平原区多年平均降水 185.8mm,年平均蒸发量1 868mm,干旱指数10.1,是一个水资源极为紧缺的干旱地区。

青格达湖水源地处于乌鲁木齐河冲积平原下游,区内发育了巨厚的第四系冲积相堆积物,沉积地层为砾石、砂砾、粘土等土互层的多层结构。地下水系统上部为潜水、下部为多层承压水层。水源地在 350m深度范围内一般可揭露 4个含水层(表 1),单层厚度一般为 10～50m。承压含水层为中更新世一晚更新世(Q2-3al+l)冲洪积卵砾石和砂砾石、粗砂,呈多层结构。每年 2～3月份,因区域地下水在非灌溉期停止开采原因,承压水逐渐恢复上升,以致高出地面,机井呈自流状态。受地形影响,区内自南向北承压水头逐渐变小。

表1 青格达湖水源地区含水层特征表

水源地现有机井数 51眼,机井深度为 60～300 m之间,单井出水量 40～300 m3/h。多年地下水年平均开采量 3217×104m3。

区内地下水主要补给为上游地下水侧渗、河道及农田灌溉等地表水体的垂直入渗。排泄方式主要为向下游的侧向排出、人工开采、地下水蒸发、蒸腾和排渠排泄。

长年抽水蓄存水库,地下水开发利用已使昔日潜水溢出带的沼泽湿地疏干变为农田,天然绿洲变为人工绿洲。流域随着社会、经济发展水平的提高,地下水已成为流域的主要供水水源。在此条件下,青格达湖水源地则保持了地下水位的相对稳定,其可持续开采的实践是干旱区地下水开发利用中值得重视和探讨的问题。

2 水源地地下水动态特征

从 1981年青格达水源地地下水动态观测资料可以看出(图 2),水源地开采量经历了高、中、低三个年开采量过程。高开采量期(1981～1984年),地下水开采量5266～6 373×104m3,年平均开采量5871×104m3,地下水埋深 14.14～22.2m,此期为地下水埋深稳定期;中等开采量期(1985～1992年)历程 8年,地下水开采量2 390～8 358×104m3,年平均开采量4 614×104m3,地下水埋深 0.42～20.8m,此期为地下水埋深恢复上升期;低开采量期(1993～2007年)持续时间 15年,地下水开采量 259～2 824×104m3,年平均开采量1 764×104m3,地下水埋深 0.04～16.55 m,此期为地下水浅埋深稳定期,区内潜水无效蒸发量增大[1]。

从青格达湖水源地总的开采埋深过程曲线看,水源地开采地下水形成的降深漏斗腾空了其区内含水层空间,使流向水源地的地下水水力坡度增大,地下水向漏斗中心汇流作用增强,可袭夺较多的补给水量,如潜水蒸发量、地下水侧向排泄等地下水量,从而使水源地水位达到动态平衡。在水源地高开采量期,地下水埋深保持稳定在 21.4m左右。明显可以看出,水源地年开采量在小于3 500×104m3时,水源地埋深呈恢复上升状态。1993年后地下水埋深持续上升,至2 000年后,地下水埋深为 0.04～0.61m。水源地地下水除开采和侧向排泄外,其余转化为潜水蒸发。

多年的开采实践表明水源地在较大开采量条件下能达到采补平衡,地下水位可保持相对稳定状态;在开采量较少的年份,水源地地下水位会很快上升恢复,发挥出了水源地蓄存地下水的作用。由此说明,青格达水源地是一个可以高效利用的地下水水源地。

图1 青格达水源地历年逐月地下水埋深与年开采量变化关系图

3 青格达水源地地下水开采量与埋深关系分析

青格达水源地地下水开采量与其埋深关系是衡量水源地可持续性开发利用的一个定量指标。利用水源地开采流量和埋深监测资料,初步分析得出青格达水源地地下水开采量与埋深为线性方程(图 2),Q(h)=139.21 S+1 864.1式中,S:水源地年平均地下水埋深 (m);Q:水源地年开采量(104m3)。

拟合方程与水源地开采承压水线性模型一致[2],回归方程相关系数 R=0.544,样本容量n=27,在a=0.01水平上显著,R=0.544＞0.487,方程检验高度相关。线性方程中,其物理意义为青格达水源地保持不同稳定埋深,埋深每下降(上升)1m,其开采量则会增加(减小)139.2×104m3。方程系数可理解为水源地年单位降深地下水开采量。即为 q=139.2×104m3/m◦a。它是青格达水源地开采地下水时其含水层的年补给能力,是评估水源地开采量能力的一个重要指标。

图2 青格达水源地开采流量与埋深关系拟合图

青格达水源地现状地下水开采量相对较小,区域地下水埋深小于 1m,存在大量的潜水无效蒸发,同时加大了土壤次生盐渍化的程度,对干旱区珍贵的水资源来说,应适当夺取潜水蒸发量,除害兴利[3]。从青格达水源地多年动态分析看,水源地地下水埋深调控在 15～20m较为合理,对应的地下水开采量为 Q(15～20)=139.21S+1 864.1=3 952.3～4 648.3 ×104m3。

3 结论与建议

(1)水源地地下水多年埋深变化稳定是其水源地可持续利用的保证,实践证明水源地建在潜水溢出带是开发利用山前地下水库的最佳位置。分析得出,青格达水源地地下水年单位开采量为 139.2×104m3/m◦a,地下水补给条件好,开采能力较大。可为相似地区开发利用地下水提供经验。

(2)水源地近期地下水埋深小于潜水蒸发临界值,应适当提高水源地地下水开采量,提高水资源的利用率,初步分析青格达水源地年开采量3 952.3～4 648.3×104m3较为合理。

(3)不断加强、完善流域地下水动态观测的基础工作,为流域可持续开发利用地下水提供数据。

[1]王大纯,张人权,史毅虹,等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,1995.

[2]薛禹群,朱学愚.地下水动力学[M].地质出版社,1979.

[3]高健磊,吴泽宁,左其亭,等.水资源保护规划理论方法与实践[M].郑州:黄河水利出版社,2002.