新疆青格达湖水源地地下水资源开采现状及评价

丁国梁，杨 鹏

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 石河子 832000)

新疆青格达湖水源地地下水资源开采现状及评价

丁国梁，杨 鹏

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 石河子 832000)

新疆五家渠市近年经济发展迅猛，城镇化水平大幅提高，预计至2030年，五家渠城市建成区综合需水量将达到3 632×104m3/a。为评价其城市供水水源地—青格达湖水源地的允许开采量和水质,通过详勘精度的水文地质勘察工作，在完成大量物探、钻探、试验等勘察工作量后，摸清了水源地水文地质条件，以模型法、动态资料分析法等方法评价其允许开采量为5 350×104m3/a，城市供水目标取水层可供水量为2 803×104m3/a，不足水量尚需其它水源解决。

地下水；水文地质条件；勘察；允许开采量；评价

1 概况

五家渠市位于新疆天山北麓，准噶尔盆地南缘、乌鲁木齐河和头屯河下游，面积740.1 km2。该市南距乌鲁木齐市33 km，西距昌吉市23 km，东距阜康市55 km，至乌鲁木齐国际机场30 km。

青格达湖水源地行政区属五家渠市，位于五家渠市南段突出部。水源地始建于1963年，迄今已有50 a的开采历史，水源地建成伊始的目的是排水改良盐碱地，1974年以后，逐渐转为排灌结合，在降低地下水水位的同时，满足农业灌溉。八十年代初期以后，水源地排水改良土壤的任务完成，由于灌溉、生活需水量不断增加，水源地也就成为五家渠以灌溉、生活供水为目的的地下水水源地。

近年来五家渠市经济发展速度较为迅猛，城镇化水平大幅提高，其城市规划成果估算至2030年，五家渠城市综合用水需求量将达到3 632×104m3/a，而该市现状水源地设计供水能力仅为1 241×104m3/a。为保障五家渠市城市供水安全，需对青格达湖水源地进行详勘阶段的水文地质勘察工作，摸清水源地水文地质条件，评价其允许开采量和供水水质，以分析水源地满足城市发展需水的程度。

2 水源地水文地质条件

2.1 现状开采量

青格达湖水源地在80年代中期以前开采井深度大多在100 m以内，年内各月均有地下水自流溢出量，最大年自流量达到410×104m3/a，后来随着100 m深度以内地下水开采量的增加和100 m以上井的增加，水源地地下水自流量也逐渐减少。在1984和1985年，青格达湖水源地地下水开采量达到历史顶峰(8 000×104m3/a)，区内机电井基本再无地下水自流现象。青格达湖水源地多年平均分类开采量统计见表1，水源地历年开采量及机电井自流量统计见图1。

2.2 水文地质条件

青格达湖水源地地处天山山脉中段、乌鲁木齐河、头屯河流域山前冲洪积平原潜水溢出带。水源地南北长约10 km,东西宽为1.2～2.1 km,面积17.5 km2，水源地范围海拔高程480～540 m。

水源地范围年降水量不足200 mm，但南部的天山山地降水相对充沛，常年覆盖有积雪和冰川，因此，水源地地下水主要靠地表水出山口后的大量渗漏补给、春季融雪水入渗和山前侧渗、本区水体的垂向渗漏等的补给。水源地地下水的排泄，以人工开采和侧向流出为主。

水源地第四纪松散沉积物厚度超过500 m，岩性为冲洪积的卵砾石、砂砾石、粉土、粉质粘土等，组成本区多层结构的承压含水层组。水文地质剖面见图2。

表1 青格达湖水源地多年平均地下水分类开采量统计表

图1 青格达湖水源地地下水开采及自流量统计

水源地地表多分布有粉土、粉质粘土和粘土，以粘土类居多，厚度20～30 m。此沉积层形成水源地范围潜水含水层(弱透水层)，潜水位埋深1～11 m。

潜水含水层之下则为水源地的第一层承压含水层，厚度50～60 m，承压水头+0.5～12 m，以7～12 m居多。岩性以青灰色卵砾石、砂砾石居多，粒径以3～8 mm居多，分选性较好；在中部及以南地段，卵石最大粒径30 mm。此含水层渗透系数介于10～130 m/d，释水系数介于3.2×10-5～9.2×10-3。

水源地范围90～100 m深度，出现第二层承压含水层组，其与第一层承压含水层混合后的水头为+0.5～21 m，以6～20 m居多。岩性以砂砾石为主，粒径多2～7 mm，略小于第一层承压含水层，级配尚好。其特征是南部和中部厚度大、单层厚度可达30 m以上，北部厚度变小、一般在20 m左右。据抽水试验结果，其渗透系数为10～57 m/d，释水系数2×10-3左右。第一、二层间隔水层岩性一般由粘土、粉质粘土组成，从第一层承压水水头和第一、二层混合水头埋深、顶底板埋深判断，第二层承压水对上层承压水具一定的补给作用。

第三、四层承压含水层顶板由南向北埋深125～110 m和195～150 m，混合水头埋深10～30 m。在水源地的南部，二层含水层的单层厚度均可达到50 m，中部则被粘土类透镜体地层分割成10～30 m的含水层组，至北部，含水层岩性过渡为砂砾石、粗砂。据抽水试验结果，第三、四层承压含水层渗透系数可达20～50 m/d，释水系数8.8×10-5～1.4×10-3，表明其富水性和给水能力仍然很强。

从水质检测结果对比分析，水源地第一、二层承压水水质不如第三、四层承压水水质优良，如总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物含量具明显的差异，见表2统计，说明第一、二层承压水与外界水量的交换，明显大于第三、四层。

图2 青格达湖水源地水文地质剖面图

表2 水源地第一、二层与第三、四层承压水水质对比表 mg/L

总体而言，水源地含水层的空间分布，基本反映了河流的沉积作用过程。即青格达湖水源地范围，属乌鲁木齐河、头屯河、米泉东山河系的交汇区，河流依其径流量大小和流程长短，各自将其冲洪积沉积物堆积在此。乌鲁木齐河因为出山口至此流程长、米泉东山水系径流量小，在此沉积的颗粒就小于正处中游段的头屯河。而头屯河流域在此尚处冲洪积地带中游，乌鲁木齐河、米泉东山水系在此已达冲洪积平原中、下游地带，使得水源地范围含水层形成了由南向北、由西向东略倾斜的空间分布特征，这也决定了水源地含水层的侧向补给势必来源于多个方向。

2.3 水文地质参数

本次在以多孔、单孔抽水试验成果计算含水层水文地质参数时，采用二种方法，即泰斯承压完整井单孔和多孔抽水试验公式法计算各参数，采用Aquifer Test软件以泰斯配线法计算试验孔各项水文地质参数，以二种方法验证试验和计算的精度。

2.4 水文地质结论

勘探和试验资料表明，水源地300m深度内，分布有四层承压含水层，含水层岩性为卵砾石、砂砾石，隔水层岩性为粉质粘土、粘土，厚度20～40 m不等。含水层渗透系数K=10～129 m/d，水源地西侧.第三、四层承压含水层渗透系数K=24～54 m/d，单井单位涌水量37.8～48.8 m3/h·m，导水系数3 266～6 276 m2/d，承压含水层储水系数0.9～13.9×10-4。青格达湖水源地西侧沿老干渠一线，地表沉积有厚度15～30 m的粉质粘土层，可阻止一般污染源的污染物侵入地下含水层。勘察工作推荐城市供水水源地开采目标层为第三、四层承压含水层，以保证城市供水的水质和安全性。

根据勘探孔采取的第三、四层承压含水层地下水水样检测成果，其矿化度小于250 mg/L，pH值8.0～8.3，总硬度小于130 mg/L，氟化物含量小于0.3 mg/L，其它有毒有害物含量均低于《生活饮用水卫生标准》，地下水水质完全适宜作为城市供水水源。

表3 青格达湖水源地抽水试验成果一览表

注：16～18号抽水试验为新农大地下水教研室1981年8月完成。

图3 水源地历年开采量与水位变化过程图

3 地下水资源评价

3.1 地下水均衡计算

水源地地下水资源均衡计算，采用2004～2013年系列数据，逐年进行各项补给量和排泄量的分析计算，水源地10年平均地下水补给量6 808×104m3/a，排泄量6 755×104m3/a，地下水均衡差53×104m3/a，多年平均情况下补排基本平衡。水源地地下水均衡分析见表4。

图4 2000年～2013年水源地开采量与水位相关分析图

从地下水补排成分和占比看，水源地主要补给源为上游和临区含水层的侧向流入量，占到补给量的75.2%，而排泄量中71.0%为人工开采量。分析其近10年开采量和地下水位变化过程，尽管近年地下水位有所下降，但是承压水顶托造成的潜水位上升仍是明显的，以至于水源地多年平均潜水蒸发量还有284×104m3/a。

通路分析是通过对选定的基因按照公共数据库KEGG（https://www.genome.jp/kegg/）进行分类，通过离散分布的显著性分析，得到与实验目的有显著相关的通路分类，本研究利用通路在线分析平台Omicshare（http://www.omicshare. com）以P＜0.5、FDR＜0.05为参数获得钩藤散治疗AD相关基因的通路富集信息，并使用Cytoscape-v3.6.1构建靶点-通路（T-P）网络图。

3.2 地下水允许开采量评价

3.2.1 动态分析法

根据收集的水源地长观资料，将其有地下水水位观测以来的开采量与水位变化过程进行相关分析，分析时分为三个时段，即1977年～2013年全时段，1990年～2013年段，2000～2013年段，对开采量和水位关系的密切性进行分析，如此分析亦是考虑各年代水源地及周边水利工程建设对水源地可开采量的影响。

从图3可以看出，在80年代开采量达到8 000×104m3/a时，水源地水位最低下降至25 m左右，其后开采量降低至90年代的平均2 500×104m3/a后，水位迅速回升，90年代以后，开采量均值为4 050×104m3/a，水位均值为1.7 m。因此，从维持合理地下水水位的角度出发，水源地开采量应该大于4 050×104m3/a。

从各阶段水位和开采量相关性分析结果看，2000年以后开采量与水位的相关程度较高，这也符合2000年以来水源地和周边水资源开发利用和水利工程建设的实际，分析见图4。

由2000～2013年开采量与水位关系分析式，可推算出水源地水位控制在3 m左右时，开采量需达到5 355×104m3/a,考虑水源地开采的水量在输送和利用过程中，有555×104m3/a又回归地下,因此实际开采量为4 800×104m3/a。

3.2.2 典型流域可开采量计算模型法

参照《新疆地下水资源》一书中，典型区域地下水资源与可开采量评价章节，对天山北麓阜康市三工河流域地下水资源可开采量，提出利用地下水数值模型得出的地下水可开采量计算方法：地下水可开采量=稳定(天然)侧向补给量+Min[引入流域地表水总量17%，流域转化补给量的38%]，或者地下水可开采量占流域补给量的59%。

参照该模型确定的天山北坡地下水开发利用程度较高地区的可开采量计算公式：

地下水可开采量=稳定(天然)侧向补给量+Min[引入流域地表水总量17%，流域转化补给量的38%]

可得，转化量法可开采量1=5 118+1 018×0.38=5 505×104m3/a；

引水量法可开采量2=5 118+0×0.17=5 118×104m3/a；

典型流域系数法可开采量3=6 145×0.59=3 626×104m3/a。

典型流域法确定评价区可开采量过程，见表5。

表5 青格达湖水源地典型流域法可开采量计算一览表 104 m3/a

3.2.3 开采系数法

依据《地下水超采区评价导则》(SL286-2003)和《新疆地下水超采区划定工作技术细则》第4.3.2节技术要求(试行，新疆水利厅，2004年4月)，青格达湖水源地可开采系数取值范围0.6～0.8，作为开采多年的水源地本区取值0.8，扣除重复计算量的地下水补给量为6 145×104m3/a，则有青格达湖水源地可开采量=6 145×0.8=4 916×104m3/a。

3.2.4 地下水均衡法

对青格达湖水源地地下水均衡计算表进行分析，见表6。在多年平均开采量4 796×104m3/a的状况下，分区仍有284×104m3/a的潜水无效蒸发量，潜水位的过高，造成区内中、北部地带土壤次生盐渍化严重，居民房屋受损。因此，本区应优化开采布局，将裸地潜水无效蒸发量夺取，其可开采量应为4 796+284+53=5 133×104m3/a。 综合以上分析评价，青格达湖水源地除数值模型外的其它四种分析方法评价，其可开采量评价结果介于3 629～5 505×104m3/a之间，见表7。鉴于本次勘察区为青格达湖水源地，不是一个完整流域，而是对已建成水源地的可开采量评价，因此推荐本区可开采量采用地下水长观资料推算的结果，即青格达湖水源地地下水可开采量为5 350×104m3/a。

表6 青格达湖水源地地下水均衡分析表 104 m3/a

表7 水源地地下水允许开采量评价结果一览表 104 m3/a

4 结论及建议

4.1 结论

通过水源地地下水资源评价，水源地地下水可开采量为5 350×104m3/a。根据水源地第三、四层承压含水层地下水水质检测成果，该层地下水矿化度小于250 mg/L，pH值8.0～8.3，总硬度小于130 mg/L，氟化物含量小于0.3 mg/L，其它有毒有害物含量均低于《生活饮用水卫生标准》，地下水水质完全适宜作为城市供水水源。

根据本次工作所完成的实物工作量、技术手段、工作精度以及技术评价采用的各项资料，评价结果完全符合详勘阶段要求，允许开采量评价成果精度达到B级。

4.2 建议

地下水在五家渠市城市供水、城镇入畜饮水、农田灌溉和维系良好生态与环境等方面具有十分重要的作用，相关单位应科学合理地开发利用与保护地下水资源，对青格达湖水源地而言，应特别注意以下事项。

(1)水源地应按设计的允许开采量分层开采地下水；

(2)在青格达湖水源地范围应严防人类活动对地下水水质造成污染；

(3)建设地下水水位、水量、水质、水温监测站，构建水源地地下水资源保护管理和预警信息系统；

(4)水源地范围开采井全部安装智能IC卡设备，控制单井开采量；

(5)加强水资源保护的法律、法规宣传、贯彻、执行，实施水源地环境保护的工程与非工程措施。

2016-10-17

丁国梁(1966-)，男，新疆昌吉人，高级工程师，主要从事水资源勘察与保护工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)01-0044-05