叶尔羌河流域地下水生态水位确定分析

古力皮亚·沙塔尔

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

叶尔羌河流域地下水生态水位确定分析

古力皮亚·沙塔尔

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

文章对新疆叶尔羌河某流域不同生态保证率下的地下水生态水位进行了确定，并针对不同保证率进行了区域地下水开采调控措施的研究。研究结果表明：研究区域各生态保证率(40%、60%、80%、90%)下适宜生态地下水埋深在3.12-6.95m之间；在丰水期应尽量控制地下水开采量，枯水期在减少地下水开采量的同时，需进行地下水生态回灌以保证区域地下水位处于适宜的生态水位。研究成果对于区域地下水生态保护提供方法参考。

地下水生态水位；不同生态保证率；适宜生态地下水埋深；新疆叶尔羌流域

0 前 言

当前，流域生态保护是研究的热点，对于流域地表水生态保护的研究较多，但是对于区域地下水生态保护的研究相对较少，而对于干旱干干旱区域，区域地下水生态保护尤为重要，近些年，对于区域地下水生态保护的逐步得到国内许多学者的关注，并取得一定的研究成果[1-7]，但是在新疆叶尔羌流域地下生态水位研究还较少，新疆叶尔羌河流域位于新疆西南部，地处干旱半干旱区域，地下水资源为其区域水资源重要的组成，近些年来，随着区域水资源供需日益紧张，地下水开采量也呈现逐年上升的趋势[8-9]。随着区域生态治理措施的开展，对于新疆叶尔羌流域的地下水生态保护的研究也迫在眉睫，为此文章以新疆叶尔羌某流域为研究区域，对区域地下水的生态水位进行计算，从而确定区域适宜的地下水生态水位区间，并结合该适宜地下水生态水位区域，提出区域丰水期和枯水期相应的地下水生态保护措施。

1 地下水生态水位确定方法

文章引入孙才志[10]提出的地下水生态水位的确定方法对区域地下水生态水位进行确定，其计算方程为：

Ge=max{G1,Zr}

(1)

式中：Ge为计算区域河道外生态水位，m；G1为地下水补给最低水位，m；Zr为区域河底最低点的高程，m。在方程(1)中Ge

在具体计算时，需要确定区域不同保证率下的地下水生态需水量，方法首先将区域逐月地下生态水量作为模型计算样本，各月地下水生态水量样本系列方程为：

X=(x1,x2,…,xn)

(2)

式中：X为地下水生态蓄水量样本数据系列；xi为各月份地下水生态需水量，m3；n=12表示为月份。求解变量解析域方程为：

U=(u1,u2,…,un)

(3)

式中：U为解析域集合；ui为各个月份的地下水生态水量解析解。该方法采用正态扩散分布函数对方程进行求解，分布函数的计算方程为：

(4)

式中：h为扩散系数。方法对分布函数的集合域进行构建，构建方程为：

(5)

式中：C分布函数的集合域。不同子集对应的隶属度函数为：

(6)

对隶属度函数进行标准化后，其计算方程为：

(7)

令：

(8)

联合上述两式，则不同保证率下的地下水生态需水量计算方程为：

(9)

对各月份生态需水进行累计求解可以得到区域不同保证率下的地下水生态需水量。

(10)

2 实例应用

2.1 区域地下水概况

文章以新疆叶尔羌某流域为研究区域，该区域位于新疆干旱半干旱区域，区域内有2个地下水位观测数据，区域多年地下水资源量为8.5亿m3，多年地下水埋深为5.3m，区域内主要的地下水临界深度见表1。

表1 区域地下水临界深度值

2.2 不同保证率下的地下水适宜生态需水量计算

结合地下水生态水位确定方法，对区域内不同生态保证率下的地下水适宜生态需水量和不同季节的适宜生态需水量进行了分析计算，计算结果见表2和表3。

从表2中可以看出，两个地下水监测区域的适宜生态需水量在0.11-1.63亿m3之间，区域地下水适宜生态水位月变化过程较为显著，在丰水期(5-9月份)，各区域地下水适宜生态需水量较高，而在枯水期(10-11月份、1-4月份)其地下水适宜生态需水量较低，这主要和不同时期的降水量和地下水开采量有关，在丰水期降水量较为集中，但地下水开采量相对枯水期较大，因此在丰水期区域地下水适宜生态需水量较大。而在枯水期，降水量偏少，使得区域地下水适宜生态需水量较低。从表3中也可以看出，在各季节中，夏季和秋季适宜生态需水量最大，冬季区域地下水适宜生态需水量最低。区域地下水适宜生态需水量呈现较为明显的季节性变化。

表2 不同区域各生态保证率下逐月地下水生态需水计算结果

表3 区域各生态保证率下各个季节地下水生态需水计算结果

2.3 不同保证率下的地下水生态水位确定

在区域不用生态保证率下的适宜生态需水量确定的基础上，对新疆叶尔羌河流域不同生态保证率下的地下水生态水位进行了计算，计算结果见表4和表5。

表4 不同区域各生态保证率下逐月地下水生态水位计算结果

表5 区域各生态保证率下各个季节地下水生态水位计算结果

从表4中可以看出，研究区域地下适宜生态水位和区域适宜生态需水量变化一致，在丰水期适宜生态水位较高，而在枯水期适宜生态水位较低，总体而言，区域地下水适宜生态水位在3.12-6.95m之间。从表5中可以看出，在不同生态保证率，区域适宜地下水生态水位也同样呈现较为明显的季节变化性。在春季和夏季，区域的地下水适宜生态水位较高，而进入冬季后，区域地下水适宜生态水位达到最低。

2.4 不同生态保证率下的调控措施分析

在区域不同生态保证率下的适宜地下水生态需水量和生态水位确定基础上，文章对不同时期不同生态保证率下的区域地下水开采调控措施进行了分析，主要的调控措施为：

1)在丰水期，由于降水量较为集中，区域地下适宜生态需水量和适应生态水位都较高，可以适当调整区域地下水开采量，加强丰水期区域地下水的生态保护。

2)在春节和秋季，由于区域降水量偏少，可选择60%-70%的保证率下的适宜生态水位作为区域地下水开采的控制红线，加强对区域地下水开采量的有效控制。

3)在冬季，应适当选择50%保证率下的适宜生态水位作为区域地下水开采的控制红线，并结合地下水生态回灌的措施对区域地下水生态进行有效保护。

3 结 语

文章结合地下水适宜生态水位的确定方法对新疆叶尔羌流域的适宜生态需水量和适宜生态水位进行了确定和分析，研究取得以下结论：

1)区域地下水适宜生态需水量和适宜生态水位存在明显的季节变化性，总体而言，新疆叶尔羌流域适宜生态地下水埋深在3.12-6.95m之间；

2)在丰水期应尽量以60%-70%保证率下的适宜生态水位作为区域地下水开采的控制红线，而在枯水期应尽量以50%保证率下的适宜生态水位作为区域地下水开采的控制红线。

[1]孙香泰,艾晓燕,张力春.三江平原地下水生态水位初步研究[J].黑龙江水利科技,2012,40(08):166-168.

[2]苏莹莹,刘国强.论华北地区地下水生态环境恢复[J].黑龙江水利科技,2009,37(03):15-16.

[3]刘为.基于地下水生态水位的水资源优化配置研究[D].郑州：华北水利水电大学,2016.

[4]王战.鱼卡—大柴旦盆地地下水生态环境效应与生态环境质量评价[D].北京：中国地质科学院,2015.

[5]赵海卿.吉林西部平原区地下水生态水位及水量调控研究[D].北京：中国地质大学,2012.

[6]王文科,杨泽元,程东会,等.面向生态的干旱半干旱地区区域地下水资源评价的方法体系[J].吉林大学学报(地球科学版),2011,41(01):159-167.

[7]刘玉兰.下辽河平原地下水生态水位与水资源优化配置研究[D].大连：辽宁师范大学,2007.

[8]古力皮亚·沙塔尔.基于蒙特卡洛算法的新疆叶尔羌河上游流域地下水动态预测[J].地下水,2017,39(03):210-211.

[9]武倩倩,任加国,许模.新疆叶尔羌河流域地下水同位素特征及其补给来源分析[J].中国地质,2008(02):331-336.

[10]孙才志,高颖,朱正如.基于生态水位约束的下辽河平原地下水生态需水量估算[J].生态学报,2013,33(05):1513-1523.

DeterminationandAnalysisforGroundwaterEcologicalWaterLevelofYarkantRiverWatershed

Gulipiya Shataer

(Xinjiang Kashi Hydrological Investigation Bureau, Kashi 844000, China)

This paper determined the ecological groundwater levels in various ecological guarantee rates of Yarkant river basin in Xinjiang and studied the control measures of regional groundwater exploration in different guarantee rates. The results show that the ecological groundwater depth buried is suitable for 3.12 meters to 6.95 meters in various ecological guarantee rates of 40%, 60%, 80% and 90% in the study area; the groundwater exploration quantity should be controlled during rainy season, groundwater ecological recharge needs to be conducted so as to guarantee regional groundwater can be in a appropriate ecological water level while the groundwater exploitation quantity is reduced during drought period. The research results will provide an approach and references for the ecological protection on regional groundwater.

ecological water level of groundwater; various ecological guarantee rate; suitable depth of ecological groundwater; Xinjiang Yergqiang river basin

P641.8

B

1007-7596(2017)09-0021-04

2017-09-12

古力皮亚·沙塔尔(1974-)，女，新疆阿图什人，工程师，研究方向为水文水资源分析与计算。