新疆克州阿图什机电井年度地下水开采量计算分析

张 云

(新疆维吾尔自治区克孜勒苏水文勘测局，新疆 克孜勒苏 845350)

1 区域概况

阿图什市位于新疆维吾尔自治区西南部，地处塔里木盆地西缘，西南天山的西南部。全市总面积1.6万km2。下辖6乡1镇2个街道办事处。市境东与柯坪、巴楚县接壤，东北与阿合奇县为邻，南与伽师、疏附县和喀什市毗邻，西与乌恰县相连，北与吉尔吉斯斯坦相邻。

阿图什境内高山连绵，沟谷遍布，地势由南向北逐渐升高。北部为中高山区，属西南天山褶皱带，南部属塔里木盆地，中北部分布着哈拉峻盆地、吐古买提盆地及上阿图什谷地等多个小型盆地。

根据地下水赋存条件、水动力特征、含水层结构及水理性质，将区内地下水划分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐类岩溶裂隙水及碎屑岩类裂隙孔隙水。据物探资料，该谷地内第四系厚度由南北两侧向中部、由西向东逐渐增大，由450 m 增大至850 m 。

2 地下水机电井统计

通过对阿图什区域内所有机电井地理位置、抽水量及运行情况等各项信息的全面调查，本次共调查机电井500眼。共涉及阿图什市6乡1镇，其中格达良乡机电井数量最多为158眼，阿扎克乡次之，共有机电井139眼。各乡镇基本情况见表1。

3 地下水可开采量计算

由于克州全境机电井大部分未安装计量设施，无法依照机电井计量设施对阿图什市全境地下水抽水量进行计算，仅依照调查各机电井用电量及抽水量对阿图什市全境地下水开采量进行估算(因哈拉峻盆地是一个新生界封闭的断陷盆地，为一独立的水文地质单元，本次将哈拉峻乡单独列表计算)。

表1 阿图什市机电井基本情况表 单位:眼

本次计算由于各机电井水泵额定流量与扬程无准确记录，仅依照现场调查时附近村民叙述记载，为此，本次仅依照用电量与单位抽水量对各个乡镇及全市地下水抽水量进行估算。

3.1 各乡镇机电井用电量

本次收集阿图什市2011年～2014年各乡镇机电井年度用电量，由于阿图什市境内存在部分机电井共同用一个电表的情况，因此，阿图什市机电井数量多于现有的电表编号数量，本处不再列入所有用电量数据，仅计算各乡镇机电井2011年～2014年总用电量数据作为计算之用，见表2。

表2 阿图什市各乡镇机电井年度用电总量

续表2 哈拉峻乡机电井年度用电量

3.2 各乡镇机电井平均水位埋深及平均流量计算

2014年阿图什市地下水调查由于时间紧迫，全市机电井仅调查500眼，调查时由于部分机电井管理人员不在及其他特殊情况，仅对机电井进行定位，并询问机电井所在村人员，对机电井有关情况进行记录。因此，部分机电井水位及单位时间抽水量未能进行测量，此处仅将各乡镇机电井平均水位埋深、流量及水泵额定功率进行摘录计算，见表3。

表3 阿图什市机电井水位埋深、流量及水泵额定功率表

续表3 哈拉峻乡机电井水位埋深、流量及水泵额定功率表

3.3 各乡镇机电井平均扬程

水泵扬程又称为泵的压头，是指单位重量流体经泵所获得的能量。泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况、转速等。根据阿图什市地质条件及水位埋深等基本情况，阿图什市水泵埋深一般比水位埋深大28 m～33 m，本次计算不考虑管道阻力及其他影响管道抽水量的因素，选择水泵埋深比水位埋深大33 m作为阿图什市水泵埋深，即水泵实际扬程。计算成果见表4。

表4 阿图什市机电井平均实际水泵扬程表

续表4 哈拉峻乡机电井平均实际水泵扬程表

3.4 阿图什市机电井年度抽水量计算

依照能量守恒定律，机电井抽水时所消耗电能转换为抽水量的重力势能、动能及管道的摩擦力等，由于机电井抽水管道一般为钢制管道，其摩擦力及影响管道抽水量的能量消耗较小，可以忽略不计，因此电能转换为抽水量的重力势能和动能[1]。依照重力势能计算公式：

Ep=mgh

式中：m为单位时间内抽水量的质量，kg；g为重力系数，9.8 N/kg；h为水泵的实际扬程，m。

由表3可知，阿图什市机电井平均水位埋深及平均流量，依照m=ρV及流量定义可计算抽水量的重力势能，见表4。由电能基本单位度(kW·h)与能量(J)转换关系可知：1 kW·h=3.6×106J。即3.6×106J生成需消耗电能1 kW·h。

表4 阿图什市机电井实际扬程耗能表

续表4 哈拉峻乡机电井实际扬程耗能表

依照水泵扬程与额定功率的一般规律，水泵最大扬程消耗功率一般不大于水泵额定功率的1.5倍～2.0倍，本次计算阿图什市机电井扬程消耗功率为20.23 kW·h，由表3计算成果可知，水泵平均额定功率为20.92 kW·h，即水泵扬程功率与额定功率的比值为20.23/20.92=0.97，显然不大于水泵扬程消耗功率与额定功率的极值。由以上可以确定，水泵额定功率所消耗电量占总电量的比值n=20.92/(20.23+20.92)=0.51，根据经验及有关理论，有功功率占额定功率的80%，即仅有0.8n=0.8×0.51=0.408的耗能用于机电井水泵抽水。

由表2可知，阿图什市机电井抽水量所消耗电量见表5。

表5 阿图什市机电井抽水有功功率消耗电量

续表5 哈拉峻乡机电井抽水有功功率消耗电量

年度抽水量为年度用电量与机电井平均有功功率的比值再乘以单位时间内出水量。由表3及表5可知年度用电量、机电井平均额定功率与平均流速，为此可计算年度抽水量，见表6。

表6 阿图什市各乡镇机电井年度抽水量

续表6 哈拉峻乡机电井年度抽水量

由表6可知，阿图什市区周边区域2011年～2014年度抽水量不断增加，平均增幅达21.9%，即每年增加约693×104m3。以阿图什市市区周边区域可开采量18223×104m3计，则增幅占可开采量比例为3.8%。2014年开采量占可开采量的31%。

哈拉峻乡2011年～2014年年度抽水量基本无大的变化，年均抽水量约908×104m3，可开采量为1500×104m3，年均抽水量占可开采量比例为60.5%。

4 结语

地下水开采会引起土壤次生盐渍化及地下水水质污染等问题，对生态环境及居民生活造成严重影响。现状开采条件情况下，由于各区域水资源分布及地质结构的差异性，无法准确估算阿图什各区域开采量。应加强水资源的调控力度，确保缺水地区有水用，富余水地区不浪费。建议对每眼机电井安装水量计量设施，并建立用水差异化定价制度，用以促进节水意识，同时依照水量计量设施，可精确计算本区域地下水开采量，进而可对现有的机电井布局进行重新规划，从而达到高效用水的目的。