昌吉市地下水水位动态变化特征研究

薛海荣，郭龙华

(新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)

1 昌吉市概况

昌吉市是昌吉回族自治州首府所在地，位于天山北坡中段、准噶尔盆地南缘，介于东经86°24′33″～87°37′00″及北纬43°26′30″～45°20′00″之间，整体地形由南到北呈狭长带状分布。东与乌鲁木齐县、兵团农十二师及乌鲁木齐市米东区毗邻；西与呼图壁县接壤；南至天山阿斯克达坂山脊与巴州和静县为界；北抵古尔班通古特沙漠与塔城地区和布克赛尔县和阿勒泰地区福海县相连。昌吉市属于干旱区域，年降水量187 mm。区域内只有三屯河和头屯河两处水系，主要用水水源为三屯河地表水。受气候与水资源条件影响，昌吉市地下水开采量较大。

2 地下水水位变化趋势分析

本次分析对昌吉市地下水位监测井水位数据进行了搜集整理，其中国控井14眼，州控井3眼，市控井6眼。

受资料条件限制，昌吉市州控井水位数据系列均经过整编，数据完整可靠，本次主要依据州控井水位数据进行趋势分析。本次收集到昌吉水文勘测局管辖的三眼州级地下水常观井同期水位资料，分别是昌吉商场、银行学校、城郊办观测井，三眼监测局均位于头屯河流域，地下水水位观测系列为2010-2019年。2010-2019年昌吉市地下水位动态见图1。

图1 昌吉市2010-2019年昌吉市地下水位动态趋势图

分析三眼州控井地下水水位数据可知，昌吉市近十年地下水水位总体趋势呈现下降趋势，各观测井地下水水位趋势线斜率基本一致。但在2019年，州控井年平均地下水水位开始出现反弹，呈上升趋势，这主要得益于昌吉市地下水水资源管理措施的加强。随着昌吉州用水总量控制方案的落实，昌吉市逐年实行退地减水策略，严格控制地下水开采量。预计昌吉市地下水埋深将逐年减少，地下水位将会得到回升。

3 昌吉市2020年二季度地下水水位状况分析

昌吉市市属范围内有14眼国控井，本次分析搜集了昌吉市14眼国家监测井2019-2020年最新的第二季度地下水水位资料，通过计算得到昌吉市2020年二季度地下水水位较2019年同比变幅。昌吉市2019-2020年国家地下水监测机水位变幅见表1。

表1 昌吉市2019-2020年国家地下水监测井水位变幅统计表

根据表1监测数据显示，2020年二季度，昌吉市14眼国家监测井中，有8眼监测井水位下降，水位变幅为-1.19～-6.12 m，均位于井灌区和井河混灌区内。2眼井水位出现上升现象，4眼井水位基本稳定。14眼国控井变幅累计值-17.86 m，平均变幅-1.28 m。昌吉市市属机井中，有4眼井出现不同程度下降，2眼井基本稳定。根据机井分部位置分析，昌吉市地下水位监测井出现明显下降的区域均分部在昌吉市三屯河流域下游井河混灌区和井灌区内。

综上所述，截止目前昌吉市2020年地下水水位较2019年总体出现了回落，部分监测井水位下降幅度较大，这与地下水水位预期不相符。

4 昌吉市地下水水位下降原因分析

昌吉市地下水补给来源主要有降水补给、地表径流补给、灌溉补水、山前侧渗补给等。其中，灌溉补给量2019年与2020年年际间变化不大。本次分析主要对2020年二季度的降水量与径流量进行分析，以确定2020年昌吉市二季度地下水下降原因。

4.1 降水补给量分析

本次分析针对2011-2020年二季度碾盘庄水文站降水量系列分析，对地下水降水补给量进行初步估算。昌吉市2011-2020年第二季度同期降水量对比见图2。

图2 昌吉市2011-2020年第二季度同期降水量对比图

通过对2011年至2020年二季度同期降水量资料对比分析，确定2020年为近十年内第二季度降水量最少的年份，其中4月份降水量较2011-2019年均值减少了85.6%，5月份降水量较2011-2019年均值减少了31.5%，降水量的减少造成昌吉市下游地下水的降雨入渗补给量大幅减少，是昌吉市三屯河流域地下水位下降的一个重要原因。

4.2 来水量分析

4.2.1 昌吉市三屯河流域近十年二季度来水量趋势分析

本次分析，摘录了三屯河碾盘庄站2011-2019年第二季度月平均流量，通过计算得到近十年二季度径流系列资料。

通过对三屯河碾盘庄站2011-2019年第二季度实测来水量过程分析，得到碾盘庄站二季度来水量变化趋势线图见图3。

图3 碾盘庄站2011-2019年二季度实测来水量过程线图

由图3可知，碾盘庄站近十年第二季度天然来水量总体趋势基本处于稳定状态。结合实测数据系列分析，三屯河碾盘庄站近十年实测的二季度来水量多年平均值为10 997.872万 m3。最大值为14 738.112万 m3，出现在2015年，最小值为7 677.504万 m3，出现在2014年，最大值与最小值相差7 060.608万 m3，占十年平均值的64%。可见，近十年碾盘庄站第二季度实测来水量虽然总体趋势处于稳定，但年际之间变化受气候原因影响差距依然较大。

4.2.2 昌吉市三屯河2020年第二季度来水量分析

根据统计资料，昌吉三屯河碾盘庄站2019年二季度来水量为13 074.048万 m3，2020年二季度来水量为8 838.72万 m3，2020年二季度来水量较2019年同比减少了4 235.328万 m3，占2020年实测二季度来水量的48%。可见，三屯河2020年二季度来水量较2019年二季度来水量减少的幅度较大。

通过对近十年三屯河二季度来水量做频率计算，三屯河碾盘庄站2011-2019年二季度来水量频率曲线图见图4。 不同频率来水量计算表格见表2。

图4 碾盘庄站2011-2019年二季度来水量频率曲线图

表2 碾盘庄站2011-2019年二季度不同频率来水量表

由表2可知，2019年碾盘庄二季度来水量为8 838.72万 m3，对应的设计频率为79%，可见，2020年的二季度来水量属于枯水年与特枯水年之间，2020年三屯河天然来水量较往年相对偏少。受2020年三屯河二季度来水量减少，昌吉市三屯河下游冲积扇平原的地下水受河川径流的补给量也会相应减少。

2020年三屯河二季度天然来水量较往年相对偏少，较近十年平均值偏少2 159.15万 m3。根据昌吉市超采区划定报告，昌吉市三屯河河流入渗补给系数0.49，二季度地下水补给量较往年平均值减少了1 057.98万 m3，引水渠系入渗补给与水库水体入渗补给均会不同程度受地表水来水量影响减少。

5 地下水水位下降对环境的影响

昌吉市分析区属干旱区，下游生态环境脆弱，生态植被主要靠吸收当地地下水而存活，地下水水位的严重下降，致使大部分区域地下水埋深已降至生态存活极限埋深(<6.0 m)以下，对生态植被生存造成严重威胁。干旱区地下水补给主要依靠天然的山前侧渗与降水入渗补给，其次是绿洲区地表水(灌溉等)入渗补给。而在昌吉市评价区甘莫公路以北的准噶尔盆地荒漠区，地下水天然补给微弱、基本无地表水灌溉入渗补给，生态环境极为脆弱，现状人工开采相对较大(北部荒漠农场区)，对生态环境负面影响及危害程度也相对较大，致使评价区下游生态环境异常脆弱，已引发当地甘莫公路以北的准噶尔盆地荒漠区生态环境的恶变趋势：地下水埋深已降至生态埋深(<6.0 m)以下，生态植被大面积枯死，沙化面积比以前有所扩大，境内古尔班通古特沙漠南缘部分沙丘出现活化现象，虽面积极小，但对沙漠边缘正在恢复的荒漠植被造成了一定威胁。

6 结语

从以上分析可知，昌吉市2020年二季度降水量大幅下降，特别是4月与5月降水量较往年下降更甚，直接造成昌吉市地下水降水入渗补给量减少，是昌吉市地下水水位下降的一个重要原因。受降水和气温双重影响，昌吉市三屯河2020年二季度来水量较往年也大幅减少，从补给和用水两个方面对昌吉市地下水水位进行影响，一是地表水来水的减少，必定会直接影响地下水补给量；二是受地表水来水量的减少，直接影响下游水利工程的可供水量，致使下游受水区用水户对地表水的需水要求无法得到满足。为保障下游农民基本利益和国家粮食安全，助力脱贫攻坚，实现2020年全面建成小康社会目标，必定会增加地下水开采量，最终导致昌吉市地下水水位下降。直接影响下游干旱区地表植被生长，对下游本就脆弱的生态环境造成严重的破坏和影响。昌吉市水行政主管部门应高度重视昌吉市地下水水文变化情况，持续实施退地减水政策和外调水入昌政策，压减地下水开采量，保证地下水水位埋深在6 m以上。