新疆博州地區(qū)地下水資源評價

杜孝琴

(新疆博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計院，新疆 博樂 833400)

新疆博州地區(qū)地下水資源評價

杜孝琴

(新疆博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計院，新疆 博樂 833400)

地下水資源分布廣、水質(zhì)好、供水穩(wěn)定性強等，是目前的主要水源，但地下水超采濫采現(xiàn)象屢禁不止，且各地區(qū)水污染現(xiàn)象嚴重，因此做好地下水資源量評價和水質(zhì)分析工作尤為重要。本文以新疆博州為實例，介紹了水均衡法在水資源量評價中的應(yīng)用，并利用灰關(guān)聯(lián)法對其地下水水質(zhì)進行分析可知：博州地區(qū)地下水可開采潛力巨大，能滿足谷底平原人口聚集區(qū)的正常生活生產(chǎn)，地下水水質(zhì)良好，可直接作為飲用水。很多地表水系受污染逐步嚴重，生活、工業(yè)廢水排放量逐年增加，如果不再造成地下水體污染前進行及時管理，必然對干凈的地下水庫造成損害。

地下水；水均衡法；灰關(guān)聯(lián)法；分析；博州地區(qū)

1 概況

博州全稱為博爾塔拉蒙古自治州，位于新疆自治區(qū)西北邊緣。自治州西北南三面環(huán)山，中間為喇叭狀谷地平原，是人口聚集區(qū)。全州總面積2.29萬 km2，總?cè)丝跒?8萬，人均GDP4.7萬/a，其中第一產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值的24%左右。博州屬典型的大陸性干旱沙漠氣候，日照時間長，晝夜溫差大，夏季高溫，冬季寒冷，年均氣溫5.6℃。年降水量為200 mm左右，蒸發(fā)量達到1 500 mm，因此全區(qū)干旱少雨，給農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)帶來較大壓力。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件介紹

2.1 地表水資源量現(xiàn)狀

博州境內(nèi)主要的地表水源包括博爾塔拉河、精河、大河沿子河、艾比湖等，這些地表水也是地下水資源的重要補給通道。2015年博州地區(qū)水文調(diào)查結(jié)果顯示當年全州地表水資源量為27.7億 m3，比上一年減少3.5%。其中艾比湖入湖水量減少5.2%，湖水面積也從2003年起逐年下降(見表1)。

表1 艾比湖歷年湖水面積表 km2

2.2 地下水資源量現(xiàn)狀

通過地質(zhì)調(diào)查：2015年博州地下水補給量為15.55億 m3，其中山丘區(qū)地下水補給量11.64億 m3，平原區(qū)地下水補給量8.967億 m3，山丘區(qū)與平原區(qū)重復(fù)計算量4.287億 m3，地下水資源天然補給量1.743億 m3。

2.3 全區(qū)水資源供需分析

綜合計算，2015年博州地區(qū)水資源總量為43.25億 m3，全區(qū)總用水量為16.86億 m3，其中地下水源供水量占到總量的42.7%。經(jīng)分析可知：地下水量雖然僅為水資源總量的35.9%，但供水量卻占到將近一半，且有逐年增加趨勢。

3 水均衡法在地下水資源量評價中的應(yīng)用

分析

水均衡法是指根據(jù)項目區(qū)的水文地質(zhì)特征，選定邊界并將其劃分為若干區(qū)域，之后利用地下水動力平衡的基本原理來預(yù)測該地區(qū)地下涌水量的方法。由于博州人口主要聚集于谷地平原區(qū)，因此主要將該區(qū)域作為分析對象[1]。

3.1 水均衡方程的建立

博州谷地平原區(qū)地下水動態(tài)變化主要受氣象、水文、人類活動等影響，其補給和排泄方式長期較為固定。其中主要補給源為大氣降水、河道滲漏、地下水徑流、農(nóng)田灌溉滲漏等；主要排泄方式為潛水蒸發(fā)、徑流排泄和人工開采等。根據(jù)守恒定律，項目區(qū)地下水量均衡方程如(1)所示。

ΔQ=Qpr+Qtr+Q河補+Q灌補-Qld-Qp-QE

(1)

式中：ΔQ為某時段內(nèi)地下水變化量，104m3/d；Qpr、QE為降水入滲補給量和潛水蒸發(fā)排泄量，104m3/d；Qlr、Qld為側(cè)向徑流補給、排泄量，104m3/d；Qp為人工開采量，104m3/d。

圖1 地層滲透系數(shù)分區(qū)圖

3.2 平衡方程地質(zhì)參數(shù)的確定

3.2.1 地層滲透系數(shù)

地層滲透系數(shù)直接決定了降水入滲量和潛水蒸發(fā)量，根據(jù)項目區(qū)地質(zhì)勘查及抽水試驗結(jié)果，將其分為5個區(qū)(見圖1)，之后借助泰斯公式估算各區(qū)地層滲透參數(shù)，結(jié)果見表2[2]。

表2 各區(qū)地層滲透系數(shù)

3.2.2 潛水蒸發(fā)系數(shù)

依據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，將本項目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分為6個區(qū)，見圖2。而蒸發(fā)系數(shù)ξ按照阿維揚諾夫經(jīng)驗公式進行估算[3]，見(2)，經(jīng)計算得出每個區(qū)蒸發(fā)系數(shù)結(jié)果，見表3。

μ·dh/dt=ξ(1-h/l)n

(2)

式中：μ為潛水位變動帶的給水度；l為最大蒸發(fā)深度；n為蒸發(fā)指數(shù)，本項取值1；dh/dt為潛水蒸發(fā)降速。

表3 博州地區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分區(qū)

圖2 項目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)分區(qū)圖

3.3 地下水資源總量和可開采量計算

為驗證水均衡計算中選取的地質(zhì)參數(shù)是否合理，將計算結(jié)果和實際勘測的地下水儲量變化做比較，一般認為相對誤差在20%以內(nèi)算合格。谷地平原區(qū)水均衡計算結(jié)果是ΔQ=2.25億 m3，而實際勘察結(jié)果為1.89億 m3，精度在要求范圍內(nèi)。該地區(qū)地下水總量維持在一個較高水平。

本項目區(qū)地下水可開采量Q0按照(3)計算[4]，最終得Q0=8.32億 m3，而總開采量為7.2億 m3，因此目前博州谷底平原區(qū)地下水開采潛力較大。

Q0=ρ·Q總補

(3)

式中：ρ為開采系數(shù)，取值0.8。

4 灰關(guān)聯(lián)法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用分析

灰關(guān)聯(lián)分析法的本質(zhì)是對系統(tǒng)中相互影響、關(guān)聯(lián)、制約的因素綜合起來進行定量比較的一種方法。技術(shù)人員在博州地區(qū)20個地下水水源地采集了水樣，用該方法對主要化學(xué)成分進行分析。

4.1 地下水硬度分析

水的硬度主要取決于Ca2+、Mg2+含量，在此對水樣中的這兩種離子進行關(guān)聯(lián)分析，進而找出影響該地區(qū)地下水硬度的主要因素。經(jīng)計算Ca2+對水體硬度的關(guān)聯(lián)度約為0.82；Mg2+對硬度的關(guān)聯(lián)度達到0.93[5]。由此可知Mg2+是博州地區(qū)地下水硬度的主要影響因素，其相關(guān)曲線見圖3。博州地區(qū)地下水平均硬度在200 mg/L，遠低于我國飲用水硬度標準(450 mg/L)。

圖3 Mg2+與水體硬度的關(guān)系

4.2 地下水堿度分析

水的堿度取決于HCO3-、CO32-、OH-離子總含量，經(jīng)過對水樣進行檢測，發(fā)現(xiàn)CO32-全部為0，因此只需分析HCO3-。根據(jù)酸堿平衡定律可知HCO3-堿度存在于pH=4.5～10的水體中，當pH<8.5后，CO32-就會轉(zhuǎn)化為HCO3-，因此博州地下水堿度與HCO3-相關(guān)性很好(可達0.999)[6]，相關(guān)曲線見圖4。博州地區(qū)地下水平均堿度在150 mg/L，最高堿度達到250 mg/L。

圖4 HCO3-與水體堿度的關(guān)系

5 結(jié)語

通過計算分析可知：目前博州地下水可開采潛力巨大，滿足谷底平原人口聚集區(qū)的正常生活生產(chǎn)，且地下水水質(zhì)良好，可直接作為飲用水。但在實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)博州地區(qū)很多地表水系受污染逐步嚴重，生活、工業(yè)廢水排放量也在逐年增加，如果不再造成地下水體污染前進行及時管理，必然對干凈的地下水庫造成損害。

[1]王水獻，王云智，董新光，等.新疆平原區(qū)地下水資源評價模型與可開采量分析[J].工程勘察.2007.(01)：32-35.

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[4]錢家忠，吳劍鋒，朱學(xué)愚，等.地下水資源評價與管理數(shù)學(xué)模型的研究進展[J].科學(xué)通報.2010.(02)：61-63.

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[6]周金龍，董新光.新疆平原區(qū)地下水資源評價誤差來源分析[J].中國農(nóng)村水利水電.2014.(03)：55-57.

2017-03-15

杜孝琴(1979-)，女，新疆精河人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。

P641.8

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1004-1184(2017)04-0236-02