新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師所在轄區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法分析

簡(jiǎn)著祝

(五家渠農(nóng)六師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300)

新疆建設(shè)兵團(tuán)第六師轄區(qū)地處昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)、五家渠市三地境內(nèi)，總面積約7813.7km2。截至2016年底，第六師下轄14個(gè)農(nóng)牧場(chǎng)，總?cè)丝谶_(dá)到34萬(wàn)人，以第一產(chǎn)業(yè)為主，可實(shí)現(xiàn)年生產(chǎn)總值215.7億元。由于新疆為內(nèi)陸干旱型氣候，因此農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠地下水，而隨著耕地?cái)?shù)量的增多，近年來(lái)第六師轄區(qū)地下水位明顯下降，必須要制定科學(xué)合理的開采措施才能保證該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 地下水資源評(píng)價(jià)的意義

地下水資源具有水質(zhì)好、供應(yīng)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此是新疆大部分地區(qū)的主要水源。由于地下水年補(bǔ)給量一般為一個(gè)定值，若對(duì)地下水進(jìn)行無(wú)節(jié)制開采，必然會(huì)造成地下水量急劇減少，水位降低，從而使后期開采成本增大、開采量減少[1]。

保證一個(gè)地區(qū)地下水資源量最理想的狀態(tài)是在一定時(shí)期內(nèi)水質(zhì)和水量處于均衡狀態(tài)。水資源評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)是監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)和水量的變化情況，這對(duì)保證當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟踩敖?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

2 地下水資源評(píng)價(jià)方法分析

為防止評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)大范圍偏差，在本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)采取水均衡法和數(shù)值模擬法分別評(píng)價(jià)，再將兩種方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最終得出較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.1 水均衡法評(píng)價(jià)地下水

2.1.1 水均衡法原理

水均衡法的本質(zhì)是根據(jù)“地下水動(dòng)力平衡”原理來(lái)估算某一面積較大區(qū)域內(nèi)的地下水在某一段時(shí)期補(bǔ)給量和消耗量之間的變化關(guān)系，該評(píng)價(jià)法因?qū)Φ刭|(zhì)條件敏感度較低、計(jì)算簡(jiǎn)單方便、對(duì)水文資料要求低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。水均衡法的基本計(jì)算式如式(1)所示[3]：

ΔGW=GW補(bǔ)-GW耗

(1)

式中 ΔGW——地下水變化量；GW補(bǔ)——地下水總補(bǔ)給量；GW耗——地下水總消耗量。

2.1.2 區(qū)域地下水總補(bǔ)給量估算

a. 入滲系數(shù)的確定。本項(xiàng)目區(qū)地下水補(bǔ)給的主要來(lái)源為入滲補(bǔ)水，具體形式有大氣降水、徑流、水渠以及田間入滲。土壤類型直接決定了入滲系數(shù)α，因此通過(guò)對(duì)項(xiàng)目區(qū)大范圍土壤類型進(jìn)行分析，得出表1中各類土壤的入滲系數(shù)。而河流入滲系數(shù)P取值為0.60～0.80；渠系入滲系數(shù)γ取值為0.65～0.85；田間入滲系數(shù)β取值為0.10～0.45(具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量確定)[4]。

表1 項(xiàng)目區(qū)各類土壤的入滲系數(shù)α

b. 降水入滲補(bǔ)給量估算。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)內(nèi)7個(gè)氣象站(瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、米泉、阜康市、吉木薩爾、奇臺(tái)縣)統(tǒng)計(jì)的2004—2012年間平均降水?dāng)?shù)據(jù)，做降水量統(tǒng)計(jì)圖(見(jiàn)圖1、圖2)。綜合統(tǒng)計(jì)圖可知：第六師區(qū)域多年平均降水量為110～180mm，結(jié)合各地土壤入滲系數(shù)可按照式(2)對(duì)項(xiàng)目區(qū)降水總?cè)霛B量Q1估算，最后得Q1=32472萬(wàn)m3。

Q1=Shα

(2)

式中S——項(xiàng)目區(qū)總面積，m2；h——項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量，m。

圖1 瑪納斯縣氣象站降水量統(tǒng)計(jì)

圖2 昌吉市氣象站降水量統(tǒng)計(jì)

c. 徑流入滲補(bǔ)給量估算。徑流入滲補(bǔ)給量Q2與河流入滲系數(shù)K、水利坡度I、含水層厚度H、河道寬度B直接相關(guān)，計(jì)算公式見(jiàn)式(3)[5]。經(jīng)計(jì)算第六師項(xiàng)目區(qū)內(nèi)徑流總?cè)霛B補(bǔ)給量約為5510萬(wàn)m3。

Q2=365KIHB

(3)

d. 田間、渠系補(bǔ)給量估算 。第六師項(xiàng)目區(qū)下轄8個(gè)灌區(qū)(5大、2中、1小)，總灌溉面積258.08萬(wàn)畝。干渠總長(zhǎng)816.92km，未防滲長(zhǎng)度167.33km；支渠總長(zhǎng)1342.56km，未防滲長(zhǎng)度361.56km；斗渠總長(zhǎng)2484.88km，未防滲長(zhǎng)度1615.17km；農(nóng)渠總長(zhǎng)670km，基本未防滲。以灌區(qū)為單位，按照式(3)分別計(jì)算田間、渠系地下水補(bǔ)給量Q3，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。最終得出項(xiàng)目區(qū)內(nèi)田間灌溉入滲量為9398萬(wàn)m3，渠系入滲量為11416萬(wàn)m3。

Q3=Qγβ

(4)

式中Q—— 年平均灌溉用水量，m3。

表2 第六師田間、渠系地下水補(bǔ)給量估算(部分)

2.1.3 項(xiàng)目區(qū)地下水總消耗量計(jì)算

地下水消耗主要途徑為人工開采和潛水蒸發(fā)，其中項(xiàng)目區(qū)人工開采量可根據(jù)灌溉、生活等用水量估算，得出Q開采=37932萬(wàn)m3；潛水蒸發(fā)與覆巖巖性、潛水埋深、植被發(fā)育等有關(guān)，該項(xiàng)目區(qū)潛水蒸發(fā)系數(shù)見(jiàn)表3[6]。經(jīng)計(jì)算Q蒸發(fā)=3326萬(wàn)m3。

表3 潛水蒸發(fā)系數(shù)

通過(guò)分別計(jì)算地下水補(bǔ)給量和消耗量，確定第六師地下水資源量穩(wěn)定在70116萬(wàn)m3。根據(jù)開采系數(shù)0.5計(jì)算，確定項(xiàng)目區(qū)地下水可開采量為35058萬(wàn)m3，目前年均超采量約為2874萬(wàn)m3。

2.2 數(shù)值模擬法評(píng)價(jià)地下水

a. 邊界確定。設(shè)定項(xiàng)目區(qū)東部邊界為北塔山，西部邊界為瑪納斯河流域，南部邊界為天山山脈，北部邊界位于古爾班通古特沙漠邊緣(見(jiàn)圖3)，各邊界補(bǔ)給或排泄量根據(jù)實(shí)地考察和WMS分布式水文模型耦合進(jìn)行確定。

圖3 項(xiàng)目區(qū)邊界確定(藍(lán)色為補(bǔ)給邊界，紅色為排泄邊界)

b. 地下水位模擬。按比例從項(xiàng)目區(qū)抽取237眼有代表性機(jī)井并編號(hào)，將模擬結(jié)果和實(shí)際觀測(cè)水位進(jìn)行比較(見(jiàn)圖4)。本項(xiàng)目模擬率定期確定為2004—2012年，由圖4可知模擬數(shù)值和實(shí)際觀測(cè)值走勢(shì)基本吻合，誤差在5%以內(nèi)，滿足要求。

圖4 地下水位模擬值和實(shí)際值比較(15號(hào)機(jī)井)

c. 地下水資源評(píng)價(jià)。地下水模型數(shù)值模擬表明第六師項(xiàng)目區(qū)多年平均地下水總補(bǔ)給量為76445萬(wàn)m3，總排泄量為74249萬(wàn)m3，地下水資源可開采量為36277m3，和水均衡法相差1219萬(wàn)m3，兩者相差3.3%，精度滿足要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)利用水均衡法和數(shù)值模擬法對(duì)第六師項(xiàng)目區(qū)地下水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出該區(qū)域地下水資源可開采量約36000萬(wàn)m3，而目前實(shí)際開采量約為38000萬(wàn)m3，年均超采2000萬(wàn)m3。在短期內(nèi)該項(xiàng)目區(qū)不會(huì)出現(xiàn)地下水資源缺乏問(wèn)題，但目前必須要大力發(fā)展諸如節(jié)水灌溉、整修水利工程等，以此壓縮水資源開采量。

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