青格達湖水源地地下水可開采量分析

孫 靜，雷曉云

(新疆農業大學 水利與土木工程學院，烏魯木齊 830001)

1 水源地概況

1.1 基本情況

青格達湖水源地地處準噶爾盆地東南的天山北坡，烏魯木齊河、三屯河和頭屯河沖積平原下游的潛水溢出帶，五家渠市猛進水庫南緣。青格達湖水源地1963年開始建設，1979年建成一定規模并運行。經過歷次更新改造，現有機井72眼，井深80～330 m，單井額定流量125～330 m3/h。其中，農用機井60眼，主要在場界溝和老干渠兩條機井匯流渠沿線分布，猛進水庫多年平均抽水量3 200×104m3左右。從2000年開始，又作為五家渠市生活供水水源，之前僅用于農業灌溉和土壤鹽堿化改良，現有8眼生活供水井，年設計供水能力990×104m3。青湖開發區生產生活井4眼，年設計供水能力550×104m3。水源地自建設以來，為猛進水庫的儲水、下游灌區的農業用水以及五家渠市和青湖經濟開發區的生活用水發揮了巨大的作用。

1.2 地下水補徑排條件

青格達湖水源地300 m深度內地下水的賦存以第四系孔隙水為特點，淺部為潛水含水層，中深部為承壓含水層。補給來源為上游地下水的側向流入，猛進水庫、各條引水渠系的滲漏補給，以及機井自流水、上游稻田地排水和農田灌溉水的入滲補給。潛水和承壓水的徑流均較通暢，且越靠近渠系，徑流條件越優。 排泄以人工開采為主，側向流出次之，還有蒸發蒸騰及冬季承壓自留井排泄的水量。

2 區域水資源利用情況

2.1 地表水

青格達湖水源地近10年平均過境地表水量為5 338×104m3/a。其中，烏魯木齊河水通過水源地西側的和平渠穿境而過，近10年平均引水量1 105×104m3。頭屯河水自水源地西北部穿越水源地入猛進水庫，水源主要是頭屯河水庫的排洪水、沖砂水及沿線的工業廢水，近10年平均引水量2 851×104m3。西延干渠水量自場界溝分水閘進入猛進水庫，主要作為抗旱補充水源，近10年平均引水809×104m3。老龍河水源主要是上游水磨河的冬閑水以及沿程的工業和生活廢水，2006年秋季，猛進水庫開展水環境治理，不再引老龍河水，只有當下游渠道超負荷運行時才短時引分洪水，近10年平均引水量616×104m3。

2.2 地下水

青格達湖水源地老干渠和場界溝兩條機井匯流渠近10年平均引水量分別為1 301×104和1 928×104m3。

3 地下水可開采量計算分析

3.1 水均衡法

3.1.1 水均衡計算

根據水源地機井多孔、單孔抽水試驗得到的孔深、井徑、含水層厚度、濾水管長度、動靜水位埋深、降深等數據，運用Aquifer Test軟件計算承壓含水層滲透系數K，計算結果見表1。潛水變幅度給水度、水庫入滲補給系數、渠系和河道水滲漏補給系數以及潛水蒸發系數等參數直接選取經驗值、推薦值或參照相關規范進行取值。

表1 青格達湖水源地含水層滲透系數計算結果 /m·d-1

采用青格達湖水源地2007～2016年近10年資料系列的均值，同時考慮地下水補給、排泄條件及地表水與地下水之間轉化關系的變化，結合選取的各參數取值，對青格達湖水源地地下水的補給量、排泄量進行均衡計算，結果見表2～表3。

表2 地下水補給量計算匯總表 /104 m3

表3 地下水排泄量計算匯總表 /104 m3·a-1

由以上結果可得：均衡差=補給量-排泄量=101×104m3/a。

3.1.2 水均衡分析

區域水均衡分析時,多年平均地下水補給量、排泄量和儲變量應滿足：

Q總補-Q總排±ΔW=X

(1)

式中：X為絕對均衡差，104m3/a；δ為相對均衡差。

經計算，承壓含水層多年儲變量△W為0.72×104m3/a。

則有：X=(101+0.72)×104m3/a≈102×104m3/a，δ=(102/7065)×104=1.4%，即|δ|≤10%。

計算結果說明地下水均衡計算精度滿足規范和細則要求。

3.1.3 地下水可開采量

從均衡計算可以看出，青格達湖水源地區域地下水補給量大于排泄量，說明地下水開采量合理，還有富余的水量。水源地地下水在開采的同時，每年都有部分潛水蒸發，由于潛水埋深較淺，致使水源地及周邊鹽漬化程度加劇，南側部分居民家中菜窖積水嚴重，經過冬季的恢復，每年2月初就有部分潛水溢出，應考慮將潛水蒸發量拿回。因此，水源地可開采量應為實際開采量+潛水蒸發量+均衡差=(4 785+285+101)×104m3/a=5 171×104m3/a。

3.2 動態分析法

根據青格達湖水源地1963～2016年的開采量資料和1977～2016年的長觀資料，對歷年開采量與年末水位埋深進行對比分析，總結不同時段年末水位埋深隨開采量及各種影響因素的變化規律，確定科學合理的可開采量。見圖1。

圖1 歷年開采量與水位變化過程圖

根據水位埋深變化趨勢，將圖1分為以下3個時段進行分析：第一時段1977～1986年，隨著開采量的增大，水位埋深呈明顯的下降狀態，最低值為24.13 m，對應的開采量為最大開采量8 050×104m3/a。第二時段1987～2000年，隨著開采量的減少，水位埋深也逐漸得到回升，2000年開采量降低至1 386×104m3/a時，水位埋深也回升到1.01 m。第三時段2001～2016年，開采量在1 000×104～6 000×104m3/a之間，平均為4 008×104m3/a，水位埋深在0.3～6.5 m之間，平均為2.5 m。41年全時段水源地平均開采量為4 140×104m3/a，水位埋深10 m。根據以上3個時段年開采量與水位埋深的關系分析，為了使地下水水位埋深維持在科學合理的范圍內，建議水源地年開采量保持在近16年的均值4 008×104m3/a以上。

對以上3個時段的年開采量和水位埋深進行回歸分析，得到第三時段的水位埋深隨年開采量的變化關系最密切，相關性良好，見圖2。

圖2 青格達湖水源地第三時段年開采量與水位埋深回歸分析圖

利用第三時段年開采量與水位埋深回歸方程，可反算出水源地水位埋深在5 m范圍內的開采量為5 437×104m3/a,10 m范圍內的開采量為7 778×104m3/a。根據前面的分析，水源地匯流渠有544×104m3/a的水量滲漏回歸,5 m范圍內的實際開采量為4 893×104m3/a。

4 結論與對策

4.1 結 論

1) 對青格達湖水源地進行水均衡計算分析，得到絕對均衡差與相對均衡差精度均滿足規范和細則要求，地下水可開采量為5 171×104m3/a。

2) 動態分析法計算得地下水可開采量為5 437×104m3/a。

3) 以上兩種方法得到的地下水可開采量基本一致。但地下水均衡是地下水動態的內在原因，地下水動態是地下水均衡的外在表現，不管哪種評價方法得出的地下水可開采量，必須要經受也能經受區域水均衡這個大準則的檢驗與約束，所以青格達湖水源地地下水可開采量推薦使用水均衡分析結果5 171×104m3/a。

4.2 青格達湖水源地地下水資源保護管理對策

1) 地下水資源保護。根據青格達湖水源地地下水開采情況與水質現狀，第六師政府應從水質和水量兩個方面對地下水資源進行保護。首先應加強水質保護，防止水土污染，定時定點處理各種垃圾,嚴格控制化肥、農藥的用量,工業、企事業及污水處理單位更應該自覺遵守排污標準，自覺保護生活環境。其次，地下水的開采應在保證生態環境不受破壞的前提下，在允許范圍內計劃開采。同時，第六師政府應大力推廣節水灌溉技術，發展循環農業，加大各級渠道的防滲襯砌及水利工程的維修養護，盡可能提高水的利用率，以最少的用水量滿足農業發展需要。

2) 在地下水資源管理方面，第六師水行政主管部門應建立健全地下水資源管理機構、建立完善水資源管理檔案體系和水資源監控系統、加強地下水動態監測，以青格達湖水源地地下水資源開發利用規劃為基礎，建立地下水資源開發利用的申報審批制度，并對開發利用的單位和個人照章收取水資源費。