新疆克州阿圖什機電井年度地下水開采量計算分析

張 云

(新疆維吾爾自治區克孜勒蘇水文勘測局，新疆 克孜勒蘇 845350)

1 區域概況

阿圖什市位于新疆維吾爾自治區西南部，地處塔里木盆地西緣，西南天山的西南部。全市總面積1.6萬km2。下轄6鄉1鎮2個街道辦事處。市境東與柯坪、巴楚縣接壤，東北與阿合奇縣為鄰，南與伽師、疏附縣和喀什市毗鄰，西與烏恰縣相連，北與吉爾吉斯斯坦相鄰。

阿圖什境內高山連綿，溝谷遍布，地勢由南向北逐漸升高。北部為中高山區，屬西南天山褶皺帶，南部屬塔里木盆地，中北部分布著哈拉峻盆地、吐古買提盆地及上阿圖什谷地等多個小型盆地。

根據地下水賦存條件、水動力特征、含水層結構及水理性質，將區內地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽類巖溶裂隙水及碎屑巖類裂隙孔隙水。據物探資料，該谷地內第四系厚度由南北兩側向中部、由西向東逐漸增大，由450 m 增大至850 m 。

2 地下水機電井統計

通過對阿圖什區域內所有機電井地理位置、抽水量及運行情況等各項信息的全面調查，本次共調查機電井500眼。共涉及阿圖什市6鄉1鎮，其中格達良鄉機電井數量最多為158眼，阿扎克鄉次之，共有機電井139眼。各鄉鎮基本情況見表1。

3 地下水可開采量計算

由于克州全境機電井大部分未安裝計量設施，無法依照機電井計量設施對阿圖什市全境地下水抽水量進行計算，僅依照調查各機電井用電量及抽水量對阿圖什市全境地下水開采量進行估算(因哈拉峻盆地是一個新生界封閉的斷陷盆地，為一獨立的水文地質單元，本次將哈拉峻鄉單獨列表計算)。

表1 阿圖什市機電井基本情況表 單位:眼

本次計算由于各機電井水泵額定流量與揚程無準確記錄，僅依照現場調查時附近村民敘述記載，為此，本次僅依照用電量與單位抽水量對各個鄉鎮及全市地下水抽水量進行估算。

3.1 各鄉鎮機電井用電量

本次收集阿圖什市2011年～2014年各鄉鎮機電井年度用電量，由于阿圖什市境內存在部分機電井共同用一個電表的情況，因此，阿圖什市機電井數量多于現有的電表編號數量，本處不再列入所有用電量數據，僅計算各鄉鎮機電井2011年～2014年總用電量數據作為計算之用，見表2。

表2 阿圖什市各鄉鎮機電井年度用電總量

續表2 哈拉峻鄉機電井年度用電量

3.2 各鄉鎮機電井平均水位埋深及平均流量計算

2014年阿圖什市地下水調查由于時間緊迫，全市機電井僅調查500眼，調查時由于部分機電井管理人員不在及其他特殊情況，僅對機電井進行定位，并詢問機電井所在村人員，對機電井有關情況進行記錄。因此，部分機電井水位及單位時間抽水量未能進行測量，此處僅將各鄉鎮機電井平均水位埋深、流量及水泵額定功率進行摘錄計算，見表3。

表3 阿圖什市機電井水位埋深、流量及水泵額定功率表

續表3 哈拉峻鄉機電井水位埋深、流量及水泵額定功率表

3.3 各鄉鎮機電井平均揚程

水泵揚程又稱為泵的壓頭，是指單位重量流體經泵所獲得的能量。泵的揚程大小取決于泵的結構(如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況、轉速等。根據阿圖什市地質條件及水位埋深等基本情況，阿圖什市水泵埋深一般比水位埋深大28 m～33 m，本次計算不考慮管道阻力及其他影響管道抽水量的因素，選擇水泵埋深比水位埋深大33 m作為阿圖什市水泵埋深，即水泵實際揚程。計算成果見表4。

表4 阿圖什市機電井平均實際水泵揚程表

續表4 哈拉峻鄉機電井平均實際水泵揚程表

3.4 阿圖什市機電井年度抽水量計算

依照能量守恒定律，機電井抽水時所消耗電能轉換為抽水量的重力勢能、動能及管道的摩擦力等，由于機電井抽水管道一般為鋼制管道，其摩擦力及影響管道抽水量的能量消耗較小，可以忽略不計，因此電能轉換為抽水量的重力勢能和動能[1]。依照重力勢能計算公式：

Ep=mgh

式中：m為單位時間內抽水量的質量，kg；g為重力系數，9.8 N/kg；h為水泵的實際揚程，m。

由表3可知，阿圖什市機電井平均水位埋深及平均流量，依照m=ρV及流量定義可計算抽水量的重力勢能，見表4。由電能基本單位度(kW·h)與能量(J)轉換關系可知：1 kW·h=3.6×106J。即3.6×106J生成需消耗電能1 kW·h。

表4 阿圖什市機電井實際揚程耗能表

續表4 哈拉峻鄉機電井實際揚程耗能表

依照水泵揚程與額定功率的一般規律，水泵最大揚程消耗功率一般不大于水泵額定功率的1.5倍～2.0倍，本次計算阿圖什市機電井揚程消耗功率為20.23 kW·h，由表3計算成果可知，水泵平均額定功率為20.92 kW·h，即水泵揚程功率與額定功率的比值為20.23/20.92=0.97，顯然不大于水泵揚程消耗功率與額定功率的極值。由以上可以確定，水泵額定功率所消耗電量占總電量的比值n=20.92/(20.23+20.92)=0.51，根據經驗及有關理論，有功功率占額定功率的80%，即僅有0.8n=0.8×0.51=0.408的耗能用于機電井水泵抽水。

由表2可知，阿圖什市機電井抽水量所消耗電量見表5。

表5 阿圖什市機電井抽水有功功率消耗電量

續表5 哈拉峻鄉機電井抽水有功功率消耗電量

年度抽水量為年度用電量與機電井平均有功功率的比值再乘以單位時間內出水量。由表3及表5可知年度用電量、機電井平均額定功率與平均流速，為此可計算年度抽水量，見表6。

表6 阿圖什市各鄉鎮機電井年度抽水量

續表6 哈拉峻鄉機電井年度抽水量

由表6可知，阿圖什市區周邊區域2011年～2014年度抽水量不斷增加，平均增幅達21.9%，即每年增加約693×104m3。以阿圖什市市區周邊區域可開采量18223×104m3計，則增幅占可開采量比例為3.8%。2014年開采量占可開采量的31%。

哈拉峻鄉2011年～2014年年度抽水量基本無大的變化，年均抽水量約908×104m3，可開采量為1500×104m3，年均抽水量占可開采量比例為60.5%。

4 結語

地下水開采會引起土壤次生鹽漬化及地下水水質污染等問題，對生態環境及居民生活造成嚴重影響。現狀開采條件情況下，由于各區域水資源分布及地質結構的差異性，無法準確估算阿圖什各區域開采量。應加強水資源的調控力度，確保缺水地區有水用，富余水地區不浪費。建議對每眼機電井安裝水量計量設施，并建立用水差異化定價制度，用以促進節水意識，同時依照水量計量設施，可精確計算本區域地下水開采量，進而可對現有的機電井布局進行重新規劃，從而達到高效用水的目的。