烏魯木齊水資源合理配置的地下水開發利用

古麗孜巴·艾尼

（新疆維吾爾自治區水資源中心,新疆 烏魯木齊 830001）

1 區域概況

新疆烏魯木齊地區地勢為西北高、東南低,整體呈現傾斜趨勢,區域總面積為25.7×104hm2,其中耕地面積為4.2×104hm2,境內徑流開都河、黃水溝水系；2018 年區域平原灌溉區地下水開采量為6.8×107m3,包括農業灌溉水開采4.4×107m3、生產生活用水開采2.4×107m3。區域水文地質主要為砂礫石,61%面積地下水埋藏深度為1 m～3 m；區域內大面積土壤存在次生鹽漬化的情況；區域仍在使用的斗渠、農渠數量較少,因此對灌溉水的排泄造成一定的影響,導致土壤次生鹽漬化的加劇。烏魯木齊市是一個資源型缺水的城市,多年平均降水量在256 mm,而年蒸發量在2800 mm以上。烏魯木齊市地表水資源主要產于兩大山區,其中南山山區年產水量5.27×108m3,占全市總產水量的52.4%,東部博格達山山區年產水量4.18×108m3,占全市總產水量的41.6%,南山礦區的阿拉溝行政區內也有少量產水,年產水量0.61×108m3,占全市總產水量的6%。

2 供需水預測及水量平衡分析

本文以2018 年作為基準,分別制定2025 年及2030 年為中、長期規劃年,針對區域中各需水部門使用指標定額法進行供需水量平衡的預測分析。

2.1 區域需水量預測分析

根據區域中的實際情況將需水部門劃分為生活、生產、生態需水,并以本區域統計年鑒數據作為基礎、以中長期發展規劃作為需求,對農業畜牧業、種植業結構以及灌溉制度進行合理的調整以及預測。

由表1可以發現2018 年～2030 年該區域的經濟以及總需水量呈現增長趨勢,隨著區域內人口的增長,生活需水呈增長趨勢。通過對區域中長期進行農業種植產業結構以及灌溉模式的調整,農業需水比例由2018 年的86.0%分別下降到80.4%（2025 年）、63.8%（2030 年）；生產用水比例由2018 年的7.9%分別上升到13.5%（2025年）、27.6%（2030 年）；生態用水比例由2018 年的4.9%變化為4.4%（2025 年）、6.6%（2030 年）

表1 區域總需水量預測數值以及基準年、規劃年需水比例

2.2 區域供水分析

根據區域內水文氣象站開都河、黃水溝兩大徑流資料（1961年～1970年）計算出年均流量頻率,并分別計算P=50%、P=75%時設計洪水的偏差系數CV及變差系數CS：開都河CV=0.15/0.15、CS=2.07/2.08；黃水溝CV=0.27/0.27、CS=0.58/0.43。利用同倍比法進行典型年月流量的分析可獲取到區域月徑流量分配結果（表2）。

表2 年徑流量分配情況

2.3 區域水量平衡分析

根據區域內基準年以及規劃年的水資源供需平衡情況（如表3所示）,分別以50%、75%來水頻率分析區域在不考慮水質條件下的缺水情況：區域在平水年及枯水年均存在缺水的情況,并且呈上升趨勢,缺水月份為4月～8月,2018年、2025年的缺水頻率低于10%（輕度缺水）,而隨著經濟的發展到達遠期規劃年后缺水的情況將會變得較為嚴重,因此針對地下水的開采應采用科學、合理的方式。

表3 區域供需水量平衡分析

3 水資源均衡及可開采量分析

3.1 地下水資源均衡

3.1.1 地下水補給分析

（1）降水入滲補給量Q降水計算方式為：

式中：表示計算區域降水入滲補給系數；P表示計算區域有效降水量,mm；F表示計算區域面積,km2。

（2）渠系滲漏補給量Q渠系計算方式為：

式中：γ'表示滲漏修正系數；γ''表示渠系防滲修正系數；n干支表示干支渠渠系有效利用系數；Q渠首引表示渠首引水量,m3。

（3）渠灌田間入滲補給量Q渠灌計算方式為：

式中：Q渠灌表示田間水入滲補給量,m3；β表示渠灌田間的入滲補給系數；Q渠田表示渠灌水進入田間的水量,m3。

（4）庫塘滲漏補給量Q庫補計算方式為：

式中：K表示庫塘剖面位置河道滲透系數,m/d；A'表示單位長度垂直于地下水流向的剖面面積,m2/m；L表示河道剖面距區域的有效距離,m；T表示河段過水時間,d；J表示水力比降。

3.1.2 地下水排泄

（1）潛水蒸發量Q蒸發計算方式為：

式中：Q0表示水面蒸發量,mm；C表示裸地條件下潛水蒸發系數；K'表示植被狀況修正系數。

（2）人工實際開采量Q開采按照區域多年淺層的實際開采量18552×104m3。

由公式（7）～式（11）進行水均衡方程中得到：

利用公式（6）可得到區域中平水年（P=50%）、較枯年（P=75%）的地下水均衡參數（表4）。

表4 地下水量均衡參數

由表4可知,研究區域地下水總補給量高于總排泄量,其差值便為地下水儲存量,多年地下水量趨勢較為平衡。

3.2 地下水可開采量

根據上述對研究區域規劃年的需水分析顯示,通過采用調整農業作物種植結構、種植模式等方式可降低農業需水,但經濟的發展勢必造成工業需水的增加,因此,地下水的開采需能夠滿足生產、生活的需求。研究區域地下水開采及超采情況見表5。

表5 地下水開采量及超采情況分析

由表5可知,研究區域2025年的缺水量均在可開采范圍內,而2030年在P=75%的情況下無法滿足需水量,將會發生超采,因此需要針對此情況提出合理的方案。

4 結語

根據研究區域實際情況以及上述分析出發,并采用“以需養供”的方式為原則,設置區域缺水月為4月～8月,由區域中平均潛水埋深可得到可調節地下水位變幅為1.2 m～2.0 m,結合式（12）獲取區域年均的地下水開采量范圍在2.47×108m3～2.47×108m3。以區域生活、生態需水比的增長情況制定出地下水持續開采方案（表6）。

表6 研究區域地下水持續開采方案

上述方案中隨著開采量的增加,潛水的埋藏深度將逐漸增加,其中潛水埋藏深度低于3 m的面積將隨著開采的實施逐漸減少,而埋藏深度3 m～5 m以及大于10 m的面積逐漸擴大；由數據顯示方案二～方案四中隨著開采量增加而埋藏深度降低的情況均低于方案一,并且均低于3.2 m防治土壤鹽堿化的生態水位上限,但方案二水位變幅最小,可滿足地下水采補基本平衡和需水要求的基礎上保證開采量最小,因此,方案二為最佳方案。