新疆吉木萨尔县红旗农场地下水开发利用浅析

2012-09-05杨奎生魏守忠

地下水 2012年3期

杨奎生，魏守忠

(1.新疆吐鲁番水文水资源勘测局，新疆吐鲁番 838000;2.新疆水文水资源局三工河流域地下水环境监测站，新疆阜康 831505;3.新疆兵团222团地下水综合试验站，新疆阜康 831505)

杨奎生1，魏守忠2，3

红旗农场处于流域下游，水资源贫乏。其水资源量利用在流域上游地表水引用量逐年增多造成下游来水逐年减少的趋势下，地下水已成为主要的灌溉水源。由此近年来，区内地下水埋深呈下降趋势，通过对红旗农场水源地地下水开采量和年末地下水埋深的分析得出，农场水源地具有地下水库的调蓄作用，其年末地下水埋深恢复保持在2.5 m作为地下水利用的控制指标具有合理性，这对红旗农场合理利用地下水资源极为重要。

红旗农场水源地;年末地下水埋深;地下水埋深恢复;地下水利用

红旗农场处于吉木萨尔县流域下游，北接准噶尔沙漠，水资源极为紧缺。农场水源利用主要靠水库拦蓄地表水源和开采地下水为主，水量主要用于农业灌溉，现状农场水资源供需矛盾较为突出。随着上游各业用水量的增加，水库工程的兴建，地表水下泄水量逐年减少，2007年引水量为3 479×104m3，较多年平均引水量3 992×104m3减少513×104m3，减少幅度12.8%;红旗农场地表来水的减少增大了对地下水的开采，2007年全场开采地下水量4 776×104m3，较多年平均开采量2 970×104m3增加1 806×104m3，增加幅度60.8%。从中可以看出，地下水已成为农场的主要水源，区内地下水可持续开发利用对红旗农场发展极为重要。

1 区域概况

红旗农场地处天山北麓，准噶尔盆地东南缘的山前冲洪积平原的中下部。场区地形南高北低，自东南向西北倾斜，区内海拔高程 560～620 m，地面自然坡降为 0.15‰ ～0.48‰，平均坡降为0.33‰。受地质构造运动和流水冲刷切割作用的影响，场区微地形发育，形成较为明显的沟槽洼地和高地相间的地貌，并在一、三、四场的黄土梁和农场北部分布有风成沙丘地貌。团场土壤主要类型为草甸土、盐土及风沙土。区内土壤结构良好，土层深厚、土壤肥力较高。耕层土壤质地以壤土为主，现红旗农场耕地面积16万亩左右，是一个中型农牧团场。

红旗农场为典型的大陆性气候，年平均气温为6.6℃，年均降水量为160.2 mm，年均蒸发量为1 921.7 mm，干旱指数12.0，是一个水资源极为紧缺的干旱地区。

2 区域水文地质条件

吉木萨尔县地下水补给源主要是发源于南部天山的河流水系。全县10条河流和山泉径流量多年平均值为3.5亿m3。河流、山泉水在出山口后沿山前冲洪积扇大量渗漏补给地下水，同时又在上游灌溉渗漏等补给条件下，流域上游形成的地下水沿地形坡降向北西下游流动，成为细土平原区承压水的主要补给水源。

红旗农场地处流域潜水溢出带下缘，含水层为多层结构，构成承压水分布区和地下水排泄区。由南向北含水层岩性颗粒逐渐变小;四分场、一分场南部下新湖槽子地区，含水层岩性以粗砂砾石为主，地下水矿化度小于0.5 g/L，单位涌水量大于3 L/s·m;三场槽子、大坑沿槽子及一分场区域，含水层岩性以中粗砂为主，地下水矿化度小于0.5 g/L，单位涌水量为2～3 L/s·m之间;大坑沿槽子两边及二分场营盘梁地区，含水层岩性以细砂为主，地下水矿化度在0.5～1 g/L之间，单位涌水量在1～2 L/s·m;三场及五场湖沿沙漠一线，含水层岩性以粉砂为主，地下水矿化度在＞1 g/L之间，单位涌水量小于1 L/s·m。通过水文地质勘查，红旗农场有三个良好的地下水开采区，大坑沿槽子(三场东碱梁)开采区、三场槽子开采区和下新湖槽子开采区。红旗农场集中水源地布置于此，据资料统计，红旗农场水源地占全场地下水总开采量的81%。

3 水源地地下水动态特征

红旗农场地下水动态类型为人工开采型［1］。每年3月底随农业灌溉机井开采量的逐渐增加，地下水埋深逐渐增大;至8月底灌溉高峰期，地下水埋深达到最大值;8月份以后，随着作物灌溉用水量的减少，机井开采强度减弱，地下水开始缓慢回升，至翌年的3月份水位恢复到最高值，地下水年变幅为6 m左右。

4 地下水开采量与埋深关系分析

众所周知，地下水开采量与地下水埋深关系是衡量水源地可持续性开发利用的一个重要定量指标。依据地下水均衡原理，水源地水位变化是在一定地下水资源储量(水位)基础上开采与补给的均衡变化，利用水源地开采量、地下水埋深系列数据拟合得到开采量与埋深函数关系为线性函数Q(Ms)=2 532.8Ms－3 178.4;式中:Q 为水源地年开采量(104m3);Ms为水源地年末地下水埋深(m)。

拟合水源地函数相关系数r=0.73，样本容量n=20，在a=0.01水平上显著，线性函数检验高度相关。线性函数其物理意义为水源地年末保持不同稳定埋深，年末埋深每下降(上升)1 m，其开采量则会增加(减小)2 532.8×104m3。函数方程系数可理解为水源地年单位降深地下水开采量。即为q=2 532.8×104m3/m·a。它是水源地开采地下水时其含水层的年补给能力，是评估水源地开采量能力的一个重要指标。

图1 红旗农场水源地开采流量与年末埋深关系拟合图

红旗农场处于流域下游，地下水具有向下游汇流作用。区内为承压含水层，机井开采地下水位的变化是压力传导，影响范围相对较大，有相对较大的开采和补给空间。区内开采地下水主要为农业灌溉，在11月至翌年3月为机井停抽期间，地下水位开始恢复，从这点看，红旗农场地下水含水层具有较好的调蓄功能［2］，具有地下水库的调节作用。

水源地地下水可持续开发利用的基础是水源地地下水埋深的稳定性。从水源地开采历史上看(图2)，红旗农场水源地2000年～2007年开采量相对较大，平均为4 027.6×104m3，期间年末平均地下水埋深2.54 m，年末地下水埋深由2000年的1.98 m下降到2007年的3.04 m，年末地下水埋深处于下降趋势，因此必须保持红旗农场年末地下水埋深的稳定性，从水源地多年动态分析看，水源地机井停抽期间的年末地下水埋深(相当于地下水库的水位)应上升恢复到2.5 m时，才可保证来年有满足开采的地下水量，由此，红旗农场水源地合理的开采量为Q(2.5)=3 154×104m3。

5 干旱区地下水资源合理开发利用功效

水资源是联系生态系统之间的关键和限制因子，人类开发利用水资源，必然改变水资源的时空分布，从而使生态环境发生相应变化。红旗农场处于河流的中下游，水资源极为紧缺，其水源地多年地下水开发利用在一定程度上夺取了潜水溢出带的无效蒸发，同时增大了水源地的侧向补给，水源地功效极大的显现出来。开发利用水源地使水资源的蒸发消耗从溢出带转移到下游灌区，水资源在农田蒸发消耗提高了水的利用价值，同时也孕育了周边的野生植被，扩大了绿洲面积。有限的水资源对社会经济发展的承载力大大提高，生态环境经历了平衡—失调—改善—重新平衡的过程。地下水开发虽使地下水位有所下降，但造就了下游灌区较大面积的新绿洲，在社会发展和局部生态环境二者之间，人工绿洲的功效大于潜水溢出带处的高水位功效。开发实践表明，以红旗农场年末地下水埋深恢复保持在2.5 m作为地下水利用的控制指标是合理的。