新疆托克逊县麻黄草种植基地地下水资源开发利用现状与评价分析

骆云才

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)



新疆托克逊县麻黄草种植基地地下水资源开发利用现状与评价分析

骆云才

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

本文选取新疆托克逊县麻黄草种植基地水源地作为研究对象，对研究区内区域水文地质条件进行了详细分析，并对项目区水资源开发利用现状及存在问题进行分析，采用水均衡法计算该供水水源地地下水资源量。结果表明：通过对地下水资源均衡计算，均衡区地下水补给量为2 572×104m3/a，排泄量为2 510×104m3/a；均衡差绝对值为62×104m3/a，相对均衡差2.4%，符合均衡计算要求；此外，应用可开采系数法计算了该水源地的地下水储存量为和可开采量，计算结果分别为386×104m3。通过对该水源地地下水资源的评价和分析，为该基地地下水资源的可持续开发利用提供了理论依据和科学评价。

地下水资源；水文地质条件；水均衡法；种植基地

麻黄草是多年生常绿灌木，广泛分布于我国西北各省和内蒙古自治区。由于草根系发达，有较浅的固沙作用，而且具有耐旱、耐寒、耐贫瘠的特点。新疆绿洋科技开发有限公司拟在吐鲁番地区托克逊县库米什镇开发三万亩麻黄草种植基地。为了解决三万亩麻黄草种植基地拟建水源地建设的供水问题，在以往研究成果的基础上，利用水均衡法对该水源地地下水资源进行了评价研究，进而为保障新疆托克逊县库米什镇项目区三万亩麻黄草种植基地合理用水要求以及防止建设项目开发用水对水资源及水环境生态环境产生不利影响提供理论依据和科学评价。

1 研究区水文地质条件

项目区处于库米什洼地，地下水的补给、径流、排泄条件受地质构造、地形地貌、气候水文以及地层岩性的控制。

1.1 地下水赋存条件及分布规律

项目区分布在库米什洼地，第四纪地层具多元性，地下水含水层类型主要为潜水含水层和承压水含水层两种，东部可见承压含水层组。据已有钻孔地层资料，项目区含水层类型和结构在150 m深度内，主要为潜水含水层、承压水含水层双层结构。

1.1.1 潜水含水层特征

潜水含水层埋藏深度大于30 m，分布于麻黄草基地西北部，其潜水含水层岩性主要为砂砾石层，含水层厚度较厚，一般在50～100 m之间。潜水含水层渗透系数18～100 m/d，单井涌水量1 000～3 000 m3/d，单位涌水量为6～20 L/s·m，矿化度小于1.0 g/L，属于潜水的补给径流区。

1.1.2 承压水含水层特征

项目区东部150 m深度内可见承压水含水岩组二层左右，第一层顶板埋深小于20 m，含水层岩性为粉细砂，富水性比较弱，由于处于洼地最低区域，地下水处于停滞状态，加之强烈蒸发作用的影响，潜水和浅层承压(自流)水矿化度较大，矿化度范围在1～2 g/L之间。

第二层顶板埋深52～134 m，含水层为中粗砂，隔水层厚度一般在5～19 m之间。下部深层承压水含水层主要为砂砾石、中粗砂夹有亚砂土，含水层渗透系数约在2.05～37 m/d，单井涌水量1 000～3 000 m3/d，矿化度小于1.0 g/L左右。

1.2 地下水补给、径流和排泄条件

库米什地区年降水量只有62.7 mm，而蒸发量为2 260 mm，为库米什洼地的36倍多。而且降水主要集中在气温最高的夏季。因此大气降水对平原区地下水的补给并没有实际的意义。库米什山区主要是西北部山区的降雨和融雪形成的暂时性地表洪流及其形成的基岩裂隙水和在较大沟谷中形成的地表径流和地下潜流是项目区地下水最主要的补给来源。洼地东部、东北部和西南部低山丘陵区，因降水量极其稀少，蒸发消耗又甚大，故对洼地平原区地下水的补给量也极其微弱，甚至无补给作用。因此，工作区西北部中高山区就构成了洼地平原区地下水的主要补给区，从而决定了区内地下水具有单向补给的特点，而区内地下水的主要流向也是自西北向东南径流。

2 水资源开发利用现状

2.1 地表水开发利用现状

项目区地表无大的常年地表水，只在项目区西北部山区乃仁开日沟和包尔图沟有常年沟谷型地表径流，但出山口后很快消失，其它还有暴雨形成的暂时洪流。

2.2 地下水开发利用现状

工作区地处库米什镇以西的荒漠戈壁，尚未进行地下水开发利用活动。库米什镇地下水现状开采主要为居民生活用水，根据外业调查成果资料统计，现有生活用水井3眼，年开采用水量约100万 m3。

由上述情况可以看出，库米什镇地区地下水开发利用程度不高，还有较大的开发潜力。

2.3 水资源开发利用中存在的主要问题

2.3.1 水资源在利用过程中易造成盐渍化

库米什镇地区大部分地区地表以下至10 m深度内，地层岩性为粉细砂夹薄层亚砂土，而较少见亚粘土，因此，土壤渗透性能比较好。但局部有轻微的盐渍化现象，如果在灌溉过程中，灌溉制度不合理，再加上蒸发强烈，易加重盐渍化现象。

2.3.2 影响库米什镇地下水开采利用利用

由于麻黄草种植基地项目建设场地位于库米什洼地地下水径流区上游，过量开采地下水将可能造成库米什镇地下水水位持续下降，从而影响居民生活用水的正常使用。

3 研究区地下水资源量评价

3.1 水均衡方程

通过对前人和本次调查资料的整理分析，采用均衡法计算工作区的地下水补给量。根据区内地下水的补排关系界定10#、36#勘探孔以以东山间盆地及其汇流区为均衡区，均衡面积1 770 km2，计算均衡周期为2004年1月～12月共计一年时间。

根据研究区内水文地质条件及调查研究结果，综合确定地下水均衡方程如式1所示：

Q补≈Q排

(1)

式中：Q补=Q沟潜+Q沟渗+Q洪+Q侧

Q排=Q流出

式中：Q补为地下水的补给量(m3/a)；Q排为地下水的排泄量(m3/a)；Q沟潜为沟谷地下水潜流量(m3/a)；Q沟渗为沟谷地表水渗漏补给量(m3/a)；Q洪为山前雨洪渗漏补给量(m3/a)；Q侧为山区对洼地、平原区的侧向补给量(m3/a)；Q流出为地下水流出量(m3/a)。

3.2 均衡要素计算

3.2.1 地下水补给量计算

1)沟谷地下水潜流补给量

根据本区具体条件，绝大部分沟谷由于第四系沉积物厚度很小，补给来源贫乏，不可能形成地下潜流，而能够形成地下潜流的沟谷只有乃仁开日沟、包尔图沟。

根据鲍尔图沟口物探剖面，通过该沟的地下水潜流量采用达西公式计算：

Q沟潜=KIBcpHep

(2)

式中：Q沟潜为地下水径流量(m3/d)；K为含水层渗透系数(引用61号井试验资料60 m/d)；I为水力坡度(采用包尔图沟口地面坡度0.25)；Bcp为平均水流断面宽度(根据物探剖面选取35 m)；Hep为平均含水层厚度(根据物探剖面选取13.8 m)；

将以上参数代入式2中，计算结果Q沟潜=60×0.25×35×13.8=7 245 m3/d。

根据水文地质条件，乃仁开日沟与包尔图沟基本相似，故采用相同的计算结果，因此两条沟地下水潜流合计为14 490 m3/d，即通过上述两条沟谷中的地下水潜流，每年补给洼地的天然资源量为529×104m3/a。

2)山区沟谷地表径流渗漏补给量

区内的包尔图沟和乃仁开日沟中为常年地表径流，流出山口后不足一公里就全部渗入山前平原中，这些应属垂直渗流补给量，采用如下公式计算：

Q沟渗=86.4×365 Q0c

(3)

式中：Q沟渗为地表径流渗流补给量(m3/d)；Q0为巡测地表水流量(包尔图沟为385 L/s，乃仁开日沟为200 L/s)； C为入渗补给系数(按山前小型河流入渗系数0.6～0.8分析，取值0.6)。

将以上参数代入式3中，计算结果如下：

包尔图沟：Q沟渗=86.4×365×385×0.6=728×104m3/a；

乃仁开日沟：Q沟渗=86.4×365×200×0.6=378×104m3/a。

合计为1 106×104m3/a，即为上述两条沟中地表径流的垂直渗漏量。

3)山区基岩裂隙水侧向补给量

Q侧=365KIBH

(4)

式中：Q侧为基岩裂隙水侧向补给量(m3/a)；K为含水层渗透系数(m/d)(据勘探资料取值20 m/d)；B为断面宽度(m)(图上量取计46 km)；H为含水层厚度(m)(据勘探资料取值17 m)；I为地下水水力坡度。

将以上参数代入式4中，计算结果：Q排=365×20×0.001 5×17×46 000=856×104m3/a。

4)山前暴雨洪流渗入补给量为

Q洪=365M Fβ

(5)

式中：Q洪位山前暴雨洪流入渗量(m3/a)；M为径流模数(m3/a·km2)，根据《新疆地表水》取值为13.71 m3/a·km2；β为渗入系数(干砂砾石取0.2)；F为山前暴雨洪流面积(km2)。

将以上参数代入式5中，计算结果：Q=365×13.71×0.2×805.6=81×104m3/a。

以上四项合计Q沟潜+Q沟渗+Q侧+Q洪=2 572×104m3/a。

表1 研究区地下水均衡计算结果表

3.2.2 地下水排泄量计算

取10号孔、36号孔断面进行计算地下水径流量。

Q流出=365KIBH

(6)

式中：Q流出为地下水的排泄量(m3/a)；K为含水层渗透系数(m/d)(根据10#、36#勘探资料取值44.09 m/d)；B为断面宽度(m)(图上量取计4 000 m)；H为含水层厚度(m)(考虑地下开采深度，以10#、36#为基础取平均厚度130 m)；I为地下水水力坡度。

将以上参数代入式6中，计算结果：Q排=365×44.09×0.003×4 000×130=2 510(104m3/a)。

3.3 均衡计算结果

根据上述计算：均衡区地下水补给量为2 572×104m3/a，排泄量为2 510×104m3/a；由于Q补(2 572)≈Q排(2 510)，均衡差绝对值为62×104m3/a，相对均衡差2.4%，符合均衡计算要求。具体计算结果见表1所示。

3.4 地下水可开采资源量计算

建设项目区地下水的可开采量采用开采系数法进行计算，开采系数的选取拟考虑以下两个因素：

(1)根据经济类比南疆地区的一些水源地：从区域生态环境方面考虑；采用数值法模拟的可开采量一般占补给量的20%～30%。

(2)均衡区在均衡计算中，将沟谷型的含水层断面厚度平均采用130 m，最大第四系厚度为250 m；而基地井开采设计深度为100 m，也就是说，100 m以下的地下水是开采不到的；

基于以上两点考虑，结合相似地区经验，其开采系数拟采用0.15为宜。据此种植基地下水可开采量为：

地下水可开采量计算表达式是：

Q开=Q补×0.15

(6)

式中：Q开为种植基地水源地可开采量(m3/a)；Q补为地下水补给总量(m3/a)。

经计算，麻黄草种植基地地下水可开采水资源量为386×104m3/a。

4 结语

(1)本文采用均衡法对该水源地地下水资源进行评价。通过对研究区内水文地质条件的综合分析，补给项为山区沟谷地下潜流补给量、山区沟谷地表径流渗漏补给量、山区基岩裂隙水侧向补给量以及山前暴雨洪流渗入补给量，通过计算得补给量为2 572×104m3；排泄项为地下水径流排泄量，计算得排泄量为2 510×104m3，均衡差值不大，补排基本平衡。

(2)为了保障新疆托克逊县库米什镇项目区三万亩麻黄草种植基地合理用水要求以及防止建设项目开发用水对水资源及水环境生态环境产生不利影响，采用可开采系数法计算了该水源地的地下水可开采量，计算结果为386×104m3。

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2017-02-17

骆云才(1981-)，男，甘肃张掖人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质勘查工作。

P641.8

B

1004-1184(2017)03-0044-03