吐鲁番市木头沟地下水资源补给量分析

沙巴提亚·艾合拜尔

（新疆吐鲁番水文勘测局，新疆 吐鲁番 838000）

1 吐鲁番市泉水成因及分布

吐鲁番市位于新疆维吾尔自治区中部，年平均降水量仅有16.4 mm，而蒸发量则高达3000 mm 以上，故有“火洲”“风库”之称。境内水资源形成区主要在天山各河流出山口以上中高山区地段，以冰雪为主。山外主要以地下泉水使用为主。根据泉水的补给来源及成因，吐鲁番市的泉水属下降泉。

吐鲁番市泉水是来自山区地表水转化为盆地地下水后，在地势因素影响下，沿着北部盆地由北向南流动，被不透水体的火焰山所阻隔，由此沿着火焰山的北缘溢出地表形成泉。吐鲁番市泉水主要分布在火焰山- 盐山的北缘（溢泉），其次是沿着山区和平原交界地带七泉湖镇地区（侵蚀泉）。吐鲁番市泉水出露点均在地表径流深等值线25 mm 以下区域，其中木头沟泉水水源地属于5 mm 以下，可视为平原泉水。七泉湖镇的一条泉水分布在黑沟流域中，其它泉水基本分布在胜金乡。

2 木头沟多年平均地下水资源量分析

木头沟水源地位于黑沟流域下游灌溉区域，主要来源于黑沟流域暴雨洪流入渗补给量、河谷潜流量、河流渗漏补给量、山前侧向补给、煤窑沟和黑沟渠系渗漏、田间入渗、库塘渗漏补给量、井灌回归、降水入渗补给量等。

2.1 泉水监测

从2016 年1 月起，吐鲁番水文局对木头沟泉水水量实行实时监测，监测方式为流速仪法，每月2～3 次，其中木头沟泉水24 份，其他的在黑沟干渠上下游施测。日平均水量用连实测流量过程线法推流，其木头沟泉水日平均流量见表1。经整编审查木头沟水源地1 月～7 月泉水总量为0.1070×108m3。

表1 木头沟水资源地泉水逐日平均流量表单位：108 m3

2.2 木头沟泉水多年平均水量的确定

（1）长短系列订正法

用2016 年1 月～7 月实测水量估算：黑沟临近河流煤窑沟2016 年1 月～7 月水量实况来分析，该站1 月～7 月份多年月总水量（1957 年～2015 年）占多年平均年总水量的60%，2016年1 月～7 月份多月总水量占多年平均（1957 年～2015 年）年总水量的75.4%，说明煤窑沟河2016 年1 月～7 月份是偏丰月，也可确定木头沟水源地1 月～7 月份也是属于偏丰月。

综合以上分析，木头沟水源地在无任何资料论证多年平均水量情况下，只能采用煤窑沟站1 月～7 月多年平均月总水量与多年平均年总水量比例的60%，来估算木头沟水源地泉水多年平均年总水量，其多年平均泉水总量为1500×104m3。

（2）前人报告地下水资源量成果

根据2012 年2 月完成的《新疆吐鲁番市地下水资源评价》报告，可以确定黑沟流域地下水资源量。现状年黑沟流域地下水资源量为1714×104m3，地下水总补给量2553×104m3，地下水总排泄量3471×104m3，其中地下水开采量为3453×104m3（井水、泉水、坎儿井），其中井水开采量为1937×104m3。地下水总排泄量大于总补给量918×104m3，地下水为负均衡。黑沟流域分区平原区地下水补、排量及地下水资源量见表2。

通过计算，现状年黑沟流域地下水可开采量2400×104m3，其中坎尔井60×104m3，泉水出流量1456×104m3，机电井可开采量1937×104m3，地下水超采918×104m3。地下水开采量与补给量的比值称之为开采系数，黑沟流域地下水开发利用系数为0.94。地下水动态处于持续的下降状态，显然可以得出流域内地下水处于超采状态。

表2 黑沟流域分区平原区地下水补、排量及地下水资源量汇总表 单位：104 m3

（3）木头沟泉水多年平均水量的论证

通过上述的长短系列订正法计算和《新疆吐鲁番市地下水资源评价》中的计算成果，两种成果相差3453×104m3-1500×104m3=1953×104m3，由于木头沟泉水主要来源是黑沟河流域，加之木头沟泉水实测资料（每月测2～3 次，精度较可靠）与煤窑沟长短系列订正法估算多年平均水量符合规范要求，其多年平均水量1500×104m3。

3 黑沟水库建设后木头沟水源地多年平均地下水资源量计算

黑沟山区是平原区地下水的形成区。按地下水资源评价规范的要求和《新疆吐鲁番—哈密盆地地下水勘查》总报告，黑沟山区沟口如修建水库和截潜工程，河谷潜流量大都转化为地表水，不补给地下水，所以不考虑沟谷潜流量。木头沟水源地水量地下水补给来源有渠系渗漏、渠灌田间入渗、库塘渗漏、井灌回归、侧向补给量补给量等。

3.1 渠系渗漏补给量

本次只计算干、支两级渠道的渗漏补给量。计算公式为：

式中：Q渠渗为渠系渗漏补给量，108m3/a；m 为渠系渗漏补给系数；Q渠引为渠首引水量，108m3/a；η 为渠系的综合利用系数；γ′为渠系防渗修正系数；γ 为渠道渗漏修正系数。

由于黑沟干、支渠多分布于戈壁滩上，地下水埋深大于6 m，岩性为砂砾石，渠系渗漏修正系数取值0.55；干支渠衬砌形式多为干砌灌浆，渠系防渗修正系数取值为0.9，经计算，黑沟流域平原区渠系渗漏补给量为22×104m3/a。

3.2 渠灌田间入渗补给量

田间水的入渗补给量按下式计算：

式中：Q田渗为渠灌田间入渗补给量，108m3/a；β 渠为渠灌田间入渗补给系数；γ 为修正系数。

渠灌田间包括了斗农渠在输水过程中对地下水的渗漏补给量及田间灌溉对地下水的入渗补给量两部分。其中，斗农渠渗漏补给量的计算方法与干支渠一致，斗农渠的渠首引水量为支渠渠首引水量与支渠有效利用系数的乘积。从吐鲁番地下水埋深图中可知：细土带地下水埋深多大于6 m，岩性为砂性土、砂砾石，因此斗农渠渠系渗漏修正系数取值为0.55；斗农渠衬砌形式为浆砌卵石，渠系防渗修正系数取值为0.85；根据吐鲁番市的渠系有效利用系数0.58 和干支渠系的有效利用系数，反算出斗农渠的有效利用系数；参照《鄯善县超采报告》以及《新疆维吾尔自治区吐鲁番水资源综合评价报告》中的成果，确定β 取值0.2。据此计算出黑沟流域斗农渠的渗漏补给系数为0.15。经计算，黑沟流域渠灌田间入渗补给量为69×104m3/a。

3.3 库塘渗漏补给量

参考《新疆地下水资源》，并结合当地水库、塘坝修建处的地层岩性，确定本次中型水库、小型水库和塘坝的库塘渗漏系数分别按0.2、0.3、0.4 取值。规划建的黑沟水库设计库容900×104m3/a，兴利库容600×104m3/a。据《吐鲁番地下水资源评价》报告，吐鲁番盆地库塘渗漏系数取值在0.2～0.3 之间，其中红山水库为0.2，其他水库都取为0.3，为此，黑沟水库（规划水库）属于山区小型水库，其渗漏系数取0.3 较为合理，经计算，黑沟水库建成后库塘渗漏补给量为180×104m3/a。

3.4 井灌回归补给量

井灌回归补给量是指抽取地下水灌溉后经过包气带入渗补给地下水的量，包括机电井水、坎儿井水、自流井水以及泉水的入渗回归补给。

1）机电井回归渗漏补给量

根据《新疆吐鲁番—哈密盆地地下水勘查吐鲁番盆地地表水资源评价》报告中，依据水资源的归属按行政界限划分七泉湖镇、胜金乡分区面积分别为329 km2、597 km2，机电井回归补给量分别为0.127×104m3、690×104m3。为了计算黑沟流域井管回归补给量，根据流域中各乡镇绿洲面积，用面积比拟法估算黑沟流域机井回归渗漏补给量为0.0116×104m3和154.874×104m3，黑沟流域机电井回归补给量为154.886×104m3。

2）坎儿井回归渗漏补给量

根据《新疆吐鲁番—哈密盆地地下水勘查吐鲁番盆地地表水资源评价》报告，胜金乡坎儿井开采量有0.015×108m3，坎儿井回归补给量为0.004×108m3，同样，用面积比拟法估算黑沟流域坎儿井回归渗漏补给量为48.978×104m3。

3）自流井回归渗漏补给量

根据《新疆吐鲁番—哈密盆地地下水勘查吐鲁番盆地地表水资源评价》报告，胜金乡自流井开采量有1146×104m3，自流井回归补给量为300×104m3，与坎儿井回归渗漏补给量同样原理，估算黑沟流域自流井回归渗漏补给量为367.34×104m3。

4）泉水回归渗漏补给量

由于胜金乡泉水水量及补给量很小可忽略不计。根据以上分析估算，黑沟流域机电井渗漏回归补给量有522.226×104m3。

3.5 侧向流入量

依据地下水系统的概念，根据地下水的流场可知，地下水由北向南径流，在两个亚系统之间存在侧向流入量，包括盐山—火焰山缺口的侧向流入量和火焰山的胜金口形成的沟谷潜流量，经计算，得胜金口的侧向流入量为3.0×104m3/a。

3.6 降水入渗补给量

据前面的分析结果，吐鲁番盆地平原区现状年次降水量在10 mm 以下，降水强度极弱，而蒸发量极大，故降水对地下水的入渗补给在此忽略不计。

3.7 地下水总补给量

将木头沟黑沟水库建成后各个均衡项进行统计：木头沟水源地地下水总补给量为845.204×104m3/a。

4 结语

吐鲁番市属于典型的大陆性暖温带荒漠气候，水资源主要依靠山区渗下的泉水。根据泉水分布情况，重点分析水源地木头沟地下水资源情况。通过设立监测站点获得的监测数据和以前的相关论证报告，论证出木头沟多年平均水量为1500×104m3。黑沟水库建设后，木头沟的地下水资源得到了改变，按照木头沟地下水补给来源从6 个方面进行均衡计算，得出木头沟水源地地下水总补给量为845.204×104m3/a，为当地社会经济发展用水提供参考。