干旱区绿洲城市地下水超采区综合治理评估

2021-03-15雷米周金龙魏兴

人民黄河 2021年2期

雷米周金龙魏兴

摘要：为了解库尔勒市地下水超采区综合治理效果，采用层次分析法构建库尔勒市地下水超采区综合治理评价指标体系，同时采用回归模型对地下水水位、水量进行相关分析，结果表明：库尔勒市地下水超采区综合治理方案制定合理，综合治理效果基本达到要求;地下水水位回升区主要位于山前倾斜平原的沙依东园艺场、英下乡、库尔楚园艺场、上户镇、塔什店镇、兰干乡和恰尔巴格乡以及冲积平原的哈拉玉宫乡和普惠地区，影响地下水水位动态变化的主要因素为人类活动（地下水压采）和地质因素，水文因素对地下水水位影响存在一定滞后性。

关键词：地下水;超采区;综合治理;库尔勒市

Abstract：In order to understand the comprehensive control effect of groundwater over-exploitation areas in Korla City， the assessment system of groundwater over-exploitation areas was constructed by analytic hierarchy process. At the same time， the regression method was used to analyze the correlation of groundwater level and quantity. The results show that the comprehensive control plan of the groundwater over-exploitation areas is reasonable and the comprehensive control effect basically can meet the requirements. Rising areas of groundwater level are mainly located in piedmont sloping plain such as Shayidong Garden Spot， Yingxia Township， Kuerchu Garden Spot， Shanghu Township， Tashidian Township， Langan Township and Qiaerbage Township and it also includes Halayugong Township and Puhui Town in the alluvial plain. It is found that the main factors affecting groundwater dynamics are human activities （groundwater restricted mining） and geological factors， the depth of groundwater has lagged reaction to the effect of hydrologic factors.

Key words： groundwater; over-exploitation areas; comprehensive treatment; Korla City

近年来，在自然环境和人类活动双重因素影响下，区域地下水循环过程发生了显著变化[1-2]。如何保证地下水资源可持续利用、加强地下水超采区综合治理，是目前水资源管理面临的最严峻挑战[3]。治理成效是地下水超采区综合治理方案实施的结果，只有从治理效果中发现问题、总结经验、及时纠偏，才能更好地为地下水超采区综合治理方案的制定提供导向[4]。国内外学者关于地下水超采区治理效果的研究主要体现在水资源管理政策[5]、节水效果[6-7]等方面。

库尔勒市地处我国内陆干旱区，水资源极度匮乏，随着城市化进程的加快，地下水水位急劇下降。库尔勒市建成区从2014年被划定为禁采区后，到2016年地下水水位仍较2013年最大下降2.18 m。笔者通过构建库尔勒市地下水超采区综合治理评价指标体系，从水量、水位、水质等角度全面评估综合治理效果，识别影响地下水水位动态变化的主要因素，以期为干旱区绿洲城市地下水超采区综合治理评价提供参考。

1 研究区概况

库尔勒市位于新疆中部，南临塔克拉玛干沙漠、北倚库鲁克塔格山和霍拉山，总面积7 268 km2，其中平原区面积5 850 km2（含沙漠区面积）[8]。库尔勒市降水稀少、蒸发强烈，多年平均降水量为56.6 mm，水面蒸发能力为2 700.0 mm，年平均气温11.4 ℃，属温带大陆性干旱气候区[9-10]。

研究区出露地层以第四系为主，在水平分布上具有明显的分带规律，地层岩性颗粒由北到南逐渐变细，以卵石、砂砾石、砂、亚砂土为主。山前倾斜平原地下水主要接受河谷潜流、暴雨洪流渗漏、渠系与田间灌溉回归入渗等方式补给，形成了单一结构潜水含水层（地下水埋深为20～60 m）;地下水总径流方向为由北向南，水力坡度为0.2%～0.4%，至冲积平原，以上部潜水-下部承压水的双层或多层结构含水层为主（地下水埋深2～200 m），排泄方式为泉水溢出、蒸发、侧向径流排泄和人工开采等[11-13]。水文地质及地下水取样点分布见图1。

2 材料与方法

2.1 地下水超采现状

孔雀河是库尔勒市常年性河流，也是研究区地表水资源的主要来源[14]。近年来，受源头博斯腾湖水位影响，孔雀河径流量逐渐减少，因地表水资源满足不了需求，地下水资源逐渐成为主要供水水源。据统计，库尔勒市地下水开采机井数由2000年的639眼增加到2015年的7 952眼，地下水开采量由11 020万m3增加到51 499万 m3，为地下水可开采量21 585万m3的2.38倍[15]。2017年对库尔勒市171眼地下水统测井进行地下水水位统测发现，2003—2017年统测井水位下降速率最大达5.33 m/a。地下水超采区涉及17个乡镇场，总面积达982.81 km2，其中严重超采区面积为786.84 km2、一般超采区面积为195.97 km2。

2.2 地下水超采区综合治理

为严格控制地下水超采，到2020年实现地下水采补平衡，自2016年开始，库尔勒市对地下水超采区实行水量和水位控制（“双控”）。按照《库尔勒市地下水超采区综合治理规划（2016—2030年）》要求，到2020年压减地下水开采量29 196万 m3;地下水水位下降速率最大值控制在1.00 m/a以内;地下水严重超采区全部变为一般超采区，一般超采区变为采补平衡区，超采区面积控制在500 km2以内。库尔勒市地下水超采区综合治理的主要工程措施包括水源置换、退地减水、高效节水、机井封填4个方面，见表1。

库尔勒市区园林绿化自备井从2018年强制关闭后，绿化用水逐渐以公共自来水为供水水源，为缓解库尔勒市区用水紧张局面，拟从北部焉耆县的乌拉斯台农场提取7 300万m3/a地下水，2018年6月焉耆县至塔什店镇总长34 km的供水管道全线贯通，到9月底新增输水量1 825万m3/a。机井封填主要封填孔雀河沿岸1 km范围内的机井、绿化自备井和非法井，截至2018年累计封填机井1 348眼，已完成至2020年计划封填井数2 865眼的47.05%。大量的农业用水是造成库尔勒市地下水资源短缺的主要原因之一，采取退地减水措施是缓解水资源短缺的途径之一，截至2018年累计退地面积16 008.00 hm2，已完成计划退地面积的66.28%。同时对农业耕作区实施高效节水技术，该技术的实施不仅提高了灌溉水利用效率，而且减少了水资源消耗，具体包括膜下滴管、渠道防渗等技术，截至2018年累计实施高效节水面积14 617.30 hm2，已完成计划高效节水面积的81.42%。

2.3 地下水超采综合治理效果

（1）地下水可开采量、2015年实际开采量和2016—2018年累计压采量。由图2可以看出，2015年阿瓦提乡、哈拉玉宫乡和阿瓦提农场等地下水超采较为严重，而西尼尔镇尚有地下水开采潜力;2016—2018年各乡镇场累计地下水压采量10 686万 m3，已完成计划压采量的36.60%。

（2）地下水水位变化情况。地下水超采区综合治理后（见表2、图3），统测井地下水水位下降速率>1 m/a的井数减少30 眼，地下水超采区总面积减少395.08 km2，其中严重超采区总面积减少315.18 km2、一般超采区总面积减少79.90 km2，已完成地下水超采区治理面积395.08 km2，占计划治理面积的81.83%。由图3可以看出，哈拉玉宫乡、沙依东园艺场、普惠地区、英下乡、库尔楚园艺场、上户镇、塔什店镇、兰干乡和恰尔巴格乡等水位回升明显，而库尔勒市区、阿瓦提农场、阿瓦提乡、包头湖农场、西尼尔镇、和什力克乡、铁克其乡和托布力其乡等水位回升效果较差，超采区面积仍占较大比例。

（3）地下水水质。地下水污染是研究区主要的地下水生态环境问题之一[8]。在12眼地下水水质监测井中，水质等级变好的3眼，等级不变的6眼，等级变差的3眼，3眼等级变差的监测井的主要劣化指标为TH、SO2-4和NO-3，其中等级变好、不变的监测井数占总井数的75.0%。地下水水質变好的监测井位于水位回升区的库尔勒市区、沙依东园艺场和阿瓦提乡等，说明地下水超采区的治理对地下水水质改善具有促进作用。

2.4 地下水超采区综合治理评价方法

根据目前库尔勒市地下水超采区治理情况，并参考文献[16-17]，从工程措施（水利工程、农业工程）实施状况和地下水综合治理效果两方面构建库尔勒市地下水超采区综合治理评价体系。

（1）评价指标体系构建。采用层次分析法（AHP）构建地下水超采区综合治理评价指标体系，该方法能够从定性指标模糊量化的角度对目标进行分解，并逐层比较多种关联因数，为地下水超采区综合治理评价提供可靠依据[18]。其中A为目标层，反映地下水超采区综合治理整体情况;B为准则层，以水利工程措施、农业工程措施和综合治理效果为代表指标;C为指标层，考虑区域地下水超采治理措施实施进度、当前地下水资源状态，共选择7个评价指标，见表3。

3 结果与分析

3.1 综合治理评价结果

经计算C层各项指标最终权重ωPi=（0.018，0.055，0.111，0.055，0.361，0.287，0.113），综合治理评估体系得分60.02，表明地下水超采区综合治理方案制定合理，综合治理效果基本达到要求。

3.2 地下水水位动态影响因素分析

地下水水位动态变化不仅是区域地下水资源变化的结果，而且是地下水超采区治理成效最直观的反映，影响地下水水位动态变化的主要因素包括降水、水文、地质和人类活动[20-21]。因此主要对地下水超采区综合治理后水位动态影响因素进行分析。

（1）降水因素。研究区降水主要集中在蒸发强烈的5—8月（见图4，部分时段因监测数据缺失而中断），从9月开始，降水急剧减少，降水难以形成对地下水的有效补给，监测井J2和J4高水位期集中在11月至翌年3月，7—9月为低水位期，说明地下水水位变幅受降水影响较小。

（2）水文因素。根据2016—2018年孔雀河月径流量及附近监测井（J4、J9、J16）地下水埋深变化（见图5，部分时段因监测数据缺失而中断）可知，6—11月为孔雀河汛期，12月至翌年3月为枯水期，地下水埋深11月至翌年3月为高水位期，滞后于河流汛期2～3个月;7—9月为低水位期，滞后于河流枯水期2～3个月，说明孔雀河径流量对地下水埋深影响存在一定滞后性。

（3）地质因素。包气带是地下水补给、排泄通道，而岩性及厚度是影响地下水动态变化的因素[22]。根据山前倾斜平原水文地质剖面，以十八团大渠为界，北部山前包气带岩性为卵砾石和中粗砂，厚度60～150 m，渗透系数大，且在英下乡一带富水性极强，涌水量为1 000～5 000 m3/d，当地下水受到限采后，水位能够很快回升。南部包气带岩性为亚黏土、黏土和亚砂土、砂层等多层结构，其中亚黏土、黏土为半胶结状，透水性差，在6.6～70.0 m范围内出现第一层隔水的黏土、亚黏土层，随着深度的增加，黏土、亚黏土层厚度增大。依据《新疆维吾尔自治区地下水资源管理条例》采用值，确定新疆平原区不同岩性潜水变幅给水度μ：砂砾石0.18～0.24，粉细砂0.07～0.09，亚砂土0.04～0.06，亚黏土0.02～0.04;承压水弹性给水度比潜水给水度小1～3个数量级，当入渗补给量相同时，承压水水位抬升幅度比潜水抬升幅度大[23]。北部山前倾斜平原相对南部冲积平原地势较高，当地下水受到补给时，很快沿地下水流向侧向补给冲积平原，进入靠近沙漠区的普惠地区。

（4）人类活动。在地下水超采区治理工程中，水源置换主要解决库尔勒市城市用水压力，因此在回归模型中主要考虑退地减水、高效节水、机井封填等措施。2017年8月到2018年8月各乡镇场地下水水位平均变幅与退地减水面积、高效节水面积、机井封填数的回归模型为在显著性检验时，Δh与P、Z、T的可决系数R2=0.28，F统计量的概率值为0.778，大于显著性水平0.05，说明该模型回归效果不显著，地下水水位变幅还受到其他因素制约;ΔG与P、Z、T的可决系数R2=0.64，F统计量的概率值为0.003，小于显著性水平0.05，说明该模型回归效果显著，其中每封填1眼机井，累计地下水压采量增加7.399万m3。

4 结论

（1）构建“水利工程措施-农业工程措施-综合治理效果”地下水超采区综合治理评价指标体系，并计算得出地下水超采区综合治理评价指标得分为60.02，表明库尔勒市地下水超采区综合治理方案制定合理，治理效果基本达到要求。

（2）地下水水位回升区主要位于山前倾斜平原的沙依东园艺场、英下乡、库尔楚园艺场、上户镇、塔什店镇、兰干乡和恰尔巴格乡以及冲积平原的哈拉玉宫乡和普惠地区，其他乡镇场水位回升相对滞后。影响地下水水位动态变化的主要因素为人类活动（地下水压采）和地质因素，水文因素对地下水水位影响存在一定滞后性。

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