新疆典型地下水超采区地下水位控制指标确定研究<br/>——以乌苏市地下水超采区为例

新疆典型地下水超采区地下水位控制指标确定研究
——以乌苏市地下水超采区为例

2024-03-08安卡尔阿合买提孜吾热古丽叶斯塔依吕树萍

地下水 2024年1期

曹伟,安卡尔·阿合买提,孜吾热古丽·叶斯塔依,吕树萍

(1.新疆维吾尔自治区水资源中心,新疆乌鲁木齐 830000;2.新疆乌苏市水利局,新疆乌苏 833000)

0 引言

地下水是水资源的主要组成部分,具有重要的资源功能和生态环境功能[1-2],尤其在缺水且生态环境脆弱的干旱半干旱地区[3],地下水资源独有的特性使其发挥着不可替代的作用[4-5]。因此,地下水资源的保护和可持续利用至关重要。长期以来,由于粗放型经济增长导致的长期大规模开采地下水,造成部分地区地下水严重超采,形成了大面积区域性降落漏斗,并引发了地面沉降、海(咸)水入侵、地面塌陷、生态退化等生态与环境地质问题[6],还有一些地区由于地下水超采导致了地下水中污染物浓度升高,造成水质污染[6]。《中华人民共和国水法》《中华人民共和国水污染防治法》提出关于维持地下水合理水位、控制开采地下水的规定,2012 年发布的《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》(国发〔2012〕3 号)明确提出“实行地下水取用水总量控制和水位控制”的要求。2012-2018年, 水利部对全国地下水超采区进行了全面评价、科学研讨, 以试点与推广的基本方式, 推动了 21 个省区的地下水超采治理工作。目前,水利部已全面开展地下水管控指标确定工作,确定地下水开采量、水位控制指标,明确地下水管理指标。从当前各省份的实践情况看,如何根据不同分区地下水的功能定位,平衡人类与自然的需求,结合现状开发利用情况,提出各地区不同阶段的地下水超采综合治理管控指标是有效进行地下水超采区综合治理的关键[7-8]。

乌苏市位于新疆天山北麓,地下水超采严重,是新疆典型的超采区,长期以来的超采已引起了泉流量衰竭,灌区下游天然生态植被退化,甘家湖湿地萎缩、局部地面塌陷等地质与生态环境问题[9-10]。如何科学制定地下水超采区地下水位管控指标,形成适合研究区的地下水超采治理模式是有效治理地下水超采、维护地下水生态功能稳定的关键。基于此,本文选择乌苏市为新疆典型地下水超采区,研究确定分阶段的地下水位控制指标,可为修复乌苏市地下水生态环境功能,实现地下水资源良性循环与可持续利用,保障供水安全与生态安全提供科学依据,同时对新疆地下水超采区综合治理管控指标的确定工作提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

乌苏市位于天山支脉婆罗科努山和依连哈比尔尕山北麓,准噶尔盆地西南缘,属北温带大陆性干旱气候。其地处准噶尔盆地西南部,跨准噶尔盆地和北天山山地两大地貌单元,天山支脉婆罗科努山和依连哈比尔尕山雄踞其南,晚近期构造运动造成境内南高北低、东部略高于西部的大趋势。整个地形受天山山脉影响,依次分为高山、中低山、丘陵、平原和沙漠五个地貌单元。行政边界上与沙湾县、奎屯市、克拉玛依市接壤,西与精河县毗邻,北与托里县相接,总土地面积14 388.4 km2。乌苏市辖10个乡、镇(场)、7个乡、4个牧场、1个林场、5个街道办事处。兵团第七师在乌苏境内有8个团场,分别是:123团、124团、125团、126团、127团、128团(图1)。

图1 乌苏市地理位置图

据《乌苏市地下水资源评价报告》,乌苏平原区矿化度≤2 g/L的地下水资源量为57 930×104m3/a,其中,乌苏市地方地下水资源量为39 963×104m3/a,第七师(6个团场)地下水资源量为17 967×104m3/a。根据自治区人民政府关于印发《新疆地下水超采区划定报告》的通知(新政办发〔2018〕90号),乌苏市被划定为地下水超采区。超采区面积2 047 km2,超采量5 470万 m3,超采系数0.29,超采区分类为浅层地下水超采区,超采区分级为大型一般超采区。

1.2 数据来源和研究方法

1.2.1 数据来源

乌苏市辖区内现有地下水监测井27眼,主要分布在潜水溢出带附近,其中水利部门国控点有11眼、兵团第七师水利局的有5眼、自然监测局监测11眼。本文采用的实测地下水埋深日监测数据来自数据系列较完整的10眼国家级监测井,由乌苏市水利局、地质环境监测站提供。

1.2.2 研究方法

1)年均变化速率

地下水位(埋深)年均变化速率计算如下:

(1)

式中:V为年均地下水位(埋深)变化速率(m/a) ;H1为初始水平年(2008年)地下埋深(m);H2为现状水平年(2017年)地下埋深(m),对2017年无数据的监测井采用2018年的数据替代;Δt为间隔时间(a),大部分为10 a,个别为11 a。

2)逐年地下水位年变差ΔDi计算

根据某一年度地下水超采量控制目标与现状超采量的比例,确定该年度地下水水位年变差控制目标,即采用年度超采量比例法确定近期逐年水位变差。计算公式如下:

(2)

式中,ΔDi为近期第i年地下水水位年变差控制目标(m);Q超采i为第i年地下水超采量控制目标(万m3);Q超采现状为现状地下水超采量(万m3);ΔD现状为现状开采情况下平水年区域地下水水位年变差(m),可选用近3 a平均值或接近平水年年份的区域地下水水位年变差。

3)年度控制指标确定

将现状地下水埋深值与某一年度之前逐年地下水水位年变差控制目标相加,即为该年度地下水埋深控制指标。公式如下:

(3)

式中:Di为第i年地下水埋深控制指标(m);D现状为区域现状年末地下水埋深(m);ΔDi为第i年地下水埋深年变差控制目标(m)。

2 结果与分析

2.1 地下水位动态变化特征

通过对乌苏市地下水位监测井进行分析,选取2018-2021年10眼典型国家级监测井逐日监测资料对地下水位动态分析如下。

2.1.1 地下水位年内动态变化

基于选取的乌苏市10眼典型地下水位监测井,对其年内各月地下水埋深进行分析,其结果见图2。可以看出,地下水位变化在年内变化差异较大,总体变化为U型波动趋势。从3-4月开始地下水埋深呈增大趋势,4-6月地下水埋深呈窄幅震荡增大,6月中旬呈显著增大趋势,大多持续增大至7-9月,并达到峰值,反映出农业灌溉期地下水埋深降幅最大。地下水埋深于7-9月达最大值后开始呈减小趋势,至次年2-3月左右达到埋深最小值。综合表明乌苏市平原区地下水位年内变化复杂,气象及水文因素对地下水动态的影响较弱,地下水埋深的动态变化对人类开采的响应显著,人类开采地下水成为影响地下水动态的主导因素,区域地下水位年内动态总体上呈开采型动态。

(a: 1#国家监测井, b: 2#国家监测井, c: 3#国家监测井, d: 4#国家监测井, e: 5#国家监测井, f: 6#国家监测井, g: 7#国家监测井, h: 8#国家监测井, i: 9#国家监测井, j: 10#国家监测井)

2.1.2 地下水位年际动态变化

基于乌苏市平原区近年来地下水位实际监测数据进行区域地下水位年际动态变化分析,结果见图3。可以看出,4棵树河灌区、奎屯河灌区及车排子镇灌区内典型监测井地下水埋深变化总体均表现为不显著下降趋势,且存在显著的周期性变化,即年内变化与2.1.1结果表现一致。同时,四棵树河灌区中1#监测井地下水位下降趋势显著,奎屯河灌区2#、3#监测井地下水位下降趋势较显著;车排子灌区5#、6#监测井地下水位下降趋势较显著。乌苏市平原区地下水位年际变化总体呈下降趋势。