新疆博州地区地下水资源评价

2017-08-28杜孝琴

地下水 2017年4期

关键词：博州平原区碱度

杜孝琴

(新疆博尔塔拉蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆博乐 833400)

新疆博州地区地下水资源评价

杜孝琴

(新疆博尔塔拉蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆博乐 833400)

地下水资源分布广、水质好、供水稳定性强等，是目前的主要水源，但地下水超采滥采现象屡禁不止，且各地区水污染现象严重，因此做好地下水资源量评价和水质分析工作尤为重要。本文以新疆博州为实例，介绍了水均衡法在水资源量评价中的应用，并利用灰关联法对其地下水水质进行分析可知：博州地区地下水可开采潜力巨大，能满足谷底平原人口聚集区的正常生活生产，地下水水质良好，可直接作为饮用水。很多地表水系受污染逐步严重，生活、工业废水排放量逐年增加，如果不再造成地下水体污染前进行及时管理，必然对干净的地下水库造成损害。

地下水；水均衡法；灰关联法；分析；博州地区

1 概况

博州全称为博尔塔拉蒙古自治州，位于新疆自治区西北边缘。自治州西北南三面环山，中间为喇叭状谷地平原，是人口聚集区。全州总面积2.29万 km2，总人口为48万，人均GDP4.7万/a，其中第一产业占总产值的24%左右。博州属典型的大陆性干旱沙漠气候，日照时间长，昼夜温差大，夏季高温，冬季寒冷，年均气温5.6℃。年降水量为200 mm左右，蒸发量达到1 500 mm，因此全区干旱少雨，给农业灌溉系统带来较大压力。

2 区域水文地质条件介绍

2.1 地表水资源量现状

博州境内主要的地表水源包括博尔塔拉河、精河、大河沿子河、艾比湖等，这些地表水也是地下水资源的重要补给通道。2015年博州地区水文调查结果显示当年全州地表水资源量为27.7亿 m3，比上一年减少3.5%。其中艾比湖入湖水量减少5.2%，湖水面积也从2003年起逐年下降(见表1)。

表1 艾比湖历年湖水面积表 km2

2.2 地下水资源量现状

通过地质调查：2015年博州地下水补给量为15.55亿 m3，其中山丘区地下水补给量11.64亿 m3，平原区地下水补给量8.967亿 m3，山丘区与平原区重复计算量4.287亿 m3，地下水资源天然补给量1.743亿 m3。

2.3 全区水资源供需分析

综合计算，2015年博州地区水资源总量为43.25亿 m3，全区总用水量为16.86亿 m3，其中地下水源供水量占到总量的42.7%。经分析可知：地下水量虽然仅为水资源总量的35.9%，但供水量却占到将近一半，且有逐年增加趋势。

3 水均衡法在地下水资源量评价中的应用

分析

水均衡法是指根据项目区的水文地质特征，选定边界并将其划分为若干区域，之后利用地下水动力平衡的基本原理来预测该地区地下涌水量的方法。由于博州人口主要聚集于谷地平原区，因此主要将该区域作为分析对象[1]。

3.1 水均衡方程的建立

博州谷地平原区地下水动态变化主要受气象、水文、人类活动等影响，其补给和排泄方式长期较为固定。其中主要补给源为大气降水、河道渗漏、地下水径流、农田灌溉渗漏等；主要排泄方式为潜水蒸发、径流排泄和人工开采等。根据守恒定律，项目区地下水量均衡方程如(1)所示。

ΔQ=Qpr+Qtr+Q河补+Q灌补-Qld-Qp-QE

(1)

式中：ΔQ为某时段内地下水变化量，104m3/d；Qpr、QE为降水入渗补给量和潜水蒸发排泄量，104m3/d；Qlr、Qld为侧向径流补给、排泄量，104m3/d；Qp为人工开采量，104m3/d。

图1 地层渗透系数分区图

3.2 平衡方程地质参数的确定

3.2.1 地层渗透系数

地层渗透系数直接决定了降水入渗量和潜水蒸发量，根据项目区地质勘查及抽水试验结果，将其分为5个区(见图1)，之后借助泰斯公式估算各区地层渗透参数，结果见表2[2]。

表2 各区地层渗透系数

3.2.2 潜水蒸发系数

依据地质勘查结果，将本项目区潜水蒸发系数分为6个区，见图2。而蒸发系数ξ按照阿维扬诺夫经验公式进行估算[3]，见(2)，经计算得出每个区蒸发系数结果，见表3。

μ·dh/dt=ξ(1-h/l)n

(2)

式中：μ为潜水位变动带的给水度；l为最大蒸发深度；n为蒸发指数，本项取值1；dh/dt为潜水蒸发降速。

表3 博州地区潜水蒸发系数分区

图2 项目区潜水蒸发系数分区图

3.3 地下水资源总量和可开采量计算

为验证水均衡计算中选取的地质参数是否合理，将计算结果和实际勘测的地下水储量变化做比较，一般认为相对误差在20%以内算合格。谷地平原区水均衡计算结果是ΔQ=2.25亿 m3，而实际勘察结果为1.89亿 m3，精度在要求范围内。该地区地下水总量维持在一个较高水平。

本项目区地下水可开采量Q0按照(3)计算[4]，最终得Q0=8.32亿 m3，而总开采量为7.2亿 m3，因此目前博州谷底平原区地下水开采潜力较大。

Q0=ρ·Q总补

(3)

式中：ρ为开采系数，取值0.8。

4 灰关联法在水质评价中的应用分析

灰关联分析法的本质是对系统中相互影响、关联、制约的因素综合起来进行定量比较的一种方法。技术人员在博州地区20个地下水水源地采集了水样，用该方法对主要化学成分进行分析。

4.1 地下水硬度分析

水的硬度主要取决于Ca2+、Mg2+含量，在此对水样中的这两种离子进行关联分析，进而找出影响该地区地下水硬度的主要因素。经计算Ca2+对水体硬度的关联度约为0.82；Mg2+对硬度的关联度达到0.93[5]。由此可知Mg2+是博州地区地下水硬度的主要影响因素，其相关曲线见图3。博州地区地下水平均硬度在200 mg/L，远低于我国饮用水硬度标准(450 mg/L)。

图3 Mg2+与水体硬度的关系

4.2 地下水碱度分析

水的碱度取决于HCO3-、CO32-、OH-离子总含量，经过对水样进行检测，发现CO32-全部为0，因此只需分析HCO3-。根据酸碱平衡定律可知HCO3-碱度存在于pH=4.5～10的水体中，当pH<8.5后，CO32-就会转化为HCO3-，因此博州地下水碱度与HCO3-相关性很好(可达0.999)[6]，相关曲线见图4。博州地区地下水平均碱度在150 mg/L，最高碱度达到250 mg/L。