新疆奇台县地下水资源模拟评价及优化配置分析

2017-08-28马海兵

地下水 2017年4期

关键词：奇台县平原区含水层

马海兵

(新疆阜康市水利管理总站上户沟水管所，新疆阜康 831500)

新疆奇台县地下水资源模拟评价及优化配置分析

马海兵

(新疆阜康市水利管理总站上户沟水管所，新疆阜康 831500)

新疆位于我国内陆深处，水资源匮乏，其中地下水资源由于水质较好是自治区居民最为依赖的生活保障之一。近些年当地经济的发展，对干净水资源需求也在逐步增加，以新疆昌吉市奇台县为实例，开展地下水资源的调查、评价和优化水资源配置分析。根据相关资料阐述该区域水文地质特征，建立含水地层数值模型，对其地下水资源进行评价分析，并为其优化配置提出建议，保证经济可持续发展。

奇台县；地下水；模拟评价；优化配置

新疆自治区地处我国西北内陆，气候干旱，降水稀少，其全年平均降雨量约155 mm，仅为全国平均水平的23%。且超过80%的降雨集中在山区，而人口密集的平原区只占到15%左右。人口和降水分布的不平衡导致自治区居民对地下水资源依赖性逐步增大，因此探明区域地下水资源量，对其进行合理优化配置已成为保证当地经济可持续发展的基础性工作之一[1]。

1 县域概况

1.1 水资源利用现状

昌吉市奇台县位于新疆自治区东北部，全县总面积1．67万 km2(其中南部山地面积占8.3%、中部平原面积25.6%、北部沙漠面积66.1%)。奇台县属农业生产大县，农民人口占到63%以上，第一产业产值占到总产值的40%。目前奇台县全年用水量为5.0×108m3，其中地下水占到45%左右，而且超过85%的水资源被用于农业灌溉，且多为传统漫灌，存在较大的水资源浪费现象。且随着耕地面积不断扩大，对地下水资源开采量必然不断增加。

1.2 水文地质特征

奇台县跨越山区、平原、沙漠三个不同的大地构造单元，地下水也是按照补给、径流、排泄顺序构成了一个完整的水文地质系统(见图1)。

图1 奇台县地下水系统模型图

1.2.1 南部山区地下水形成及赋存特征

奇台县南部天山山脉沿分水岭一带现状冰川活动频繁，该区域形成了种种以冻胀裂隙为主的地下含水层，其含水层厚度及地下水量具有明显的季节性，10—5月冻结，6—9月融化。区域内降水丰富、植被发育较好，有利于降水的截留与渗透。

降水和冰川融水补给了河流及基岩裂隙水，在深切的河谷两侧又以下降泉的形式溢出。之后又通过河流、水渠、田间等渗漏于山前戈壁砾石带，补给潜水及深部承压水。

1.2.2 中部平原地下水形成及赋存特征

奇台县平原区由洪积扇裙形成，山前倾斜平原第四系沉积很厚，中上部含水层颗粒粗大，为潜水主要含水层；中下部冲洪积平原则构成多层结构的潜水和承压水含水层。无论是山前倾斜平原还是溢出带以北的细土平原，地下水都有广泛分布[2]。

在平原区中，以卵砾石为主的含水层厚度达50～120 m，潜水埋深大于40 m，单位涌水量10～20 L/S·m；以砾石、砂、亚砂及亚粘土，含水层厚度50～100 m，潜水埋深10～30 m，单位涌水量3.6～9 L/S·m。

2 含水层系统数值模型的建立

以地下水流动系统理论、遥感资料、观测井数据为依据，利用DEM数字高程模型软件来模拟奇台县主要含水系层系统。

2.1 模拟边界选取

模拟边界应选用自然边界，诸如隔水层、地下分水岭等，减少人为抽水的影响。通过地质勘测，整个奇台县平原区可作为一个模拟整体，模拟深度边界为第三系隔水地层(范围是50～300 m)；侧向为补给或排泄边界(见图2)；上边界为开放边界，但要考虑入渗和蒸发量[3]。

图2 奇台县平原区地下水边界模拟概化

2.2 模拟参数选取

结合地质勘查资料，将该区域由南向北分为5个不同的参数区(见图3)，其中1号对应为山前冲洪积扇区；2和3号对应扇缘区；4号对应中部平原区；5号对应沙漠平原区。每个区域的模拟参数详见表1所示[4]。

表1 分区参数模拟值 m/d

图3 奇台县地下水参数分区图

2.3 观测孔水位拟合

本项目共选取区内26个观测井数据，记录数据步长单位为月，将实际观测数据和模拟计算数据进行拟合，拟合过程见图4所示(部分)。从图中可看出观测值和模拟计算值相差较小，说明参数选取较为合理，能够满足本项目研究。

图4 某观测井地下水动态拟合对比图(部分)

3 区域地下水资源评价结果

经过实测和数值模拟合，奇台县平原区地下水资源均衡结果见下表2所示。通过数据可知奇台县近几年地下水平均总补给量约为3.2亿 m3/a，而总排泄量为3.4亿 m3/a，按照合理开采系数为0.7，得出目前奇台县地下水超采量达到0.7～0.8亿 m3/a。

奇台县平原区地下水位总体变化趋势如图5所示(2008-2014年)，由图可知七年间地下水位下降了月10 m，平均1.3 m/a。

通过对采用水质分析，发现区域内潜水水质的矿化度略有下降，分析是由于近几年随开采量的增加造成地下水循环速度加快；区域内承压水水质较为稳定，矿化度保持在250 mg/L，分析原因是由于补给源为中高山区降水，且埋深大，受外界影响小[5]。

表2 奇台县地下水模拟均衡结果万m3

图5 奇台县平原区地下水位变化趋势

4 区域地下水资源优化配置分析

通过实地调研，发现奇台县对地表水资源利用率较低，仅为50%左右(主要是农业灌溉)，这些缺口不得不依靠开采地下水补齐，因而造成地下水超采现象严重。合理配置各类作物种植面积对节约水资源意义重大，在此主要对区内五种主要作物(小麦、玉米、大麦、油料、甜菜)种植面积进行合理分配[6]。

结合经济效益(分摊值)、社会需求(产量比例)、生态效益(定性指标)，通过定量化及二元比较判断，得出奇台县小麦种植面积上限2.67万 hm2；玉米面积上限1.10万 hm2；大麦面积上限0.7万 hm2；油料和甜菜上限均为0.45万 hm2，这些占到全部耕地的80%左右。此外，对井灌耕地作物进行严格管理。