高宇星

（昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100）

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理條件

昌吉回族自治州灌區(qū)位于新疆天山北麓中段的準格爾盆地以南綠洲之處，東與新疆哈密地區(qū)相連，西臨石河子市，南于巴音郭楞自治州和吐魯番地區(qū)相接，北靠塔城和阿勒泰，總面積10.24 hm2。昌吉州灌區(qū)屬于典型大陸性干熱氣候，白天日照十分強烈，晝夜溫差大；昌吉灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)腹地，與烏魯木齊相距34.8 km，境內(nèi)橫貫烏奎高速、北疆鐵路及312 國道，交通十分便利。

1.2 農(nóng)業(yè)發(fā)展情況

昌吉州灌區(qū)土壤肥沃，十分適宜農(nóng)耕發(fā)展，全灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植面積約8.98 hm2，占灌區(qū)總面積的87.7%，灌區(qū)內(nèi)主要農(nóng)作物包括棉花、小麥、玉米、甜菜、西瓜、甜瓜、葡萄、蔬菜等。其中棉花、小麥、甜菜、瓜果、蔬菜等主要作物產(chǎn)量穩(wěn)步增長（表1），與此同時，農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)總產(chǎn)值之比（農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比）也由2005 年的50.45:2.14:46.12:0.94:1.25 轉(zhuǎn)變?yōu)?018年的40.71:20.34:31.41:2.07:5.47，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植占比有所下降，而林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上升了18.2%，牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)下降14.71%、副業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分別上升1.13%和4.22%[1]。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整導致灌區(qū)需水量總量的不斷增加和需水結(jié)構(gòu)的不斷變化。

截止2018 年昌吉州灌區(qū)登記在冊的水庫共有86 座，總庫容達到8.56 億m3，興利庫容為6.19 億m3，實際蓄水量為8.70 億 m3，控制灌溉面積 8.12 hm2，此外，開發(fā)機井 12981 眼，干支斗農(nóng)渠道共24189 hm 長，各類渠系建筑物共98768 座，已經(jīng)形成比較完善的“引、蓄、排、提、灌”農(nóng)業(yè)灌溉網(wǎng)絡體系[2]。但是大部分小型水利設施產(chǎn)權不明，缺乏有效管理，年久失修，經(jīng)濟效益嚴重衰減，應有的農(nóng)業(yè)灌溉作用難以發(fā)揮。

1.3 水文地質(zhì)條件

昌吉州灌區(qū)水資源補給主要由冰川補給、地表水補給和地下水等部分構(gòu)成，灌區(qū)冰川眾多，冰川總面積為400.85 km2，灌區(qū)降雨產(chǎn)流中14.4%來自冰川產(chǎn)流。冬季由于河流封凍，徑流量僅占全年徑流的5.9%；春季隨著氣溫的緩慢回升，冰雪融化，河流解凍，徑流量占全年徑流的16.5%；夏季氣溫快速回升，冰川消融，加之降雨增多，水勢迅速上漲，7 月～9 月份冰雪消融徑流補給量占全年徑流的64.2%；秋季氣溫降低，冰川消融速度減緩，水量減少，徑流僅為全年徑流的13.4%。昌吉州灌區(qū)分布有13 條常年有水的河流，其中塔西河、瑪納斯河、頭屯河、呼圖壁河、開墾河為年徑流量＞1 億m3的河流，徑流量占灌區(qū)河流年徑流量的74.45%。灌區(qū)地下水補給量為3.89 億m3，地下水資源量為3.21 億m3，可開采量為2.74 億m3。

2 地下水位動態(tài)變化特征

2.1 地下水位年內(nèi)變化

昌吉州灌區(qū)地下水位變動呈現(xiàn)出典型的潛水動態(tài)規(guī)律特征，受環(huán)境降雨和人工開采等影響，地下水年內(nèi)年際動態(tài)變化趨勢明顯。由表2 可以看出，灌區(qū)從3 月份開始，隨著農(nóng)業(yè)灌溉等需水量的增加，降雨、冰川融化、河系水等補給量較小的情況下，地下水位下降很快。從5 月份開始，隨著補給量的增加，水位開始回升，6 月份達到最大值，7 月～10 月隨著農(nóng)業(yè)灌溉用水量的增加，以及降水的逐漸減少，水位逐漸下降，但總量仍然大于 1 月 ～4 月。

2.2 地下水位年際變化

根據(jù)所收集到的昌吉州灌區(qū)2008 年～2018 年10 月份地下水埋深的數(shù)據(jù)資料，進行灌區(qū)地下水位埋深年際變化情況的分析，見表3，研究時段內(nèi)灌區(qū)地下水位埋深呈逐年上升趨勢，從2007 年的10.01 m 上升至2017 年的19.6 m，而后逐年下降，2018 年地下水位埋深降低至17.4 m。造成灌區(qū)地下水埋深年際變化變動的原因是多方面的，包括灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、降雨量的年際變化、河川徑流補給[3]等。

3 成因分析

昌吉州灌區(qū)地下水位動態(tài)變化影響因素中，氣候是主導性因素，降雨則是地下水位動態(tài)變化的控制性因素，地質(zhì)水文主要引起地下水區(qū)域性變化，水文及人為因素主要發(fā)揮地段性影響效應。

3.1 氣象水文因素

昌吉州灌區(qū)孔隙水類型較為單一，表層被薄層亞砂土和粉細砂覆蓋，僅存在局部的亞黏土，地下水埋深淺，氣候因素對地下水位變化存在十分明顯的影響，降水是地下水位變動的控制性因素，降水的時空分布通過對潛水補給的影響，進而增大含水層蓄水量、提升地下水位、淡化水質(zhì)。與此同時，環(huán)境溫濕度、風速等因素的綜合作用下，必將影響潛水蒸發(fā)、排泄，減少含水層蓄水量、降低水位、水質(zhì)中無機物和有機物含量增大。由表4 可以看出，昌吉州灌區(qū)在上世紀八十年代年平均降雨量594 mm，九十年代為582 mm，2000 年以來，年平均降雨量逐年減少，2010 年～2017 年均降雨量為514 mm。自九十年代末期以來，降雨量與蒸發(fā)量年平均值的差額不斷增大，這種變化是導致昌吉州灌區(qū)地下水補給量不斷減少，排泄量增加，水位不斷下降的主要原因。

表4 昌吉州灌區(qū)降雨量與蒸發(fā)量趨勢對比

奇臺縣開墾河系是昌吉州灌區(qū)主要的河流，結(jié)合以往的流域測流資料不難發(fā)現(xiàn)奇臺縣開墾河系中上游地區(qū)主要為地下水補給河系水類型，下游則為河系水補給地下水，河系水與地下水存在十分密切的水力聯(lián)系。所以，臨近河系區(qū)域地下水位動態(tài)呈現(xiàn)出明顯的水位高峰峰值變化，首次高峰峰值出現(xiàn)在4 月～5 月初灌期，主要是冰河溶解給水；第二次高峰峰值出現(xiàn)在7 月～9 月汛期，降水導致河系水水位上漲，入滲補給地下水，從而提升水位。

3.2 地質(zhì)因素

昌吉州灌區(qū)包氣帶厚度及其巖性也影響到地下水位對降水的響應，此外，灌區(qū)含水層厚度、透水性能等也關系到河系水通過補給地下水而影響地下水動態(tài)變化趨勢。由包氣帶厚度均值變動趨勢圖（圖1）可知，1993 年以前，昌吉州灌區(qū)包氣帶厚度均值在6 m 以下，地下水埋深淺，降雨和河系水補給較容易，河系水入滲補給系數(shù)為0.32，降雨入滲補給系數(shù)為0.27。1993 年～2000 年，灌區(qū)包氣帶厚度均值在6 m～8 m 之間，河系水入滲補給系數(shù)為0.29，降雨入滲補給系數(shù)為0.24。2007 年以后灌區(qū)包氣帶厚度均值開始大于11 m，降雨和河系水入滲補給地下水的路徑大大增加，補給過程中因潤濕土體顆粒、抵擋蒸發(fā)等所發(fā)生的耗水量大大增加，地下水所獲得的有效補給量大幅減少，2007年灌區(qū)河系水入滲補給系數(shù)僅為0.09，降雨入滲補給系數(shù)為0.12。昌吉州灌區(qū)包氣帶平均厚度呈逐年增大的變動趨勢，僅從地下水補給作用路徑的角度而言，包氣帶厚度的增大必將阻礙和減少降雨及河系水對地下水量的補給。

圖1 昌吉州灌區(qū)包氣帶厚度變動趨勢

3.3 人為因素

為分析人為因素導致昌吉州灌區(qū)地下水位下降的幅度，在灌區(qū)設置85 個實時動態(tài)監(jiān)測點，經(jīng)過對所收集到的地下水位相關數(shù)據(jù)得知，85 個監(jiān)測點中74 個監(jiān)測點水位存在不同程度的下降，地下水位降幅較大的區(qū)域主要是塔西河村、白楊河鄉(xiāng)上元村、碧流河鄉(xiāng)東隔壁村，究其原因主要是機井過密、地下水超采導致地下水位持續(xù)下降。其余水位呈上升趨勢的11 個監(jiān)測點主要分布在昌吉州農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)北部的木壘縣。

昌吉州灌區(qū)2015 年全年地下水開采量為12.34 億m3，2016 年全年地下水開采總量達13.23 億m3，2017 年全年總開采量達14.57 億m3，開采量逐年上升。其中開采總量中農(nóng)業(yè)灌溉用水占85.5%，工業(yè)生產(chǎn)、養(yǎng)殖、生活等用水占14.5%。塔西河村、白楊河鄉(xiāng)上元村、碧流河鄉(xiāng)東隔壁村多年來的地下水開采實踐導致機井布局過密，這種嚴重不合理布局導致地下水超采日益嚴重，水位持續(xù)下降，2017 年塔西河村、白楊河鄉(xiāng)上元村、碧流河鄉(xiāng)東隔壁村地下水位平均下降幅度已經(jīng)超過1.5 m/a。

4 結(jié)論

考慮到昌吉州灌區(qū)當前的自然地理條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展格局、水文地質(zhì)情況導致灌區(qū)地下水位埋深持續(xù)下降的客觀情勢，必須從加大地表引水灌溉，增加河系水徑流補給，推行井渠結(jié)合、以井補渠灌溉模式，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水作物，明確水利設施產(chǎn)權，理順責權利關系，加強管理等方面綜合考慮，確保灌區(qū)地下水位有效回升。