烏蘇市地下水超采現(xiàn)狀及治理方案

劉建海（新疆塔城地區(qū)水利水電勘察設計院）

0 前言

烏蘇市位于天山北麓、準噶爾盆地西南緣，東與奎屯市、獨山子工業(yè)區(qū)相鄰，西與精河縣交界，北與托里縣、克拉瑪依市相望，區(qū)域總面積2.07×107m2。烏蘇市轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)有地下水監(jiān)測井17眼，其中水利局監(jiān)測的有9眼，國土局負責的有4眼，國土局與水利局共同監(jiān)測4眼，兵團第七師無地下水位監(jiān)測井。由于近幾年大量開采地下水，造成地下水位降幅呈逐年增大趨勢，改變著地下水的補給、徑流排泄條件。如果不及時控制地下水超采的現(xiàn)狀，將會對社會經(jīng)濟和人類社會活動帶來更大的困擾，因此文章通過對烏蘇市地下水超采現(xiàn)狀進行了全面分析和評價，提出了超采區(qū)綜合治理的對應措施。

1 地下水資源利用情況

1.1 機井分布情況

據(jù)統(tǒng)計，2016年底，烏蘇市地方共有規(guī)模以各類機井2 438眼，規(guī)模以下小井3 000 多眼。第七師在烏蘇轄區(qū)內(nèi)各團場共有機井521 眼，其中124 團94 眼，126 團120 眼，128 團133眼，130團174眼。烏蘇市機井深在120～200 m 左右，單井出水量100～200 m3/h，年產(chǎn)水量15～25萬m3。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及第七師機井分布見圖1。

圖1 2016年烏蘇市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及第七師機井數(shù)量分布圖

據(jù)統(tǒng)計，2016年烏蘇市地下水開采量為3.06×108m3。烏蘇市地下水開采量的增長大致可分為3個階段：2008年前開采量維持在1.05×108m3左右；2009-2014年快速增長，從1.05×108m3增加到2014 年的3.26×108m3后基本穩(wěn)定；2016 年開始受用水總量控制措施的影響，用水總量開始回落，在2017年發(fā)揮了較顯著的作用，烏蘇市2008-2017年地下水開采量見表1。

表1 烏蘇市及第七師2008-2017年地下水開采量統(tǒng)計表 單位：萬m3

2 地下水超采情況評價

2.1 地下水超采區(qū)評價

一定時期內(nèi)年均地下水位變化速率、年均地下水開采系數(shù)或因開發(fā)利用地下水引起的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題，作為判定地下水超采及劃分地下水超采區(qū)的主要依據(jù)。本次研究通過采用評價期內(nèi)年均地下水位變化速率、年均地下水開采系數(shù)兩種方法，對烏蘇超采區(qū)的超采情況進行評價。

2.1.1 年均變化速率計算

本次工作采用了17眼監(jiān)測井的數(shù)據(jù)，評價期為2008-2017年，計算地下水位的年均變化速率。

地下水位（埋深）年均變化速率按下式計算：

式（1）中：v：年均地下水位（埋深）變化速率（m/a）；H1：初始水平年地下埋深（m）；

H2：現(xiàn)狀水平年地下埋深（m）；Δt：間隔時間（a）。

評價期內(nèi)水位年均下降速率劃定超采區(qū)：＞1.00 m/a為嚴重超采區(qū)，1.00 m～0.10 m/a 為一般超采區(qū)，＜0.10 m/a 為未超采區(qū)。

2.1.2 開采系數(shù)法

開采系數(shù)計算由下式確定：

式（2）中：k：年均地下水開采系數(shù)；Q實采：評價期（2008-2017年）內(nèi)年均地下水實際開采量（m3）；Q可采：多年平均地下水可開采資源量（m3）。

當年均開采系數(shù)k＞1.30時，為嚴重超采；1.00＜k＜1.30為一般超采；k＜1.00則為不超采。

根據(jù)上述方法劃定烏蘇市地下水超采區(qū)，分析得知烏蘇超采區(qū)總面積3.13×106m2，嚴重超采區(qū)面積2.35×106m2，其中地方1.73×106m2，兵團0.62×106m2；一般超采區(qū)面積0.78×106m2。嚴重超采區(qū)分布在烏蘇市平原灌區(qū)及第七師24 團，28 團、130團。一般超采區(qū)分布15 團、126 團。計算期內(nèi)年均超采量9.79×107m3，其中，地方5.56×107m3，第七師超采量4.23×107m3。年均水位下降速率0.99 m/a。超采引起地下水位持續(xù)下降，造成泉流量衰竭，灌區(qū)下游天然生態(tài)植被退化，湖泊濕地萎縮、地面塌陷等地質(zhì)與生態(tài)環(huán)境問題。在2012 年《新疆地下水超采區(qū)評價成果復核報告》中，烏蘇市被劃分為大型嚴重超采區(qū)，超采面積為2.05×106m2，當年超采量為5.47×107m3，主要分布在市區(qū)、八十四戶鄉(xiāng)、車排子鎮(zhèn)、甘河子鎮(zhèn)、兵團124團等，實際開采量為2.44×108m3，開采系數(shù)為1.30。在本次劃定中，超采區(qū)總面積增加了1.08×106m2，超采量增加了4.32×107m3，水位埋深下降了5.10 m。

2.2 禁采區(qū)與限采區(qū)劃分

鑒于烏蘇市的市政建設仍處于發(fā)展之中，建成區(qū)內(nèi)的供水系統(tǒng)尚不能完全覆蓋區(qū)內(nèi)的生活及市政綠化的用水，將超采區(qū)全部劃分為為限采區(qū)，而暫不劃定禁采區(qū)的范圍，待后續(xù)條件成熟后再加以確定。

3 烏蘇市地下水綜合治理方案

3.1 烏蘇市地下水綜合治理總體布局

烏蘇市地下水的綜合治理堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時期治水思路，以水文地質(zhì)單元的地下水可開采量為基礎，以治理目標為導向，科學規(guī)劃，綜合防治，通過各種措施逐步壓減地下水超采水量，治理和修復超采區(qū)，保障供水安全、糧食安全和生態(tài)安全。地下水超采治理范圍為烏蘇市平原灌區(qū)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，含兵團第7師的團場。

3.1.1 地下水開采量控制指標

超采區(qū)地下水開采量控制指標的制定，以《用水總量控制方案》為基礎。烏蘇市的地下水可供水量控制指標已分解到了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，匯總超采區(qū)分布范圍內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水可供水量控制指標，以此作為超采區(qū)地下水開采量控制指標。

根據(jù)《控制方案》，烏蘇市2020 年地下水可供水量控制指標為1.39×108m3，2025 年控制指標為1.19×108m3，2030 年控制指標為0.81×108m3；第七師2020 年地下水可供水量控制指標為0.19×108m3，2025 年控制指標為0.16×108m3，2030 年控制指標為0.12×108m3。

3.1.2 地下水位控制指標

水位控制指標的制定主要從兩方面考慮：一是以監(jiān)測井地下水埋深作為具體點位上的控制指標；二是根據(jù)超采區(qū)治理目標，以地下水位年均下降速率作為面上水位控制指標。

3.1.2.1 代表性監(jiān)測井地下水埋深下限控制指標

地下水埋深控制指標的確定是地下水用水總量控制和水位控制（雙控）管理制度的重點和基礎。本次地下水埋深下限控制指標的制定，主要按照水位動態(tài)趨勢及各監(jiān)測井年均地下水埋深與開采量間的關系，推求規(guī)劃年地下水埋深下限控制指標。對地下水埋深與開采量不相關或相關性差的監(jiān)測井，以2017 年或2018 年地下水埋深作為控制指標；對生態(tài)敏感區(qū)的監(jiān)測井，以生態(tài)治理目標要達到的地下水埋深作為控制指標。

3.1.2.2 區(qū)域地下水位年均下降速率控制指標

區(qū)域水位控制以年均地下水位下降速率作為控制指標。其中2016 年地下水位下降速率最大值、平均值為實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2020 年、2025 年、2030 年控制下降速率平均值根據(jù)壓采量、超采區(qū)面積、給水度進行計算。根據(jù)超采區(qū)治理目標，至2020 年要求地下水位下降速率低于現(xiàn)狀，超采區(qū)地下水位下降速率控制在0.60 m/a 左右，超采區(qū)范圍得到控制，同時不出現(xiàn)新的超采區(qū)，治理工作取得明顯效果。至2025年，基本完成超采區(qū)治理任務，大部分超采區(qū)地下水位繼續(xù)保持穩(wěn)定或緩慢上升，個別超采區(qū)地下水位下降速率繼續(xù)減小，控制在0.20 m/a以內(nèi)。至2030年，全面實現(xiàn)地下水采補平衡或補大于采，全面達到采補平衡，地下水位全面開始恢復，地下水位下降速率控制詳見表2。

表2 塔城地區(qū)烏蘇超采區(qū)地下水位變化速率控制表 單位：m/a

3.2 烏蘇市地下水綜合治理措施

3.2.1 壓采量

地下水可開采量是判定地下水超采時采用的一個重要標準，也是確定地下水壓采量的重要依據(jù)。由塔城地區(qū)用水總量控制方案可計算出逐年度的地下水壓采量指標。計算后可知烏蘇市2017-2030 年需要壓采2.42×108m3，其中2017 年壓采1.03×108m3，壓采量較大，主要是2016地下水開采量超過了地下水可供水量控制。第七師2017-2030年需壓采0.36×108m3，其中，2017年壓采量0.24×108m3。

3.2.2 工程措施治理

烏蘇地下水超采區(qū)治理的主要工程措施包括：高效節(jié)水、退灌減水、水源置換、機井封填、休耕輪耕和種植結構調(diào)整、人工回補工程等六個方面。

3.2.2.1 高效節(jié)水

根據(jù)《控制方案》，烏蘇市需要更新改造、新建高標準高效節(jié)水面積共0.17×106hm2，其中2017-2020 年為0.21×104hm2，2020-2025 年為0.08×105hm2，2025-2030 年0.08×105hm2。按每節(jié)水100 m3，可節(jié)水2.579×107m3，可全部用于壓采地下水量。第七師更新改造、新建高標準高效節(jié)水面積共0.61×104hm2，全部在2017-2020年完成。按每節(jié)水100 m3，可節(jié)水0.92×107m3，可全部用于壓采地下水量。

3.2.2.2 退灌減水

根據(jù)《控制方案》，烏蘇市計劃退減灌溉面積共3.19萬hm2，其中2017-2020 年為1.48 萬hm2，2021-2025 年為0.51 萬hm2，2026-2030 年0.51 萬hm2。烏蘇市2016 年、2017 年實際退減灌溉面積1.15 萬hm2，2018 年以后按《控制方案》還需退減2.04萬hm2。

3.2.2.3 水源置換

烏蘇市完成高效節(jié)水任務，可節(jié)水2.58×107m3，完成退灌減水任務，可退減水量8.45×107m3，兩項合計1.10×108m3。全部用于壓減地下水量，也未能完成壓減任務2.42×108m3。第七師完成高效節(jié)水任務，可節(jié)水0.92×107m3，完成退灌減水任務，可退減水量10.04×107m3，兩項合計1.10×108m3。部分用于壓地下水量，可完成壓采量任務。

3.2.2.4 控量限采

烏蘇市采用高效節(jié)水，退灌減水、水源置換措施后，仍不完成壓減地下水任務。還剩0.54×108m3，可采用限采的方式，完成壓采任務。

3.2.2.5 關?；蚍馓顧C井

為保證壓減水量的落實，需要對已完成節(jié)水改造、退減灌溉面積和水源置換工程的超采區(qū)，實施機井關?；蚍馓?。根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實際情況，對依法需要封閉且年久失修，成井條件差或因混合并采導致水質(zhì)變差的取水井，堅決于以填理；對依法需要封閉但成井條件好、水質(zhì)水量有保證的取水井于以封存?zhèn)溆?。建立封存?zhèn)溆镁怯洝⒔n、管理、維護和監(jiān)督制度，明確封存?zhèn)溆镁畣⒂脳l件和審批程序，構建機井管理數(shù)據(jù)庫，確保在應急情況時按程序啟用。根據(jù)塔城地區(qū)下達的關停機電井任務，烏蘇市預計關井846眼。

3.2.2.6 休耕、輪耕和調(diào)整種植結構

休耕或輪耕不僅可使土壤休養(yǎng)生息，恢復地力，還可減少灌溉面積，壓減水量。種植結構調(diào)整主要通過減少耗水較高作物的種植面積，改種耗水較少的耐旱性農(nóng)作物或與當?shù)赜隉嵬谏L的農(nóng)作物，壓減農(nóng)業(yè)灌溉用水。休耕、輪耕和調(diào)整種植結構不做具體任務安排，可根據(jù)各地特點、市場行情和農(nóng)民意愿，按照“規(guī)模化、區(qū)域性、多品種、高效益”發(fā)展方向，自行制定調(diào)整計劃，壓減地下水超采量。

3.2.2.7 地下水回補

烏蘇市可采用洪水、冬閑水、或其他多余的地表水回補地下水。制定科學的地下水回補方案，并組織實施，增加地下水補給，涵養(yǎng)地下水源。超采區(qū)，在山前沖洪積平原地帶，可建設人工回補工程，利用洪水，增加地下水補給，涵養(yǎng)地下水源。

3.2.3 非工程措施治理

3.2.3.1 落實用水總量控制方案

烏蘇市根據(jù)《控制方案》計算的壓采量，大于根據(jù)可開采量計算的壓采量。故只要用水總量控制方案能落實，地下水超采區(qū)就能基本得到治理。

3.2.3.2 完善地下水位、取用水量監(jiān)控系統(tǒng)

地下水動態(tài)監(jiān)測是合理開發(fā)、利用、節(jié)約和保護地下水資源的基礎。烏蘇市目前僅有17 眼地下水位監(jiān)測井，主要分布在高速公路兩側(cè)，不能控制整個灌區(qū)，故需要新增地下水位監(jiān)測點。具體布置可結合地下水保護規(guī)劃工作完成。

烏蘇市對規(guī)模以上機電井全部安裝了計量水表，實現(xiàn)了取用地下水準確計量，已建成“井電雙控”地下水管理系統(tǒng)，實現(xiàn)“以水定地、以電控水”的計劃用水管理模式。但仍有大量規(guī)模以下的小井，仍未計量取水量。建議加強“井電雙控”系統(tǒng)維護與規(guī)模以下開采井取水計量工作。

3.2.3.3 經(jīng)濟手段促壓采

按照《新疆農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施方案》要求，要推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革，大幅度提高地下水水資源費征收標準。在超采區(qū)內(nèi)，加倍征收水資源費，并探索試行資源水價，促進超采區(qū)治理；允許通過水權交易滿足新增合理用水需求，鼓勵外調(diào)水、當?shù)氐乇硭?、非常?guī)水水權置換地下水水權，促進地下水超采區(qū)治理。

3.2.3.4 完善地下水管理考核指標體系

建立地下水管理考核指標體系，加強對地下水管理與保護情況進行定期考核，并納入最嚴格水資源管理制度考核體系。在用水總量控制指標考核時，對地下水供水量控制指標、地下水位控制指標也進行考核。分階段對地下水超采治理的效果進行評價。每5 a 或10 a 年做一次地下水超采評價，對地下水位進行統(tǒng)測，科學評價地下水資源量、可開采量、地下超采狀況及超采治理效果。

4 結語

文章針對烏蘇市地下水超采的現(xiàn)狀，以超采區(qū)的地下水資源承載能力為基礎，以治理為目標導向，科學規(guī)劃治理方案，通過高效節(jié)水、退灌減水、水源置換、限量控采等措施，完成治理和修復超采區(qū)的任務，為支撐烏蘇市經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設奠定基礎。