新疆葉爾羌河灌區(qū)地下水特征及均衡分析

吾爾來西·吾提庫爾,玉米提·吾提庫爾

(1.新疆額爾齊斯河投資開發(fā)(集團)有限公司,烏魯木齊 830000;2.新疆水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站,烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆地區(qū)降雨稀少,地下水資源開發(fā)利用存在明顯的地域不均衡性。當前,烏魯木齊、石河子、喀什、莎車等地區(qū)均面臨地下水超采及地下水負均衡不斷嚴峻的局面,地下水位持續(xù)下降,植物大面積衰亡,生態(tài)環(huán)境日益惡化。近年來,隨著葉爾羌河灌區(qū)河道引水量的增大,河道入滲補給持續(xù)減少,再加上灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造工程的建設(shè)實施,灌溉供水保證率、渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)不斷提高,但渠系入滲補給和田間入滲補給逐漸減少。

基于此,文章通過計算葉爾羌河灌區(qū)地下水補給量和排泄量,重點展開灌區(qū)典型年地下水均衡以及源匯項相互關(guān)系分析,為緩解灌區(qū)地下水資源供需矛盾,促進灌區(qū)農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟有序發(fā)展,改善生態(tài)環(huán)境提供借鑒參考。

1 灌區(qū)概況

葉爾羌河灌區(qū)發(fā)端于喀喇昆侖山脈,自南向北依次流經(jīng)喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)等地州市縣,并在阿瓦提縣域內(nèi)和阿克蘇河交匯,進而匯入塔里木河。葉爾羌河全長1168.45km,屬于塔里木河的主要源流。葉爾羌河主要包括烏魯克河、提孜那甫河等水系,地表水及地下水資源總量達到129.39×108m3。葉爾羌河河床中地下水位埋深最淺,出山口地下水埋深在0～30m。葉爾羌河灌區(qū)包括數(shù)個子灌區(qū),屬于典型的大陸性干旱氣候,年降水量僅為120～210mm,而年蒸發(fā)量卻達到1600～2100mm。隨著灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造工程的建設(shè)與實施,渠系水利用率從實施前的62.8%提升至當前的78.1%,凈灌溉定額持續(xù)下降。灌區(qū)灌溉用水主要引自葉爾羌河河水和開采的地下水,在過去疏于管理的情況下,無序的地下水開采使得灌區(qū)地下水位迅速下降,生態(tài)環(huán)境迅速退化。近年來,隨著對地下水無序開采行為的管制與治理,此類問題得到一定程度緩解,但仍嚴重威脅著灌區(qū)地下水資源平衡及生態(tài)穩(wěn)定。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)葉爾羌河流域中游庫魯克欄桿水文站1980—2021年徑流序列展開頻率計算,通過P-Ⅲ型頻率曲線展開流域最佳徑流頻率分布曲線擬合,以得出測站不同來水頻率對應的年徑流量[1]。結(jié)果顯示,在P=25%、P=50%、P=75%的來水頻率下,水文站年徑流量分別為14.1×108m3、12.2×108m3和11.3×108m3。故以相應來水頻率所確定出的2011、2016、2020年為典型年展開灌區(qū)地下水均衡計算。

文章以新疆葉爾羌河灌區(qū)2011、2016、2020年3個典型年降水量、徑流量、渠系引水量、地下水側(cè)向補給量、灌溉定額、地下水側(cè)向排泄量等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料,展開該灌區(qū)地下水特征及均衡分析,相關(guān)數(shù)據(jù)均來自《新疆統(tǒng)計年鑒(2000—2021)》、《莎車縣統(tǒng)計年鑒(2000—2021)》、《喀什統(tǒng)計年鑒(2000—2021)》及灌區(qū)相關(guān)統(tǒng)計資料。

2.2 研究方法

文章采用平衡計算灌區(qū)地下水補給量、儲存量和排泄量關(guān)系的水均衡法,以評價灌區(qū)地下水儲量變化趨勢及均衡狀況[2]。與數(shù)值模擬技術(shù)相比,水均衡法對灌區(qū)水文地質(zhì)條件具有較低認知度,對資料序列要求也不高,計算便捷,適用范圍廣。故文章通過水均衡法展開葉爾羌河灌區(qū)典型年地下水特征及均衡分析。

3 地下水均衡計算

結(jié)合葉爾羌河灌區(qū)水文地質(zhì)條件及行政區(qū)劃,將灌區(qū)劃分成葉城灌區(qū)、澤普灌區(qū)、莎車灌區(qū)、麥蓋提灌區(qū)、巴楚灌區(qū)、岳普湖灌區(qū)、前海灌區(qū)等7個計算區(qū)。選取2011、2016、2020三個典型年的1月1日～12月31日為均衡分析時段。為反映灌區(qū)地下水循環(huán)特征,還必須確定各計算區(qū)水文地質(zhì)參數(shù),具體包括滲透系數(shù)、給水度、降水入滲補給系數(shù)、水庫入滲補給系數(shù)、河道入滲補給系數(shù)等,以上參數(shù)值主要根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)地下水資源管理條例》、《葉爾羌河灌區(qū)地下水資源及環(huán)境問題調(diào)查報告(2021)》以及相關(guān)文獻研究內(nèi)容予以確定,具體見表1。

表1 葉爾羌河灌區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)取值

3.1 地下水補給量

側(cè)向補給,河道入滲、降雨入滲、渠系入滲、田間入滲及水庫入滲補給等是葉爾羌河灌區(qū)地下水補給的主要來源。根據(jù)水量平衡理論,進行灌區(qū)各計算區(qū)不同保證率地下水平衡狀態(tài)下各典型年地下水補給量,再匯總得到葉爾羌河灌區(qū)地下水總補給量。結(jié)果見表2～表4。

表2 保證率P=25%時葉爾羌河灌區(qū)地下水補給量 108m3/a

表3 保證率P=50%時葉爾羌河灌區(qū)地下水補給量 108m3/a

續(xù)表3 保證率P=50%時葉爾羌河灌區(qū)地下水補給量 108m3/a

表4 保證率P=75%時葉爾羌河灌區(qū)地下水補給量 108m3/a

根據(jù)表2結(jié)果,在P=25%的保證率下,葉爾羌河灌區(qū)地下水總補給量為12.05×108m3/a,側(cè)向補給、河道滲漏補給量、降水入滲補給量、渠系入滲補給量、田間入滲補給量、水庫入滲補給量、井灌回歸補給量分別為1.46×108m3/a、2.22×108m3/a、0.5×108m3/a、4.03×108m3/a、2.08×108m3/a、0.71×108m3/a、1.05×108m3/a,分別占灌區(qū)總補給量的12.12%、18.42%、4.15%、33.44%、17.26%、5.9%、8.71%?？梢娫谠摫ＷC率下,渠系入滲是該灌區(qū)地下水最主要的補給來源,其次為河道滲漏補給和田間入滲補給。

根據(jù)表3結(jié)果,在P=50%的保證率下,葉爾羌河灌區(qū)地下水總補給量為9.04×108m3/a,側(cè)向補給、河道滲漏補給量、降水入滲補給量、渠系入滲補給量、田間入滲補給量、水庫入滲補給量、井灌回歸補給量分別為1.46×108m3/a、1.43×108m3/a、0.37×108m3/a、2.98×108m3/a、1.22×108m3/a、0.71×108m3/a、0.87×108m3/a,分別占灌區(qū)總補給量的16.15%、15.82%、4.09%、32.96%、13.51%、7.9%、9.62%。在該保證率下,渠系入滲仍為該灌區(qū)地下水最主要的補給來源,其次為側(cè)向補給和河道滲漏補給。

根據(jù)表4,在P=75%的保證率下,葉爾羌河灌區(qū)地下水總補給量為8.94×108m3/a,側(cè)向補給、河道滲漏補給量、降水入滲補給量、渠系入滲補給量、田間入滲補給量、水庫入滲補給量、井灌回歸補給量分別為1.46×108m3/a、1.33×108m3/a、0.35×108m3/a、2.95×108m3/a、1.21×108m3/a、0.75×108m3/a、0.89×108m3/a,分別占灌區(qū)總補給量的16.33%、14.87%、3.91%、32.99%、13.53%、8.41%、9.95%。在該保證率下,渠系入滲仍為該灌區(qū)地下水最主要的補給來源,其次為側(cè)向補給和河道滲漏補給。

根據(jù)以上分析,不同保證率下灌區(qū)河道滲漏補給存在較大變化,主要原因在于河道滲漏量受河道過水量的影響較大,而河道過水量又與河道豐、枯有關(guān)[3]。因為灌區(qū)降水少且蒸發(fā)量較大,降水入滲補給占比非常小。自灌區(qū)節(jié)水灌溉續(xù)建配套工程實施以來,渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)持續(xù)增大,引水量和灌溉定額減小;農(nóng)田灌溉機位基本設(shè)置在渠道及農(nóng)田旁側(cè),渠系入滲補給和田間入滲補給明顯減少。由于葉爾羌河灌區(qū)平原水庫運行年限長,庫床存在淤積,基本處于穩(wěn)定滲流過程,故水庫滲漏補給變化小[4]。

3.2 地下水排泄量

側(cè)向排泄、潛水蒸發(fā)、泉水溢出、人為開采等是葉爾羌河流域地下水主要的排泄渠道。根據(jù)灌區(qū)地下水排泄量計算結(jié)果,人為開采排泄量在灌區(qū)總排泄量中的占比達到40.41%～61.28%;其次為潛水蒸發(fā)和泉水溢出,在灌區(qū)總排泄量中的占比依次為14.28%～29.31%和16.19%～19.07%,見圖1。

圖1 葉爾羌河灌區(qū)不同典型年地下水排泄量

葉爾羌河灌區(qū)大部分為細粒土地層,地下水垂直交替運動頻繁,水平徑流緩慢,故側(cè)向排泄基本穩(wěn)定;開采過程造成地下水位下降,潛水蒸發(fā)隨之降低,但因為灌區(qū)潛水蒸發(fā)極限深度為5.0m,故地下水埋深在該極限深度以下的面積變化較小,潛水蒸發(fā)降幅不大[5-7]。

3.3 地下水均衡

通過地下水均衡模型進行葉爾羌河灌區(qū)地下水均衡要素計算及補排均衡分析,結(jié)合以上分析結(jié)果,在保證率依次為P=25%、P=50%、P=75%的情況下,灌區(qū)地下水供需平衡差依次為-0.15×108m3/a、-0.76×108m3/a、-1.34×108m3/a,缺口較大,灌區(qū)地下水資源均衡管理形勢十分嚴峻。此分析結(jié)果也與灌區(qū)地下水變動趨勢及相關(guān)研究成果基本吻合。

4 結(jié) 論

綜上所述,新疆葉爾羌河灌區(qū)葉城灌區(qū)、澤普灌區(qū)、莎車灌區(qū)、麥蓋提灌區(qū)、巴楚灌區(qū)、岳普湖灌區(qū)、前海灌區(qū)等計算區(qū)地下水變動趨勢的影響因素不盡相同,但總變動趨勢和主要影響因素均表現(xiàn)為農(nóng)田灌溉、潛水蒸發(fā)、人為開采等方面。水均衡分析結(jié)果顯示,渠系入滲是該灌區(qū)地下水主要的補給來源,但隨著灌區(qū)節(jié)水灌溉續(xù)建配套工程的建設(shè)實施,渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)持續(xù)提高,渠系入滲補給隨之減少;典型年灌區(qū)地下水均表現(xiàn)為負均衡狀態(tài)[8-10]?；诖?灌區(qū)管理部門必須從影響灌區(qū)地下水補給的各項影響因素出發(fā),采取針對性強的措施嚴格地下水開采管理,強化區(qū)域水資源協(xié)調(diào)調(diào)度,提升水資源開發(fā)使用效益,實現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。