天山北麓三工河流域地下水资源及可开采量评价

三工河流域地处新疆天山北坡。河流发源于天山博格达峰，形成独立的小河流域。流域的自然景观和地貌单元完整，具有大流域的分布规律。为此可以设想采用新思路、新途径、新技术，在充分利用流域的供用水资料和地下水监测资料的基础上，采用多种计算评价方法，对流域地下水资源量、可开采量、超采量、地表水与地下水转化关系等重大问题展开全面研究，期望总结出新疆中小流域地下水可开采量的评价方法及地下水开发利用模式。

1.流域水资源利用现状

（1）地表水资源。流域内阜康市的九运街乡和城关乡灌溉面积约为12.3万亩，灌溉水源以地表水为主，地下水为辅；中部的六运湖农场灌溉面积6.0万亩，地表水、地下水灌溉各占50%；下游222团灌溉面积8.0万亩，主要由渔尔沟水源地和场区机井供水，三工河冬闲水和部分洪水可进入冰湖水库 （库容1500万m3）调节供水。根据 （1985～1999年）统计资料，流域多年平均引入地表水量7990万m3 （包括引入灌区和进入水库水量）。

（2）地下水资源。①冲洪积扇中上部：地下水开采形式主要是大分散小集中。据统计，阜康市城关乡共有机井95眼，年平均开采地下水597万m3，九运街乡共有机井159眼，年平均开采地下水796万m3，阜康市生活用水和准东石油指挥部生活用水年平均开采地下水341万m3；②溢出带：该区主要是渔尔沟水源地集中开采，抽取地下水进入冰湖水库，经调节供给下游222团灌区。据统计，1985～1999年多年平均地下水开采量为2377万m3；③冲洪积平原，该区由于地下水埋深浅，加之排水不畅，引地表水灌溉后，土壤次生盐碱化严重。自20世纪60年代以来，在该区采用竖井排灌形式开采地下水，增加灌溉水源，调控地下水位，预防盐碱。到目前为止，六运湖农场，多年平均开采地下水469万m3，222团多年平均开采地下水约299万m3。

2.水均衡模型的应用

依据三工河流域水文地质特征，以地下水溢出带为界线，将流域划分为两个水均衡计算区，即上游水均衡区：包括阜康市的九运街乡南部、城关镇、阜康市城区和准东石油基地；下游水均衡区：包括冰湖水库以下的六运湖农场、阜北农场和九运街乡的北部。模型中的各项数据（河道来水、各灌区引水量、地下水开采量、灌溉面积、灌溉定额及地下水天然补给量等）均引自阜康市水利局、六运湖农场和222团。主要计算结果见表9-1。

表9-1　历年水均衡计算结果汇总表　单位：万m3

（1）地表水平衡计算，根据三工河流域1985～1999年15年系列资料进行水平衡计算可知，地表水资源总量为9194万m3，灌区引入地表水量为7990万m3，其中直接引入灌溉水量为6283万m3，水库引入量1707万m3。灌区农业耗水量为6184万m3。

（2）地下水平衡计算，1985～1999年三工河流域多年平均地下水总补给量为6478万m3，其中，侧向补给量2266万m3，渠道渗漏、田间入渗、林地生态入渗、水库入渗等转化补给量为4212 万m3。转化补给量占总补给量的65.0%，占流域地表水资源的45.8%，占供水总量（包括地表水与地下水供水量）的32.7%，流域地下水总排泄量为7467万m3，每年动用储存量999万m3。

根据地下水动态观测资料，每年动用的储存量主要发生在溢出带以上，导致地下水位逐渐下降，平均每年下降约0.5m，平均每年动用地下水储存量1144万m3。

（3）耗水量平衡计算，见表9-2，由表可知流域河道来水加地下水侧向补给与侧向排泄的差值为可供的消耗量，即流域每年可供消耗量为11045万m3，多年平均实际耗水量为12035万m3，多动用地下水储存量989万m3。

表9-2　历年耗水平衡计算结果汇总表　单位：万m3

3.地下水数值模型应用

根据三工河流域地质、水文地质资料和1985～1990年6年系列观测资料 （水文、灌溉引水量、地下水开采量、地下水位、灌溉面积、水利工程状况等），建立地下水模拟模型，再利用1985～1999年15年系列资料进一步校核模型、率定参数，模拟计算地下水补给量和地下水开采量。

（1）地下水模型识别与参数率定。根据1985～1999年 （180个月）地下水动态长观资料，选择12个观测孔对其观测水位进行拟合。经反复调试计算，使模拟水位与实测水位基本吻合为止，其拟合结果见图9-4～图9-7。由图可看出各观测孔计算模拟值与实测值偏差很小，可说明模型选用正确，参数符合含水层实际。

（2）现状地下水均衡模拟结果。模拟识别期1985年1月～1999年12月的年均衡计算结果见表9-3、表9-4。

由计算结果表可知，溢出带以上地下水均衡为负均衡，储存量平均每年减少约1055万m3，占地下水开采量的26.5%。(www.xing528.com)

溢出带以下地下水均衡为正均衡，储存量平均每年增加约111万m3，占下游地下水开采量的12.4%。

表9-3　三工河流域地下水模型模拟均衡计算结果表 （上游）　单位：万m3

表9-4　三工河流域地下水模型模拟均衡计算结果表 （下游）　单位：万m3

图9-4　B4孔水位动态对比表

图9-5　B19孔水位动态对比表

图9-6　B55孔水位动态对比表

综上分析可以看出，在1985年1月～1999年12月期间，流域上游地下水开采量平均每年超采1055万m3，而下游每年约有111万m3 开采潜力。

4.水资源开发利用现状分析

图9-7　B58孔水位动态对比表

（1）现状地下水开采量评价。根据地下水资源计算成果，对三工河流域现状情况地下水资源分析如下。①从流域水资源转化分析：根据水均衡计算结果，流域15年平均地表径流量为9194万m3，灌溉引入地表水量为7990万m3，占来水量的86.9%；流域地下水总补给量为6478万m3，其中地表水转化补给量为4212万m3，占地表来水量45.8%；地下水开采量4878万m3，占地下水总补给量的75.4%。尽管地下水开采量小于其补给量，由于开采布局不合理，导致流域多年地下水动态呈下降趋势，溢出带以上地下水位每年下降0.5m，溢出带以下地下水位稍有上升。水均衡计算流域地下水年超采989万m3，地下水数值模拟超采量为944万m3，即地下水年超采量944万～989万m3，大约1000万m3。②从流域耗水量分析：流域地表来水与地下水侧向补给量之和为流域水资源总量，减去流出流域的地表水和地下水，为流域可供消耗量，即11045万m3，流域实际多年平均耗水量12035万m3，大于可供消耗量990万m3，此量与地下水超采量944万～989万m3 基本一致。因此，流域用水量超过其承载能力。③从地下水可开采量分析：通过两种方法计算，流域地下水可开采量为流域多年平均实际开采量减去多年平均超采量，即4878万m3-1000万m3=3878万m3。若将地下水可开采量分解为侧向补给量和流域转化补给两部分。用流域地下水可开采量减去稳定的地下水侧向补给量，即3878万m3-2266万m3=1598万m3，剩余部分为流域转化补给量构成的地下水可开采量，即占流域转化补给量的38.5%，占流域地表水引水量的17.1% （扣除过境水量）。若将稳定的地下水侧向补给量全部视为地下水可开采量，则流域地下水可开采量应为：稳定的地下水侧向补给量+Min（流域地表水引水量17%，或流域转化补给量的38%）。④从不同水文地质单元地下水可开采量分析：三工河流域地下水超采并不是全流域地下水超采，超采主要集中于流域溢出带以上的戈壁砾石带。由水均衡法和数值模型两种方法计算分析可知：三工河流域上游（溢出带以上）地下水开采量4110万m3，动用地下水储变量-1055万m3，扣除上游地下水超采量，地下水可开采量为3002万m3，再减去稳定的地下水侧向补给量2266万m3/a，转化补给形成的地下水开采量为736万m3，占转化补给量的30.9%，占地表水引水量的12.5%，流域上游（溢出带以上）地下水的可开采量为稳定的地下水侧向补给量+Min（流域上游地表水引入量的12.5%，流域上游转化补给量的31%）。三工河流域下游（溢出带以下）地下水实际开采量879万m3，储变量+111万m3，地下水位处于缓慢上升状态。由于新疆各流域上下游水力联系相对较弱，地下水可开采量仅考虑地表水转化形成的补给量，即地下水可开采量为地表水引入量的23%或转化补给量的36%。

从目前三工河流域地下水动态情况看，地下水超采还没有使流域生态环境恶化。近年来，由于溢出带以下地表水引入量增多，地下水开采量减少，地下水位呈缓慢上升趋势。由此可知，流域地下水超采的最大问题就是持续动用戈壁砾石带的地下水储存量，若能按3800万m3/a控制地下水开采，三工河流域将会是一个很好的水资源高效利用，地表水与地下水联合调度，水资源分配合理的内陆干旱流域的典范。

（2）地下水可开采量分析研究。通过水均衡法和地下水数值模型法计算成果，三工河流域地下水和可开采量分析如下：①三工河流域地下水超采量约1000万m3/a，若扣除流域中的超采量，流域的地下水可开采量为3800万m3/a，为流域地表水引水量的17%加流域稳定的地下水侧向补给量。这个结论适用于天山北坡水资源利用率较高的地区（渠系利用系数η不小于65%，水综合利用系数不小于55%）；②对于流域而言，地下水可开采量=稳定（天然）侧向补给量+Min （流域地表水总引水量17%，流域转化补给量的38%，或者地下水可开采量占流域总补给量的59%）；③三工河流域平原区地下水补给主要是灌溉引水转化而来，通过20～30年地下水动态分析和15年水均衡、数值模拟计算，地下水可开采量控制在引入灌区水量的23%～25%，或评价区转化补给量的36%。这样既可控制地下水位，防止土壤盐碱化，又可提高水资源的利用率，并且不会影响灌区内和灌区周边生态环境。