王 鋒，候雅東，劉 翠，萬生楠，梁 東

(中國冶金地質(zhì)總局 新疆地質(zhì)勘查院，新疆 烏魯木齊 830000)

地下水作為水資源的重要組成部分，對于保障溫宿縣供水安全、糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全等具有十分重要的作用。由于長期過量開采，導(dǎo)致一些地區(qū)地下水超采嚴(yán)重，水位持續(xù)下降，由此引發(fā)了一系列生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題[1-5]。為查清溫宿縣地下水超采現(xiàn)狀，嚴(yán)格地下水管理和保護(hù)，盡快核定和公布禁采與限采范圍，本文對阿克蘇地區(qū)溫宿縣地下水超采區(qū)進(jìn)行了評價(jià)，研究指導(dǎo)地下水禁采與限采范圍核定工作。

1 基本概況

1.1 水文地質(zhì)

1.1.1 含水巖組特征及富水性

含水層(組)富水性等級采用井徑377 mm、水位降深5 m時的單井涌水量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

(1)單層結(jié)構(gòu)的潛水含水層。①水量極豐富(>5 000 m3/d)的潛水含水層。分布于庫托河三角洲的吐木秀克以南地帶。含水層為卵礫石、砂礫石層，潛水埋深<20 m，滲透系數(shù)一般>18 m/d/最大67 m/d。礦化度<1 g/L，為HCO3型水。以阿熱力、恰格拉克鄉(xiāng)一帶富水性最強(qiáng)，換算涌水量達(dá)36 523 m3/d，向北、向東至溫宿縣附近，富水性有所減弱。②水量豐富(1 000～5 000 m3/d)的潛水含水層。呈條帶狀分布于土木秀克—溫宿鎮(zhèn)—臺蘭河灌區(qū)北部一線及包子山以北庫瑪拉克河兩岸。含水層為砂礫石、中粗砂，潛水埋深西淺東深，土木秀克鄉(xiāng)3～5 m，佳木鄉(xiāng)則10 m左右。滲透系數(shù)5～15 m/d。水礦化度一般<1 g/L，為HCO3·SO4型水，吐木秀克附近Cl離子含量較高。單井換算涌水量2 072～4 865 m3/d。③水量中等(100～1 000 m3/d)的潛水含水層。呈條帶狀分布于古木別孜山前沖洪積扇扇緣地區(qū)。含水層為砂礫石及含礫中粗砂，局部分布有黏性土夾層，潛水位埋深大于7 m，滲透系數(shù)1～6 m/d。礦化度0.3 g/L，水化學(xué)類型SO4·Cl，洪水期HCO3離子含量增高。單井換算涌水量為243～554 m3/d。

(2)多層結(jié)構(gòu)潛水與承壓水含水層。分布于臺蘭河平原314國道以南的廣大地區(qū)。潛水含水層之下在規(guī)劃深度內(nèi)有3層承壓水含水層(組)，可劃分為：潛水水量貧乏(10～100 m3/d)、承壓水水量豐富(1 000～5 000 m3/d)含水層，潛水水量貧乏(10～100 m3/d)、承壓水水量中等(100～1 000 m3/d)含水層2個等級。

1.1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄主要受氣象、水文、地貌及地質(zhì)構(gòu)造等天然因素及水利現(xiàn)狀和水資源開發(fā)等人為因素的影響和控制。在評價(jià)區(qū)西部庫馬拉克河兩岸地下水自北西向南東徑流，水力坡度5‰；托什干河兩岸地下水自西向東徑流，水力坡度3.75‰。臺蘭河平原地下水則由北向南徑流，表征了河水對地下水的補(bǔ)給作用，水力坡度為3.84‰。評價(jià)區(qū)地下水的排泄途徑主要有潛水的蒸發(fā)蒸騰、地下水的側(cè)向流出以及排水渠、平原泉的排泄與人工開采等。評價(jià)區(qū)氣候干旱，蒸發(fā)作用十分強(qiáng)烈，多年平均蒸發(fā)量高達(dá)1 839.6～2 884.5 mm/a，水位埋深小于5 m的面積在區(qū)內(nèi)約占80%，而評價(jià)區(qū)又多為農(nóng)作區(qū)，蒸騰排泄作用較強(qiáng)，且包氣帶巖性以粉土為主，無疑為毛細(xì)現(xiàn)象的發(fā)生提供了良好介質(zhì)。

1.1.3 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

1.2 地下水資源及其開發(fā)利用

1.2.1 地下水資源狀況

根據(jù)《新疆地下水資源》及《新疆溫宿縣地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告》，評價(jià)區(qū)地下水資源量為125 478×104m3/a，實(shí)際開采量為2 490×104m3/a。除庫托河及臺蘭河兩平原北山山前的23 016×104m3/a天然補(bǔ)給量外，其余皆為轉(zhuǎn)化補(bǔ)給量。

1.2.2 地下水開發(fā)利用狀況

2003—2017年溫宿縣年均開采地下水量2 798萬m3/a。2006—2017年，地下水開采量總體上呈增加的趨勢。全縣2018年地下水實(shí)際開采量8 500萬m3/a，其中佳木水源地、阿庫木水源地歷年地下水開采量見表1。

表1 佳木、阿庫木水源地歷年抽水量匯總Tab.1 Summary of water pumping volumes from Jiamu and Akumu water sources over the years

在地下水資源較貧乏、開采條件較差的一般山丘區(qū)、山前地帶地下水實(shí)際開采模數(shù)一般小于0.1萬m3/(km2·a)。

2 地下水超采區(qū)劃分

2.1 水位動態(tài)法

2.1.1 工作分區(qū)

根據(jù)溫宿縣地質(zhì)、水文地質(zhì)特征以及地下水開發(fā)利用規(guī)模，將評價(jià)區(qū)劃分為庫托河灌區(qū)、柯柯亞河灌區(qū)和臺蘭河灌區(qū)。

2.1.2 監(jiān)測井及水位動態(tài)

通過對收集的溫宿縣現(xiàn)有地下水監(jiān)測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后確定選用了160個站點(diǎn)的資料，本文以其中10組為例，計(jì)算了評價(jià)期動態(tài)變化速率，繪制了水位變化速率分布(圖1)。監(jiān)測點(diǎn)水位變化速率計(jì)算統(tǒng)計(jì)見表2和表3。

表2 一般監(jiān)測井下降速率大于0.2 m/a的監(jiān)測井統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of monitoring wells whose descent rate is greater than 0.2 m/a in general monitoring wells

表3 重點(diǎn)監(jiān)測井下降速率統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of decline rate of key monitoring wells

圖1 變化速率分布Fig.1 Change rate distribution

2.1.3 初步劃分結(jié)果

按照上述劃分標(biāo)準(zhǔn)及資料統(tǒng)計(jì)情況，全縣共劃分地下水超采區(qū)2處，總面積1 013.23 km2。嚴(yán)重超采區(qū)2處，嚴(yán)重超采區(qū)面積67.88 km2。各超采區(qū)基本情況見表4。

表4 動態(tài)法劃分超采區(qū)基本情況Tab.4 Basic situation of the dynamic method to divide the over-mining area

2.2 開采系數(shù)法

(1)劃分標(biāo)準(zhǔn)。以地下水開采系數(shù)為評判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃分，將開采系數(shù)分為3個區(qū)：<1.0，1.0～1.3，>1.3，年均地下水開采系數(shù)1.0～1.3的區(qū)域劃分為一般超采區(qū)，評價(jià)期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)大于1.3的區(qū)域劃分為嚴(yán)重超采區(qū)。

(2)計(jì)算單元。根據(jù)收集的資料情況，首先，將計(jì)算單元劃分為庫托河灌區(qū)和臺蘭河灌區(qū)；其次，將臺蘭河灌區(qū)劃分為柯柯亞水源地、佳木水源地、阿庫木水源地以及零星開采的區(qū)域；最后，將灌區(qū)按行政單元進(jìn)行劃分計(jì)算單元。另外，根據(jù)此次收集資料，僅計(jì)算地下水開采系數(shù)。

(3)初步法劃分結(jié)果。根據(jù)收集資料及計(jì)算結(jié)果，評價(jià)區(qū)評價(jià)期內(nèi)開采系數(shù)均小于1.0，全區(qū)未出現(xiàn)超采現(xiàn)象。

2.3 引發(fā)問題法

(1)劃分標(biāo)準(zhǔn)。采用環(huán)境災(zāi)害法劃定地下水超采區(qū)，由于地下水開采引發(fā)地面沉降、地裂縫、地面塌陷、土地沙化、海(咸)水入侵、泉水流量衰減、濕地范圍變小等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題的分布及其嚴(yán)重程度，進(jìn)行劃分，地表環(huán)境發(fā)生輕微變化的區(qū)域劃分為一般超采區(qū)，引發(fā)了較嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)害(如土地沙化、地面塌陷、水質(zhì)惡化等)的區(qū)域劃分為嚴(yán)重超采區(qū)。

(2)引發(fā)問題分析及相關(guān)參數(shù)計(jì)算。由于此次外業(yè)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)地面沉降、地裂縫、地面塌陷、土地沙化、泉水流量衰減等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題，相關(guān)部門也缺乏相關(guān)的地面沉降、泉水流量衰減等監(jiān)測資料，僅通過訪問，評價(jià)區(qū)地下水存在咸化的現(xiàn)象，因此采取了部分樣品進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，此次環(huán)境災(zāi)害法劃定地下水超采區(qū)采用單指標(biāo)法確定評價(jià)期初、末地下水水質(zhì)的類別指標(biāo)進(jìn)行劃分。

(3)初步劃分結(jié)果。按照上述劃分標(biāo)準(zhǔn)及資料統(tǒng)計(jì)情況，全縣共劃分地下水超采區(qū)2處，總面積497.26 km2。嚴(yán)重超采區(qū)2處，嚴(yán)重超采區(qū)面積360.56 km2。新疆溫宿縣地下水超采引發(fā)問題(水質(zhì)變化)分布如圖2所示，基本情況見表5。

圖2 新疆溫宿縣地下水超采引發(fā)問題(水質(zhì)變化)分布Fig.2 Distribution of problems (water quality changes) caused by groundwater overexploitation in Wensu County，Xinjiang

表5 引發(fā)問題法劃分超采區(qū)基本情況Tab.5 Basic situation of dividing over-mining areas by the method of raising problems

2.4 超采區(qū)復(fù)核

由于溫宿縣未做過地下水超采區(qū)評價(jià)，因此本次超采區(qū)復(fù)核僅根據(jù)上述3種方法初步劃分的超采區(qū)，通過相互疊加的方法對初步劃分的超采區(qū)進(jìn)行了復(fù)核。

2.5 超采區(qū)劃分結(jié)果

2.5.1 初步劃分結(jié)果比對分析

根據(jù)上述3種方法初步劃分結(jié)果，水位動態(tài)法劃分的范圍最大，包含了引發(fā)問題法劃分的大部分范圍，此次野外調(diào)查實(shí)際開采量時各開采井沒有安裝計(jì)量設(shè)備，當(dāng)?shù)匾矝]有詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)資料，僅通過收集的資料進(jìn)行推算實(shí)際開采量，開采系數(shù)法沒有劃分出超采范圍。因此，初步劃分的結(jié)果相差較大。

2.5.2 超采區(qū)劃分結(jié)果

(1)超采區(qū)面積。根據(jù)邊界調(diào)整與修正結(jié)果，得出溫宿縣地下水超采區(qū)總面積1 633.71 km2。其中，一般超采區(qū)4處，總面積1 236.11 km2。嚴(yán)重超采區(qū)3處，嚴(yán)重超采區(qū)面積397.61 km2。

(2)溫宿縣地下水超采區(qū)分類及成果見表6。

表6 溫宿縣地下水超采區(qū)分類及成果Tab.6 Classification and results of groundwater overexploitation areas in Wensu County

3 地下水超采區(qū)評價(jià)與復(fù)核

3.1 超采區(qū)數(shù)量、面積與分布

根據(jù)前述結(jié)果，溫宿縣地下水超采區(qū)7處，總面積1 633.71 km2?；厩闆r見表7。

表7 溫宿縣地下水超采區(qū)基本情況Tab.7 Basic situation of groundwater overexploitation area in Wensu County

3.2 生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題

溫宿縣地下水超采區(qū)范圍內(nèi)，目前沒有發(fā)現(xiàn)地面塌陷、地裂縫、地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。說明溫宿縣地下水超采區(qū)范圍內(nèi)暫時未因地下水超采引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)問題。僅在部分區(qū)域存在水質(zhì)咸化現(xiàn)象。 溫宿縣地下水超采區(qū)初步形成。一方面是由于水資源管理尚有欠缺，另一方面也與近幾年的降水和地表水利工程建設(shè)有關(guān)。

4 地下水禁采區(qū)與限采區(qū)劃分

4.1 劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《全國地下水超采區(qū)評價(jià)技術(shù)大綱》，禁采區(qū)和限采區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)在嚴(yán)重超采區(qū)內(nèi)，下列區(qū)域應(yīng)劃為禁采區(qū)。①城市管網(wǎng)覆蓋并能滿足供水要求的地區(qū)；②具備其他替代水源條件的地區(qū)；③發(fā)生了嚴(yán)重生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題的區(qū)域；④高速鐵路等國家重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)區(qū)、重要文物保護(hù)區(qū)；⑤其他需要禁采的區(qū)域。

(2)在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域，應(yīng)全部劃為限采區(qū)。

4.2 禁采條件分析

根據(jù)此次野外現(xiàn)狀調(diào)查，溫宿縣地下水超采區(qū)現(xiàn)狀最大靜水位埋深為 33.5 m，遠(yuǎn)沒有達(dá)到地下水水位低于相應(yīng)地下水開發(fā)利用目標(biāo)含水層組厚度的4/5標(biāo)準(zhǔn)，沒發(fā)現(xiàn)地下水質(zhì)發(fā)生水質(zhì)惡化達(dá)到Ⅴ類水的現(xiàn)象，因此根據(jù)現(xiàn)有資料，將溫宿縣地下水中型超采區(qū)中高礦化度區(qū)劃定禁采區(qū)。

4.3 禁采區(qū)劃分

地下水禁采區(qū)劃分。根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)和溫宿縣的實(shí)際情況，將嚴(yán)重超采區(qū)中高礦化度區(qū)劃為地下水禁采區(qū)，其他地下水超采區(qū)全部劃分為限采區(qū)。共劃分禁采區(qū)2個，分別是佳木鎮(zhèn)種羊場一帶和古勒阿瓦提東部四大隊(duì)一帶，共計(jì)85.84 km2。

4.4 限采區(qū)劃分

在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域全部劃為限采區(qū)，共計(jì)1 547.87 km2。

5 地下水超采區(qū)治理建議

5.1 地下水監(jiān)測

溫宿縣水利系統(tǒng)目前沒有深層承壓水動態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)。而深層承壓水超采引起的地面沉降及其危害也嚴(yán)重得多。因此，深層承壓水采區(qū)的地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)急需建立。根據(jù)水文地質(zhì)條件特點(diǎn)，溫宿縣深層承壓水采區(qū)需設(shè)深層承壓水動態(tài)監(jiān)測井。

5.2 日常監(jiān)督管理

溫宿縣水利局每年分別于年初、汛前、汛后定期發(fā)布《溫宿縣平原區(qū)地下水通報(bào)》，統(tǒng)計(jì)分析平原區(qū)地下水水位動態(tài)。其中，包括超采區(qū)的地下水位升降變化情況?！稖厮蘅h平原區(qū)地下水通報(bào)》的發(fā)布為各級有關(guān)部門和公眾了解地下水資源與環(huán)境現(xiàn)狀、制定地下水資源開發(fā)利用與保護(hù)對策提供了重要依據(jù)。為更好地開展地下水超采區(qū)的治理，提出以下日常監(jiān)督管理的建議。

5.3 水資源配置

溫宿縣地下水超采區(qū)主要位于臺蘭河平原地區(qū)，這些地區(qū)降水量相對較小，當(dāng)?shù)氐乇硭臄r蓄利用條件也相對較差，但這些地區(qū)大都位于三水轉(zhuǎn)化區(qū)，或者具備引地表水條件。因此，溫宿縣地下水超采區(qū)的治理必須充分發(fā)揮客水資源的優(yōu)勢，搞好水資源配置。

對于柯柯亞河、臺蘭河以及喀拉玉爾滾河水能夠到達(dá)的地區(qū)，可以用地表水替代地下水；對于廣大的引地表水的灌區(qū)，必須加強(qiáng)灌區(qū)上下游之間水資源的統(tǒng)一管理，通過政策扶持促進(jìn)灌區(qū)中上游地區(qū)加強(qiáng)機(jī)井建設(shè)，實(shí)行井渠雙灌，把節(jié)省下來的地表水河水引向地下水超采地區(qū)。

一方面臺蘭河灌區(qū)存在大量地下水超采區(qū)，另一方面在引地表水自流灌區(qū)還存在大范圍的地下水淺埋區(qū)。在淺埋區(qū)不僅大量地下水白白消耗于潛水蒸發(fā)，造成水資源浪費(fèi)，同時還存在鹽堿漬澇的危害和潛在威脅。大部分淺埋區(qū)屬于宜井區(qū)，可以發(fā)展機(jī)井灌溉。因此，加強(qiáng)流域和灌區(qū)上下游之間水資源的統(tǒng)一管理，通過政策扶持促進(jìn)淺埋區(qū)地下水的開發(fā)利用，是解決溫宿縣水資源短缺、治理地下水超采、改善溫宿縣地下水環(huán)境的一條有效的和必要的手段。

6 結(jié)論

(1)通過對地下水超采區(qū)的劃分，宿縣地下水超采區(qū)總面積1 633.71 km2。其中，一般超采區(qū)4處，總面積1 236.11 km2。嚴(yán)重超采區(qū)3處，嚴(yán)重超采區(qū)面積397.61 km2。

(2)通過對地下水禁采區(qū)與限采區(qū)的劃分，共劃分禁采區(qū)2個，分別是佳木鎮(zhèn)種羊場一帶和古勒阿瓦提東部四大隊(duì)一帶，共計(jì)85.84 km2。在地下水超采區(qū)內(nèi)，除禁采區(qū)外的區(qū)域全部劃為限采區(qū)，共計(jì)1 547.87 km2。

(3)提出了地下水超采區(qū)治理建議，主要包括地下水監(jiān)測、日常監(jiān)督管理、水資源配置等相關(guān)建議。