昌吉市地下水动态变化对下游生态环境的影响_郭龙华.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 026昌吉市地下水动态变化对下游生态环境的影响郭龙华(昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)摘要由于对地下水开发利用的认识不足，昌吉市一些集中开采区的地下水不同程度超采，甚至部分地区地下水超采严重，地下水位持续下降，引发了诸如生态环境恶化等生态问题。本文分析了昌吉市地下水埋深年内变化趋势、空间分布规律、埋深多年变化趋势、地下水矿化度变化趋势和变化的原因。研究结果显示，地下水矿化度下降原因为昌吉市地下水水位的持续下降，且地下水位的持续下降会对下游脆弱的生态环境造成严重破坏。关键词地下水;动态分析;埋深;生态环境中图分类号P641 74文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0079 02收稿日期2022 10 17作者简介郭龙华(1990 )，男，河南扶沟人，工程师，主要从事水文水资源分析调查方面工作。1地理位置昌吉市是昌吉回族自治州首府所在地，位于天山北坡中段、准噶尔盆地南缘，介于东经 862433 873700及北纬432630 452000之间，整体地形由南到北呈狭长带状分布。昌吉市地处中纬度欧亚大陆腹地，以昌吉市气象站为平原区代表站，根据昌吉市气象站降水统计，多年平均降水量187 3 mm。其中春季降水量 62 5 mm，占分析区年降水总量的 33 4%;夏季降水量 57 6 mm，占年降水总量的 30 8%;秋季降水量 37 8 mm，占年降水总量的 20 2%;冬季降水量29 5 mm，占年降水总量的 15 8%。昌吉市年降水量相对较小，属于干旱地区。区域内只有三屯河和头屯河两处水系，主要用水水源为三屯河地表水。受气候与水资源条件影响，昌吉市地下水开采量较大。2地下水水位变化趋势分析昌吉市现有国控井 14 眼，州控井 3 眼，市控井 29 眼，其中国控井及州控井隶属于水文局，市控井隶属于水利局。2 1现状地下水埋深与分布国控井 2016 年建成，2017 年试运行，2018 年正式观测，14 眼国控井均匀分布于昌吉市地下水开采区域，基本可代表昌吉市平原区地下水水位现状情况。通过分析 2020 年昌吉市 14 眼国控井 4 个季度地下水水位埋深状况，可较为直观的得到昌吉市现状地下水埋深和分布情况。2 1 1埋深年内变化趋势昌吉市现状地下水埋深年内变化趋势选用 2020 年经整编后的国控井埋深数据进行分析。昌吉市地下水水位埋深第一季度处于全年最小水平，三季度埋深处于全年最大水平。总体趋势处于一至三季度埋深逐次增大，至四季度埋深开始回落。昌吉市现状年平均水位埋深变化趋势见图 1。昌吉市 2020 年地下水水位埋深变化规律充分反应出了昌吉市用水规律。据调查，昌吉市 2020 年全年开采地下水量为 1 51 亿 m3，其中农业灌溉开采地下水量为 1 22 亿 m3，占全年开采地下水总量的 81%，可见昌吉市地下水主要用于农业灌溉。根据昌吉市农业灌溉灌溉用水月统计值分析，昌吉市农业灌溉主要用水时段在每年的 4 中旬至 10 月底。该时段昌吉市地下水开采量也处于高峰期。尤其是每年的 7 8 月农业灌溉需水量处于全年最高水平。相应地下水开采量也处于全年最高水平。地下水的开采量时段变化直接影响了昌吉市地下水埋深年内变化趋势。图 1昌吉市地下水位埋深年内变化趋势图2 1 2埋深空间分布规律从 2020 年昌吉市地下水水位埋深年内变化分析成果可知，昌吉市一季度地下水位全年最高，原因在于昌吉市地下水在 10 月份后基本停止开采，补给量大于开采量，地下水位得到有序回升，基本代表天然状态下昌吉市地下水水位分部情况。昌吉市一季度国控井地下水埋深变化等值线见图 2。图 2昌吉市 2020 年一季度埋深等值线图图 2 中昌吉市地下水位等值线基本呈现出南大北小的变化趋势。同一纬度又呈现东大西小的趋势。为更为直观分析昌吉市地下水开采区水位埋深空间分布特点，绘制昌吉市行政界地下水埋深分布图见图 3。昌吉市地表水域对周边地下水位埋深有一定的影响。图3 分析可知，昌吉市地下水在地表水水域附近的埋深会小于972023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3远离水域的区域。可得到昌吉市的地下水和地表水的补充关系为地表水向地下水进行补给，也可以推断，昌吉市地下水水位低于地表水水域水位，昌吉市地下水总体埋深相对较大。昌吉市地下水最小埋深点位于昌吉市北部滨湖镇和佃坝镇交界处。图 3昌吉市行政界地下水埋深分布图2 2地下水埋深多年变化昌吉州有州控井 3 眼，市控井 29 眼，由于国控井水位观测数据年代相对较短，且数量相对较少，其水位代表性相对较差。本次分析选取昌吉市 29 眼市控井 32 年的历年埋深平均值数据来分析昌吉市地表水埋深多年变化趋势。昌吉市地下水埋深历年动态见下图。图 4昌吉市市控井地下水埋深动态图分析图 4 可知，昌吉市地下水埋深总体趋势呈现上升趋势，各观测井地下水埋深变化趋势基本一致。昌吉市地下水埋深起涨时间点分别为 1988 年和 2006 年，这两年之后一个时段，昌吉市地下水埋深增大幅度急剧增加，但比较而言，2006 年之后的水位埋深变幅最为突出。昌吉市地下水埋深增大对下游薄弱的荒漠生态环境造成了不可逆的破坏。3地下水矿化度变化趋势昌吉市市控井矿化度进行了化验分析，整编后作为成果资料进行整理记录。本次分析选取昌吉市地下水井 32 年的实测水质矿化度资料进行统计分析，以期对昌吉市地下水水质变化规律进行分析。并找出历年昌吉市地下水水质变化规律的原因所在。采用昌吉市 32 a 实测矿化度资料进行统计分析，绘制历年昌吉市市控井矿化度平均值绘制过程线见图 5。图 5昌吉市市控井地下水水质矿化度动态图从图 5 分析可知，昌吉市地下水矿化度总体呈现下降趋势。下降趋势较大的年份转折点也出现在 2006 年左右，与水位埋深变化转折时间点基本一致。地下水的矿化度下降有诸多原因，主要为以下几点:(1)地下水补给源的原始化学性质。由于来自补给源的地下水含盐情况不同，地下水的含盐成分和数量亦不相同。昌吉市地下水补给源主要为降水、地表水等水体的补给，补给源并未发生变化，故可基本排出此类因素影响。(2)含水层性质及其与地下水的相互作用。地下水在含水层中运动，含水层中的盐类将溶解于地下水中或发生其他反应，使地下水矿化度发生变化。昌吉市地下水存储、运移环境未发生变化，也可排出此类因素影响。(3)有机体对地下水矿化度的影响。由于植物根系吸收水分和养分的能力不同，地下水的含盐浓度和盐类离子的组成也将改变。由于地下水和含水层中的氧化一还原电位依赖于微生物的活动，含水层中的微生物也会使地下水发生一系列的生物化学反应，改变水质。昌吉市植被种类和地下水微生物种类均未发生大的变化，故也可基本排出此类因素影响。(4)参与地下水水量平衡的各项因素对地下水矿化度的变化规律有着重要影响。地下水矿化度与地下径流速度有关。地下径流移动速度快，与含水层岩石相互作用少，矿化度就小。地下水水位高，蒸发消耗大，矿化度就高。昌吉市地下水水位多年来基本呈现出下降趋势，上游山区补给源及水量未发生变化，中游由于人类开采造成地下水径流对下游地下水补给量减少。从而造成上下游比降增大，增加了地下径流运移速度。使地下径流与含水层岩石相互作用少，矿化相应续较少。从昌吉市地下水埋深变化趋势和地下水矿化度变化趋势转折点来看，最大的变化转折点时间均出现在 2006 年左右，进一步佐证了昌吉市地下水矿化度减少原因在于昌吉市地下水埋深的增大。4地下水水位下降对环境的影响昌吉市分析区属干旱区，水资源供需矛盾较为突出。昌吉市下游生态植被主要靠吸收当地地下水而存活，地下水水位的严重下降，致使大部分区域地下水埋深已降至生态存活极限埋深(6 0 m)以下。如若不采取措施，肆意开采地下水，终会给下游脆弱的生态环境造成严重破坏。昌吉市地下水补给主要依靠天然的山前侧渗与降水入渗补给，其次是绿洲区地表水(灌溉等)入渗补给。而在昌吉市评价区甘莫公路以北的准噶尔盆地荒漠区，地下水天然补给微弱、基本无地表水灌溉入渗补给，生态环境极为脆弱，现状人工开采相对较大(北部荒漠农场区)，对生态环境负面影响及危害程度也相对较大，致使昌吉市下游生态环境异常脆弱，已引发当地甘莫公路以北的准噶尔盆地荒漠区生态环境的恶变趋势。5结语文章从昌吉市地下水埋深和分布现状、昌吉市地下水埋深多年变化和地下水矿化度多年变化三方面着手，对昌吉市地下水埋深和矿化度变化趋势进行了详细分析。从而得出昌吉市地下水矿化度下降原因为昌吉市地下水水位的持续下降。在昌吉市地下水埋深分析的基础上，分析得到了地下水水位持续下降对昌吉市北部荒漠区的脆弱生态环境影响。昌吉市应高度重视地下水保护工作，在可开采范围内合理规划地下水开采量，通过退地减水、完善水利工程增加地表水使用比例的措施保障昌吉市地下水埋深不会持续增加。08第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月