哈密盆地地下水适宜开采量研究

李绅：哈密盆地地下水适宜开采量研究
文地 质概念模 型。 （ ４ ）初始水文地质参数的确 定及参数 区的划分 本次计 算采用 的参数有 ：上层水 ：潜水含水岩组给水度、潜 水含 水岩 组渗透系数 、含水层厚
度 ；下层水：承压含 水岩组弹性储水系数 、承压含水岩组导水系数、弱透水层越流系数 、厚度 。
统 的水 头差极小 ，故越流也极微弱 ，在 本次计算中未 作计算 。
Ｉ Ｉ 系统 内大量开采承压水使水位逐年 下降，水流呈非稳定状态 ，但符合达西定律 。 Ｉ 系统和
Ｉ Ｉ 系统地 下水有着较为密切 的联 系，而 且 Ｉ Ｉ 系统中承 压水 由于大量机井的存在 ，含水层顶板被人
为开凿 了许多 “ 天窗 ”，其水动力特征 与潜水 无异 。因此可将 Ｉ 系统和 Ｉ Ｉ 系统地 下水概化为一层
统计资料 ， ２ ０ １ ０ 年研 究区地 下水的实际开采量为 ５ Ａ ２ 亿ｍ ３模型范 围内地下水的实际开采量为５ ． １ ５
亿ｍ ３ ０预测 的开始时 间从２ ０ １ １ 年１ 月算起 ，初始流场取该时间的流场 图。预测 时，将地 下水 开采 量分别减少 ５ ０ ０ ０ 万ｍ ３ １ ０ ０ ０ ０ 万ｉ ２ ］ 。 、１ ５ ０ ０ ０ 万ｍ。 三种方案，对 地下水位进行预测 。 （ １ ）方案一：在现状地表水利用水平不变 的基础上 ，哈密盆地 中部灌 区每年减少 ５ ０ ０ ０ 万ｍ
件下地 下水水 位的变化 。 通过对计算结果的对 比分析 ， 论证 了不同开采 方案 下的地 下水 降深及其变化 。
不同设计开采 量条件 下的预测结果表 明，要遏制哈密盆地地下水漏斗的进 一步加深和扩展 ，年地下水
开采量必须控 制在 ３ ６ ４ ６ ３ 万ｍ。 以下 ，否则将致 使哈密盆地地 下水漏 斗问题 的进一步加重 ，面临水资源 枯竭的危险。
Ｔ ： ５ 年 Ｏ ｌ ５ 年） 时 ，水位 降深为 ３ ２ ４ ４７ ／ ３ ９ ｍ，年降速为 ０ ￣ ５ ４１ ５ ８ ｍ。Ｔ ： ｉ ０ 年Ｃ ２ ０ ２ ０ 年） 时 ，水位降
深 为４ ３ Ｏ ～１ ２ １ ０ ｍ，年降速为 ０ ． ４ ３ ～ｉ ２ １ ｍ。
（ ２ ）方案 二：在 现状地表水利用水平不变 的基础上 ，哈密盆地 中部灌区每 年减少ｉ ０ ０ ０ ０ 万 ｍ 开采 量 。 开采量减 少１ ０ ０ ０ ０ 万ｍ。 作 为现状开采量 ，随之 井灌回归补给 量减少ｉ ３ ６ ０ 万ｍ。 作 为现状 井灌 回归补给量 。预测结果表 明，４ １ ４ ６ ３ 万ｍ 研 采量条件 下，随着持续开采 ，地 下水水位 降深
表沙化 、盐渍化 ，为 典型的干 旱荒漠景观 。哈密盆地 利用水资源主要有渠系 引地表水 、机井提水、 坎 儿井 引水、泉水等方式 。 ２ ０ １ ０ 年哈密盆地共利 用水 资源 ７ ５ ０ ８ ５ 万ｍ ３ 其 中地表水用水量为 １ ７ ９ ７ ４ 万ｍ。 ，地 下水 开采量５ ７ ｉ ｉ ｉ 万ｍ ３ 主要 用于农灌 、城市绿化 、生活及工业生产 。截至２ ０ １ ０ 年 ，哈
２ 研 究 区概 况
哈密盆地 区域 地质构造孕育 了地形地貌的基本轮廓：北为天山褶皱 带；中部为吐鲁番一哈密
坳 陷带 ；西南为库 鲁克塔格复背斜 ，相应形成 了三大地貌单元 ，北部中高山区、中部平原 区和南
部低 山丘 陵 区 。区 域 上 形成 一个 向 西半 闭 合 的 断陷 盆 地 。
密盆地共有 机井４ ７ ０ ０ 余眼 。 ２ ０ １ ０ 年机井提 水量５ ４ １ ６ ４ 万ｍ ３ 坎 儿井流量为４ ４ ３ ６ 万ｍ ３ 泉水流量为
４ ２ ３ ４ 万 ｍ ３ 。
３ 水 文地 质 概 念 模 型 建 立
以哈密 盆地 为研 究区， 在综合 分析 区 内水文地质条件及所建立的水文地质结构模型 的基础上 ，
水一上层 潜水 ，Ｉ Ｉ Ｉ 系统地 下水概化为 一层水一下层水 （ 承压水 ），２ ０ ０ ｍ以下有一层厚度较大且稳
定的泥岩 ，可视为隔水底板 。 综上所 述，区 内地下水系统可 以概化为 具有第 二类边 界、非均 质、各向异性，上部 Ｉ 、Ｉ Ｉ 系
统潜水一 承压水混合 ，剖面上通过越流潜水一承压水 与下部Ｉ Ｉ Ｉ 系统承压水耦合的三维非稳定流水
６１
时间／ ｍ ｉ ｎ
７ ７ ５ ７ ７ ０ ７ ８ ７ ８ ７ ８
时 间／ ｍｉ ｎ
７ ６ Hale Waihona Puke ７ ６ ０ ７ ５ ５
７ ８ ７ ７
７ ７ ７ ７
３ｌ
３ ３ ４ ６ ３ ８ ９ ４ ２ １ ２ ４ ８ １ ５ ５ ２
３ｌ
２ ０ ０ ５ 的８ 年 累计 降深 。而且近５ 年 ，地下水 下降速率大于 １ 工 ｎ 和１ ５ ｍ的区域不断扩大 ，几乎覆盖 了整
个哈密盆地 。在这种 新的背景 下，如何 合理开发利用与保护地 下水资源 ，实现 哈密盆地地 下水 的
可 持 续 利 用 是 一 个 非 常 迫切 的 问题 。
开采量 。开采量减少５ ０ ０ ０ 万ｍ 作为现状开采量 ，井灌 回归补给量减少６ ８ ０ 万ｍ 作为现状井灌 回归
李绅：哈密盆地地 下水适宜开采 量研 究
一２ １一
补给量 ，预测结果表 明，４ ６ ４ ６ ３ 万ｍ
采量条件下 ，随着持续开采 ，地下水水位 降深愈来愈大 。
二类 流入 边界 。西部及东部边 界概化为 第二类零流量 边界 。南部边界概化为二类流 出边界 。
Ｕ系统 内第 四系承压水系统 中大多仅 有一层 承压水 ，而在局部地段如火石镇东部存在两层承
压水 ， 由于大量 的机井开凿使 ２ 个含水层 间水 力联系十分密切 ， 故均概化为一层承压水 。 在 垂向上， 经 水文地 质勘察证实 ， Ｉ Ｉ 系统承压水不 接受潜水的越 流补给 。Ｉ Ｉ Ｉ 系统承压水在 自然条件下顶托补 给Ｉ Ｉ 系统承压水 ，在开采条件下 ， ｌ Ｉ 系统承压水通过 越流 补给Ｉ Ⅱ 系统承压水 。由于 Ｉ Ｉ 系统和Ｈ Ｉ 系
一
１ ８一
新疆水利
ＸＩ Ｎ Ｊ ］ ＡＮ Ｇ ＷＡ Ｔ Ｅ Ｒ Ｒ Ｅ Ｓ ＯＵ Ｒ Ｃ Ｅ Ｓ
２ ０ １ ３年第 ４期
哈 密 盆 地 地 下 水 适 宜 开 采 量 研 究
李 绅
新疆 水利 水电勘测 设计研 究院，新疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 基于哈密盆地地下水严重超采 ， 论文 以哈密盆地地 ． Ｆ 水水位动态变 化为研 究对象 ， 利Ｍ Ｏ ＤＦ Ｌ Ｏ Ｗ 软件建立 了地 下水水流 的数值模型 ，模拟 了地下水的渗流场。利用所 建模 型预报 了不 同设计开采量条
盆 地的北界为 上升型的中高 山地 （ 巴里 坤山、哈尔里克山 ），海拔 高度２ ０ ０ ０ ￣３ ０ ０ ０ ｍ，最高 峰为４ ８ ８ ８ ｍ。山体呈近东西向展布 ，两侧发 育有 多条河沟 。盆地南边界为稳定的库鲁克塔格 （ 南
天 山）剥蚀低 山丘陵 （ 局部准平 原化 ），海拔一般为７ ５ ０ ～１ ２ ５ ０ ｍ，大部 分基岩被松散堆积物所
确定模拟 区的边 界条件 、各均衡要素 、参数分布等 ，调查 、分析计算研 究区地 下水各补排项 ，进 而建立水文地质概念模 型。 （ １ ）系统边界条件的概化 北部边界含水介质在 边界两侧 呈连续分布 ，为粗颗粒介质 ，该边界系统地下水接受北部地 下
水侧 向径流补给 ，因此该边 界视 为流量输入 （ 补给 ）边界 ；南部边界两侧含水介质呈连续分布 ， 含水介质均为细颗粒物质 ，该边 界系 统地下水 以侧 向径流方式排泄补给下游 区地下水 ，故该边界
各参数初值的确定主要依据抽水 试验 资料 ，在抽水试验控制不足 的地方利用钻孔勘探 资料来确定 各参数 的初值 。 根据研究区的渗流场特 征及 参数初值分布规律 ， 将研 究区分为 ５ 个参数区，其中上
层水 ６ 个参数 区，下层水 ３ 个参数区 。 （ ５ ）模 型识别
经过细致 的调整参数拟合模 型识别结果为 ：潜水观测井水位Ｒ Ｍ ｓ 均方根误差 （ 水头观测值和 模拟值 问误差平方和 的均值 ）为１ ５ ｍ。选取典型观测井Ｇ２ 、Ｇ １ ７ 、Ｇ ３ ７ 、Ｇ１ １ 拟合 图见图１ ，可见 实测水位 与计算水位达到 了较好的拟合， 这说 明所建立 的水文地质概念模型和数 学模型是可靠 的。 从检验拟合结果可 以看 出，潜水井水位拟合的平均绝对值误差为 １ ２ ｍ，所 建立 的数学模型 、确定 的水文地质参数及边界条件都是可靠的 ，可 以运用该模 型进行在 设计开采情况下的地下水位的预
视 为流量输 出 （ 排泄 ）边 界， 由北向南含水介质 由粗颗粒物质变为细颗粒物质 ，地 下水径流条件
由好变差 ，水力坡度减 小；东部 和西部 边界两侧含 水介质呈连续分布 ，地下水流线基本上与边界
平 行 ，所 以东西部边界可视为零流量边 界 。 （ ２ ）水文地质 概念模型
根据 系统 的结构 、埋藏条件、输入输 出特征 ，可将研 究 区地下水系统划分为３ 个子 系统：单一
关键词 ：哈密盆地；Ｍ ＯＤ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ ；地 下水位 ；开采量
１ 引言
哈密盆地 是新 疆水 资源最匮 乏的地 区之一 ，年均降水量３ ５ ３ ｍ ｍ，年蒸发量 达３ ０ ８ ９ ｍｍ，人 均
水 资源量仅为全疆平均水平 的６ ０ ％。因此 ，在极端干旱 的哈密盆地 ，水资源是宝贵 的 自然 资源 ， 它不仅 是哈密荒漠 绿洲形成 、发展和稳定的基础 ，也是制约哈密经济和社会发展 的重要 因素 。近 年来 ，一方面，由于人 口的增加 ，农业 、工业 的快速发展，导致 哈密盆地地下水 的需求量和开采 量逐年增大；另一方面，小型水库 的修建 、渠道防渗率不断提高、高效节水面积 的逐年扩大 ，地 表水 补给地 下水 的量大为减少 。致使地下水水位逐年下降，地下水超采 日益严重 ，地下水资源不 断减 少 。 ２ ０ ０ ５ ＂ － － － ２ ０ １ ０ 年 的５ 年 间， 最大累积 下降深度达到 １ ４ 工 ｎ 以上， 地下水水位下降速 率大于１ ９ ９ ７ ￣
３ ３ ４ ６ ３ ８ ９ ４ ２ １ ２ ４８ １ ５ ５ ２
时 间／ ｍｉ ｎ
时间／ ｍ ｉ ｎ
图 １ 典 型 观 测 井 实 测 水 位 与 计 算 水 位 拟 合 图
４ 模 型的预报及 结果分析
根据２ ０ １ ０ 年研究区地下水的实际开采情况 ， 对 未来 ５ 年和 １ Ｏ 年的地下水水位进 行预测 。 据调查
覆盖 ，洪沟发育 。东西边界受中新生代 隆起 的剥蚀平原 圈闭。
作 者 简 介 ：李 绅 （ １ ９ ８ ６ ￣） ，男 ，汉 族 ， 河 南 省 灵 宝 市 ， 硕 士 研 究 生 ， 主要 从事 水 文水 资源 研 究 。
李绅：哈密盆地地下水适宜开采 量研 究
一１ ９一
盆地 内，北侧 山前第 四系冲洪积 倾斜 平原发育 ，呈条带状东西 向展布 。 自北 向南 由山前带过 渡 到细 土平 原带 ，海拔７ ０ ０ ～１ ５ ０ ０ ｍ，地面坡 降 由ｌ ５ ０ ｏ ￣２ ０ ／ ￣ ｏ ｏ Ｎ３ ‰～ ５ ‰ ，地表较平坦 ，局部地
结构的第四系孑 Ｌ 隙潜水子系统 （Ｉ）、第 四系孔隙潜 水一承压水子系统 （ Ｉ Ｉ ）和第三系孔 隙裂隙 层 间承压水子系统 （ Ｉ ｌ １ ）。 Ｉ 系统分布 于兰新铁路 以北 的戈壁砾石带 ， Ｉ １ 分布于兰新铁路 以南 的
细土平 原带 ，Ⅱ Ｉ 在研 究区内广泛分布 。根据 系统地 质结构及地下水监测资料 ，北部边界概化为第
报。
７ ７ ５ ７ ７ ５ ７ ７ ０
．
７ ７ ０
７ ６ ５
毒７ ６ ５
７ ６ ０
耄 ７ ６ ｏ
７ ５ ５ ３ ６ ５ ６ ６ ９ ９ ７ ３ １ ２ ７ ８ ｌ ５ ８ ２ ６ １ ３ ６ ５ ６ ６ ９ ９ ７ ３ １ ２７ ８ １ ５ ８ ２