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乌苏市位于天山北坡经济带,总面积约14388km2。奎屯河、四棵树河及古尔图河发源于天山脚下,为区域水资源利用提供良好条件。地下水开发利用也较为广泛,主要用于农业灌溉,近10年来耕地面积与地下水开采量整体呈现上升趋势,引发了地下水位下降及超采等问题。本文重点分析了地下水埋深动态变化及人类活动驱动因素,明确了不同时期地下水资源量、水化学特征及其变化趋势,利用数值模拟软件(Processing MODFLOW)建立研究区地下水流数值模型,模拟不同条件下地下水位动态变化。主要研究结论如下:
(1)地下水位的动态变化受人为活动影响。监测井年内数据显示,每年4月~10月农业灌溉用水高峰期,水位变幅大,基本在10m以上;年际变化数据显示,变化速率在-0.85~-1.71m/a之间,水位整体呈下降趋势。土地利用面积、灌溉水量、灌溉方式的改变影响地下水位,2008~2017年土地利用面积由66.4×103hm2增加到142.83×103hm2,增长了2.2倍,地下水开采量由1.33×108m3增加到3.24×108m3,通过灰色关联度分析法,得到地表水引水量的减少与地下水开采量的增加是影响该区域地下水位动态变化的主要驱动因素。
(2)乌苏市地下水位的动态过程是地下水资源量变化的一个客观指标。通过地下水均衡法计算得到平原区2018年地下水资源总补给量为5.5016×108m3/a,总排泄量为6.2379×108m3/a,均衡差为-0.7363×108m3/a。1998年、2011年、2014年研究区地下水资源量与此次计算结果对比,结果显示,地下水处于负均衡状态,水位下降过程中地下水资源量也在减少。
(3)通过样本资料分析可知,研究区潜水水化学类型以SO4·Cl-Na、Cl-Na型水为主,潜水样品中酸碱度(pH)、总硬度(TH)、溶解性总固体(TDS)、K++Na+、Cl-、SO42-超标样品较多,矿化度大于1g/L的潜水主要分布于地下水溢出带附近及北部团场,水质相对较差。承压水水化学类型以HCO3·SO4-Ca型水为主,超标样品较少,承压水的水质普遍较好,可作为生活及灌溉用水。通过对比1998年、2011年、2018年水质评价结果,研究区水化学特征及矿化度未发生较大变化。
(4)通过建立数值模型,对2025年和2030年地下水位的变化趋势进行了预测。若乌苏市持续以现状开采量开采地下水,中、远期地下水均衡差将逐步扩大,20m以内埋深面积缩减,地下水必将向深埋深趋势发展;在用水总量控制指标下开发地下水,中、远期地下水均衡差由负变为正,浅埋深面积增长,水位逐步上升,可达到治理效果,2025年、2030年地下水资源量逐渐增加,0~2m浅埋深面积分别为320.72km2、510.14km2,为水位恢复提供保障;对于治理后水位大幅上升产生的盐渍化问题,选用可开采量作为指标进行模拟,0~2m浅埋深面积分别为302.63km2、355.61km2,可降低土壤盐渍化风险。
(1)地下水位的动态变化受人为活动影响。监测井年内数据显示,每年4月~10月农业灌溉用水高峰期,水位变幅大,基本在10m以上;年际变化数据显示,变化速率在-0.85~-1.71m/a之间,水位整体呈下降趋势。土地利用面积、灌溉水量、灌溉方式的改变影响地下水位,2008~2017年土地利用面积由66.4×103hm2增加到142.83×103hm2,增长了2.2倍,地下水开采量由1.33×108m3增加到3.24×108m3,通过灰色关联度分析法,得到地表水引水量的减少与地下水开采量的增加是影响该区域地下水位动态变化的主要驱动因素。
(2)乌苏市地下水位的动态过程是地下水资源量变化的一个客观指标。通过地下水均衡法计算得到平原区2018年地下水资源总补给量为5.5016×108m3/a,总排泄量为6.2379×108m3/a,均衡差为-0.7363×108m3/a。1998年、2011年、2014年研究区地下水资源量与此次计算结果对比,结果显示,地下水处于负均衡状态,水位下降过程中地下水资源量也在减少。
(3)通过样本资料分析可知,研究区潜水水化学类型以SO4·Cl-Na、Cl-Na型水为主,潜水样品中酸碱度(pH)、总硬度(TH)、溶解性总固体(TDS)、K++Na+、Cl-、SO42-超标样品较多,矿化度大于1g/L的潜水主要分布于地下水溢出带附近及北部团场,水质相对较差。承压水水化学类型以HCO3·SO4-Ca型水为主,超标样品较少,承压水的水质普遍较好,可作为生活及灌溉用水。通过对比1998年、2011年、2018年水质评价结果,研究区水化学特征及矿化度未发生较大变化。
(4)通过建立数值模型,对2025年和2030年地下水位的变化趋势进行了预测。若乌苏市持续以现状开采量开采地下水,中、远期地下水均衡差将逐步扩大,20m以内埋深面积缩减,地下水必将向深埋深趋势发展;在用水总量控制指标下开发地下水,中、远期地下水均衡差由负变为正,浅埋深面积增长,水位逐步上升,可达到治理效果,2025年、2030年地下水资源量逐渐增加,0~2m浅埋深面积分别为320.72km2、510.14km2,为水位恢复提供保障;对于治理后水位大幅上升产生的盐渍化问题,选用可开采量作为指标进行模拟,0~2m浅埋深面积分别为302.63km2、355.61km2,可降低土壤盐渍化风险。