徐 瑋 馬 哲 沈朝陽

(1.福建省水文水資源勘測中心，福建 福州 350001；2.新疆昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新局，新疆 昌吉 831100)

地下水是水資源的重要組成部分，在水資源短缺的干旱半干旱地區(qū)，地下水資源在居民生活飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，由于對地下水資源的有限性認識不足，大量開發(fā)利用地下水，導致超采嚴重，部分地區(qū)發(fā)生地面沉降、土壤鹽堿化、河流干涸等危害。因此，為科學合理利用地下水資源，保障地下水資源可持續(xù)利用，必須重視和加強地下水監(jiān)測及管理工作[1]。

地下水監(jiān)測是加強地下水管理和保護，貫徹落實最嚴格水資源管理制度的基礎(chǔ)性工作。地下水動態(tài)是指表征地下水數(shù)量與質(zhì)量的各種要素(如水位、泉流量、開采量、水質(zhì)、水溫等)隨時間和空間所發(fā)生的變化現(xiàn)象和過程，是地下水資源量變化的重要表現(xiàn)形式，對地下水監(jiān)測就是對地下水動態(tài)的把握[2]。根據(jù)2018年《新疆地下水超采區(qū)劃定報告》，超采區(qū)劃定結(jié)果顯示，昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)被劃為地下水特大型嚴重超采區(qū)。因此，利用園區(qū)地下水多年動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究，能夠為園區(qū)制定合理的水資源保護方案及開發(fā)利用形式提供依據(jù)。

1 基本概況

1.1 地理位置及園區(qū)分布

新疆昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)地處新疆維吾爾自治區(qū)天山北坡中段，準噶爾盆地南緣，昌吉三屯河流域沖積扇下游平原區(qū)，整體地形由南到北呈狹長帶狀分布。園區(qū)東與烏魯木齊市、兵團農(nóng)十二師及米泉市相鄰，西與呼圖壁縣接壤，南與昌吉市佃壩鎮(zhèn)、大西渠鎮(zhèn)相連，北到105團地界。

園區(qū)總面積340.7km2，分為“一城兩區(qū)”管轄，分別為新疆國家農(nóng)業(yè)科技城核心區(qū)，規(guī)劃面積28.3km2；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精深加工示范區(qū)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新試驗示范區(qū)(老龍河區(qū)和牛圈子湖區(qū))，規(guī)劃面積312.4km2。

1.2 氣象條件

園區(qū)地處中緯度西風帶，具有典型的溫帶大陸性氣候特征，表現(xiàn)為冬季寒冷漫長，夏季炎熱干燥，晝夜溫差大；降水稀少，多年平均降水量167.8mm，降水年內(nèi)分配不均勻，春夏季降雨較多；蒸發(fā)強烈，多年平均年蒸發(fā)量1784mm，最大蒸發(fā)值出現(xiàn)在6—8月。

1.3 地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造

園區(qū)海拔高程介于400～500m之間，總體地勢平坦開闊，但微地形發(fā)育，地形坡度由15‰的頭屯河出山口西側(cè)及三屯河出山口以下的沖洪積傾斜平原逐漸降至1‰～3‰的沙漠南緣的細土平原區(qū)。園區(qū)處于準噶爾-北天山褶皺系中的烏魯木齊山前坳陷區(qū)和準噶爾坳陷中央坳陷區(qū)構(gòu)造單元內(nèi)，在坳陷區(qū)內(nèi)沉積了巨厚的第四紀沉積物，由北向南增厚，沉積物大多未膠結(jié)，其結(jié)構(gòu)松散且多孔隙，因而大氣降水和地表徑流易滲入，為地下水的徑流、貯存、補給提供了良好的水文地質(zhì)條件。地下水的排泄主要有兩種形式：天然排泄和人工排泄。其中，人工開采是園區(qū)地下水的主要排泄方式，天然排泄主要是地形低洼處地下水以蒸發(fā)或蒸騰的形式排泄。

1.4 水資源概況

園區(qū)地表水主要來自三屯河分水、頭屯河分水和“500”西延干渠引水。地下水來自巨厚的第四紀沉積物中埋藏的孔隙潛水和承壓水，主要是核心區(qū)、老龍河區(qū)和牛圈子湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉開采。根據(jù)《2020年昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)水資源公報》統(tǒng)計，2020年園區(qū)引用地表水3316萬m3，提取地下水3223萬m3。

2 園區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測井分布

昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)成立于2002年，農(nóng)業(yè)種植主要是以農(nóng)業(yè)企業(yè)或農(nóng)場為基本單位，示范區(qū)有各類企業(yè)、農(nóng)場154個，老龍河區(qū)農(nóng)場分布較多。園區(qū)發(fā)展前期，農(nóng)業(yè)灌溉基本為地下水機井灌溉，隨著最嚴格水資源管理制度的施行，園區(qū)農(nóng)業(yè)種植用水經(jīng)歷了從純井灌區(qū)到井河混灌區(qū)的發(fā)展，用水也由全部為地下水轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘乇硭疄橹?、地下水為輔。園區(qū)現(xiàn)有機井545眼，其中核心區(qū)8眼，老龍河區(qū)317眼，牛圈子湖區(qū)220眼。2013年，為加強地下水資源的開發(fā)、管理和有效利用，園區(qū)將原有的報廢井作為地下水動態(tài)監(jiān)測井，實施地下水動態(tài)監(jiān)測項目，建立了地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測地下水水位、水溫變化情況。目前園區(qū)州級地下水自動監(jiān)測井有8眼，分別是核心區(qū)1眼、老龍河區(qū)5眼、牛圈子湖區(qū)2眼。本次地下水動態(tài)分析計算按各個區(qū)監(jiān)測井平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其中老龍河區(qū)有2眼監(jiān)測井運行時間較短，統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用另外3眼監(jiān)測井數(shù)據(jù)。

3 地下水水位動態(tài)分析

3.1 地下水水位動態(tài)的年內(nèi)變化

根據(jù)影響地下水水位動態(tài)的主要控制因素劃分類型，結(jié)合水文地質(zhì)條件分析，主要有氣候型(降水入滲型)、蒸發(fā)型、人工開采型、徑流型、水文型(沿岸型)、灌溉型、凍結(jié)型、越流型等。

通過2013—2020年園區(qū)地下水監(jiān)測井多年年內(nèi)各月地下水水位埋深連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的平均值，反映園區(qū)地下水整體的年內(nèi)變化情況。園區(qū)地下水水位多年平均埋深統(tǒng)計見表1，地下水水位埋深年內(nèi)變化曲線見圖1。

表1 園區(qū)地下水水位多年平均埋深統(tǒng)計

圖1 園區(qū)地下水水位埋深年內(nèi)變化曲線

從圖1可以看出，園區(qū)、核心區(qū)、老龍河區(qū)、牛圈子湖區(qū)地下水水位埋深1—3月變化較緩，水位逐步回升，4—6月埋深增大較快，7—8月埋深保持在最大位置，9—12月埋深逐漸減小。整體年內(nèi)地下水水位動態(tài)曲線呈近“V”字形。這種變化的主要原因是新疆氣候干燥，干旱少雨，農(nóng)作物主要生育期集中在4—10月，園區(qū)農(nóng)業(yè)以農(nóng)作物種植為主，1—3月作物還未種植，地下水開采量較少，氣溫回升，土壤凍層開始融化，補給地下水，地下水位逐漸升高，為地下水水位上升期，最小埋深一般出現(xiàn)在2月或3月；4—8月是作物生長灌溉期，農(nóng)業(yè)灌溉機井抽水灌溉，導致地下水埋深明顯增大，維持在較大水平，地下水水位達到最低；灌溉期結(jié)束后，農(nóng)作物開始收割，地下水開采強度逐漸減小，且受到垂直越流補給，水位得以回升，埋深逐漸減小。因此，園區(qū)地下水年內(nèi)水位動態(tài)變化主要受開采量的影響，動態(tài)變化類型為人工開采型。

3.2 地下水水位動態(tài)的年際變化

根據(jù)園區(qū)2013—2020年的12月地下水水位埋深監(jiān)測結(jié)果(見表2)，水位多年平均變化除牛圈子湖區(qū)下降外，核心區(qū)和老龍河區(qū)呈明顯的上升趨勢。水位埋深多年平均變幅：核心區(qū)地下水水位平均年上升速率為0.81m/a，老龍河區(qū)地下水水位平均年上升速率為1.44m/a，牛圈子湖區(qū)地下水水位平均年下降速率為0.53m/a?？傮w來看，園區(qū)地下水水位呈現(xiàn)逐年上升趨勢，平均年上升速率為0.57m/a。

表2 園區(qū)自動監(jiān)測井多年地下水水位埋深變幅統(tǒng)計 單位：m

通過園區(qū)自動監(jiān)測井逐年年均地下水水位埋深和年開采量分析，得出地下水水位動態(tài)的年際變化特征，埋深變化見圖2。從圖2可以看出，牛圈子湖區(qū)地下水水位逐年下降，埋深增大趨勢變緩；核心區(qū)、老龍河區(qū)和園區(qū)整體地下水水位在2016年有小幅下降，2017年以后水位埋深開始減小，水位逐年回升。

圖2 園區(qū)2015—2020年年均地下水水位埋深變化

園區(qū)于2002年5月成立，“十二五”期間為了發(fā)展經(jīng)濟，農(nóng)場數(shù)量不斷增加，機井數(shù)也不斷增加，導致地下水提取量日益加大，地下水水位逐年下降，逐漸發(fā)展成為嚴重超采區(qū)。2012年1月國務院提出要求實行最嚴格水資源管理制度，建立“三條紅線”，對水資源開發(fā)利用、用水效率和水功能區(qū)限制納污等方面提出了更高更嚴格的要求。近年來，為貫徹落實最嚴格水資源管理制度和有效遏制地下水水位嚴重下降趨勢，盡快修復地下水生態(tài)環(huán)境與功能，促進區(qū)域地下水資源可持續(xù)利用，保障經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，園區(qū)采取了禁采區(qū)內(nèi)機井關(guān)停、超采農(nóng)場停供水、關(guān)閉違法取水機電井、嚴格機井更新審批、合理確定年度種植規(guī)模、推進耕地資源整合、休耕輪作、推廣使用地表水、退地減水、規(guī)范用水計量、地下水管理“警長制”和“井長制”、中水回用、完善灌區(qū)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實施機井井電雙控工程等一系列扎實有效的措施，實施地下水用水量和水位降幅雙控制度和用水總量控制指標，嚴格落實壓減地下水開采量目標，逐年減少地下水開采量，使得地下水水位逐步回升[3]。所以園區(qū)地下水動態(tài)變化類型為人工開采型。老龍河區(qū)農(nóng)場數(shù)量較多，機電井數(shù)量最多，機井成井深度較深，提取地下水量較大，導致地下水水位一直處在三個區(qū)中最低位置，但老龍河區(qū)已推廣使用地表水替代地下水多年，水位回升也比較快。牛圈子湖區(qū)雖然也是井河混灌區(qū)，但地表水使用覆蓋率較低，約為30%，生產(chǎn)用水主要依靠地下水，且區(qū)域范圍較小，易受周邊其他區(qū)灌溉影響，導致地下水水位逐年降低，但因多項措施并舉控制開采量，下降趨勢變緩。

4 地下水動態(tài)監(jiān)測管理存在的問題

4.1 地下水動態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)密度不夠，觀測孔的布設(shè)不甚合理

地下水監(jiān)測站網(wǎng)是保證地下水動態(tài)監(jiān)測工作順利進行的關(guān)鍵，觀測孔是幫助地下水動態(tài)監(jiān)測人員開展監(jiān)測工作的重要工具，因此，地下水動態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)布局和觀測孔的布設(shè)往往會影響地下水動態(tài)監(jiān)測工作。根據(jù)《地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 51040—2014)要求，園區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測井數(shù)量上不能滿足監(jiān)測區(qū)的合理監(jiān)測要求，監(jiān)測密度不滿足規(guī)范要求；同時，園區(qū)現(xiàn)有機井545眼，布設(shè)的觀測孔位置不夠合理，不能準確反映監(jiān)測區(qū)的地下水變化及水文地質(zhì)單元的地下水變化趨勢。

4.2 自動監(jiān)測設(shè)備靈敏度不夠，信息采集傳輸不穩(wěn)定

在地下水動態(tài)監(jiān)測工作中，最關(guān)鍵的是監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性，而設(shè)備的靈敏度和信息采集是很重要的環(huán)節(jié)，監(jiān)測探頭對地下水的各種水文、水質(zhì)數(shù)據(jù)等進行采集、傳輸后，工作人員才能進一步對這些數(shù)據(jù)進行分析處理[4]。但是，通過近幾年的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)接收情況看，園區(qū)自動監(jiān)測設(shè)備靈敏度不夠，易受到外界環(huán)境因素的影響(如天氣過冷、電壓不穩(wěn)定等)，無法正確進行數(shù)據(jù)采集及傳輸，造成數(shù)據(jù)流量的缺失。同時，設(shè)備采用的是GSM移動通信網(wǎng)絡，老龍河區(qū)和牛圈子湖區(qū)通信信號較差，導致信息傳輸時有時無，監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性成為難題。

4.3 地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)硬件功能不齊全，軟件功能不完善

園區(qū)現(xiàn)有地下水自動監(jiān)測主要以水位、水溫監(jiān)測為主，水質(zhì)監(jiān)測以人工采樣監(jiān)測為主，沒有安裝自動監(jiān)測探頭，且沒有水量監(jiān)控探頭，不能全方位反映地下水變化情況。地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件只記錄每日水位、水溫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、圖表展示等服務能力不足，每次需對數(shù)據(jù)進行人工統(tǒng)計分析，導致園區(qū)地下水自動監(jiān)測工作雖已開展多年，積累了一定的數(shù)據(jù)量，但每年編制地下水動態(tài)監(jiān)測年報時只對數(shù)據(jù)做簡單的統(tǒng)計和匯總，沒有對本年度地下水水位、水質(zhì)上升和下降的原因進一步加以分析，或沒有對歷年數(shù)據(jù)加以比較，分析年際動態(tài)變化，沒有發(fā)揮出地下水自動監(jiān)測為水資源開發(fā)利用提供服務的作用。

4.4 地下水動態(tài)監(jiān)測重建輕管，后期運行管理困難

園區(qū)地下水自動監(jiān)測井建成后，沒有明顯的自動監(jiān)測設(shè)備標識牌，雖然有外圍圍欄進行保護，但保護措施比較簡陋，易遭到人為破壞。由于人手不足，監(jiān)測設(shè)備運行過程中，工作人員到現(xiàn)場人工監(jiān)測復核水位、水溫數(shù)據(jù)次數(shù)較少，不能達到相關(guān)頻次要求，對監(jiān)測井周邊的雜草、枯枝等雜物也不能做到及時清理。自動監(jiān)測設(shè)備后期運維跟不上，比如監(jiān)測井需要定期維修，對其進行井深測量、透水靈敏度試驗及清淤洗井，定期對電池進行更換；系統(tǒng)軟件需要不定期進行備份更新等，這些工作有些涉及專業(yè)方面的知識，需要設(shè)備廠家的維護，但設(shè)備廠家不在本地，新疆區(qū)域范圍又大，工程師不能及時趕到，問題不能得以及時解決，維護時效性較差。

5 地下水動態(tài)監(jiān)測管理工作建議

5.1 科學規(guī)劃，合理布局，優(yōu)化地下水監(jiān)測站網(wǎng)

積極做好地下水監(jiān)測站網(wǎng)規(guī)劃，調(diào)整、優(yōu)化地下水監(jiān)測站網(wǎng)是做好地下水監(jiān)測工作的基礎(chǔ)。要在現(xiàn)有自動監(jiān)測井基礎(chǔ)上，根據(jù)《昌吉州地下水監(jiān)測站網(wǎng)規(guī)劃》和機井密度，結(jié)合園區(qū)的地形、地貌、氣象、水文以及地下水流向，經(jīng)濟合理布設(shè)自動監(jiān)測井，爭取建設(shè)水位、水溫、水質(zhì)等專用監(jiān)測井，代替報廢井等，克服因灌溉或生產(chǎn)生活抽水造成的水位不穩(wěn)定現(xiàn)象，逐步建立站網(wǎng)布局合理、功能齊全、設(shè)施先進，符合地下水開采總量控制、水量分配、地下水管理、水資源保護要求，滿足地下水水位、開采量、水溫、水質(zhì)等水文要素同步監(jiān)測的監(jiān)測站網(wǎng)。同時，可與周邊相鄰行政區(qū)協(xié)商增設(shè)自動監(jiān)測井，與園區(qū)監(jiān)測點位形成數(shù)據(jù)比對，從而能更合理地反映出地下水水位變化的影響因素。

5.2 多方協(xié)作，提高儀器設(shè)備適應性和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性

地下水自動監(jiān)測設(shè)備均安裝在野外，惡劣的自然環(huán)境對設(shè)備運行要求嚴格，風沙多、溫差大、長期無人清理等，迫切要求地下水監(jiān)測設(shè)備能在當?shù)毓ぷ鳁l件下穩(wěn)定運行[5]。建議聯(lián)系設(shè)備廠家，加強雙方合作，園區(qū)收集地方氣象、水文等基礎(chǔ)資料，監(jiān)測極端天氣下設(shè)備的反應情況等，以幫助設(shè)備廠家改進儀器適應性。通過園區(qū)管委會協(xié)調(diào)移動通信網(wǎng)絡公司，加大老龍河區(qū)和牛圈子湖區(qū)信號基站建設(shè)，保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞承院头€(wěn)定性。

5.3 積極推動地下水自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造升級

園區(qū)現(xiàn)有自動監(jiān)測井只監(jiān)測水位、水溫，建議選址建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測專用井，增加水質(zhì)監(jiān)測探頭，以在線監(jiān)控水質(zhì)變化情況，及時發(fā)現(xiàn)水污染情況，保障供水安全。針對現(xiàn)有地下水自動化監(jiān)測系統(tǒng)軟件不完善問題，建議聯(lián)系設(shè)備廠家增加數(shù)據(jù)報表、對比分析、圖表展示、遠程監(jiān)控、模擬預測、信息發(fā)布等模塊功能，便于及時向社會通報區(qū)域內(nèi)的地下水動態(tài)?；蛘咧苯诱霞{入園區(qū)現(xiàn)在正在開發(fā)建設(shè)的地下水資源管理系統(tǒng)，拓展使用功能?；蛘呗?lián)系昌吉州水利局，由昌吉州水利局牽頭，借鑒水文部門國家地下水監(jiān)測工程地下水監(jiān)測信息整編系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗[6]，開發(fā)新系統(tǒng)，完善整編功能。

5.4 加強管理，定期培訓，加快推進地下水監(jiān)測隊伍建設(shè)

加強對工作人員的管理，減少從事地下水動態(tài)管理人員的流動性，做到每日都能掌握自動監(jiān)測數(shù)據(jù)接收情況，確保監(jiān)測設(shè)備正常運行，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。加大專項經(jīng)費的投入力度，引進地下水監(jiān)測專業(yè)高級人才或者聯(lián)系昌吉州水利局和設(shè)備廠家定期對工作人員進行監(jiān)測取樣和運行維護等系統(tǒng)培訓，使其逐步掌握先進監(jiān)測設(shè)備的使用方法，提升監(jiān)測技術(shù)水平和應急機動能力，不斷提高地下水監(jiān)測工作質(zhì)量。

5.5 提升地下水自動監(jiān)測站運維管理水平

地下水自動監(jiān)測站運行過程中易出現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞、異物掉入井中、設(shè)備沒電等問題，所以如何及時解決問題，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性變得至關(guān)重要。建議采取以下辦法來提升后期運維管理水平：一是水利工作人員經(jīng)過嚴格培訓后，根據(jù)相關(guān)運行維護管理實施細則，定期開展站網(wǎng)巡視、監(jiān)測井洗井清淤、人工校測復核自動監(jiān)測設(shè)備等，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能反映真實情況；二是拓寬地下水監(jiān)測經(jīng)費來源渠道，做好自動監(jiān)測站運行維護經(jīng)費預算，委托設(shè)備廠家或者具備資質(zhì)的第三方機構(gòu)進行管護，完成監(jiān)測站及輔助設(shè)施看護、監(jiān)測井井深測量、透水靈敏度試驗及清淤洗井、監(jiān)測井及輔助設(shè)施維修、監(jiān)測設(shè)備維修及更換、自動監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)場校測等工作。

5.6 加強各部門協(xié)作和數(shù)據(jù)共享

要做好地下水監(jiān)測的動態(tài)分析，除了有自身連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)外，還需要國土部門關(guān)于地質(zhì)地貌情況的分析、水文部門關(guān)于河流水系水位流量的數(shù)據(jù)、氣象部門關(guān)于降雨情況的報告等，所以平時要加強與國土、水文、氣象等部門的合作交流[5]，形成有效的信息共享機制，最好能形成一個大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)信息共享。同時，水利部門要根據(jù)整合信息，積極研究地下水變化規(guī)律，提高地下水管理預警預測預報能力。

6 結(jié) 語

通過對昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)多年地下水水位埋深數(shù)據(jù)及開采量的分析，得出以下結(jié)論：一是地下水水位年內(nèi)和年際動態(tài)變化類型均為人工開采型；二是地下水水位逐年回升，但趨勢較緩。

地下水資源在昌吉國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，地下水動態(tài)信息事關(guān)抗旱、防災、水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護等。園區(qū)現(xiàn)有地下水動態(tài)監(jiān)測站的建成和運行管理已為地下水監(jiān)測提供了有利的技術(shù)支撐，較好地彌補了地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的空缺，但后期運行維護管理、自動監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件和部門協(xié)作方面還存在不同程度的問題，仍需進一步改進。