玛纳斯河流域不同生态区地下水资源利用与开发模式研究 封玲1汪希成2赖先齐3（1.四川师范大学实验室与设备管理处，四川成都610066；2.四川师范大学经济与管理学院，四川成都610066；3.新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子832003）[Reference]干旱区内陆河流域的地下水具有重要的生态地质作用本文对玛纳斯河流域地下水开发方式及存在的问题进行了分析，针对不同地貌部位可供开采的地下水资源的特点及差异，提出不同生态区地下水资源的开发利用方式和注意事项考虑到干旱区脆弱的生态环境，今后应严格管理和控制地下水开采量，保持合理的生态水位和合理比例的生态用水量，注意防止地下水过度开发引发新的生态环境危机，实现农业生产的可持续发展[Keys]玛纳斯河流域；地下水；开发模式玛纳斯河流域（以下简称玛河流域）位于新疆天山北坡经济带的中心地段，从东到西包括塔西河、玛纳斯河、宁家河、金沟河、巴音沟河及其相连的5片冲积洪积扇，分布在东西约110 km的山前平原地区，总径流量22.9亿m3，其中玛纳斯河水量最大、流程最长行政区域包括石河子垦区（含石河子市、新疆生产建设兵团农八师）、沙湾县、玛纳斯县及兵团农六师的新湖总场。
玛河流域是新疆最大的绿洲农耕区和全国第四大灌溉农业区，90%以上的耕地要靠引水灌溉然而目前流域地表水利用已占可利用量的96.2%①，几乎已无开发潜力随着节水滴灌的快速发展以及工业生活用水的增加，人们开始将水资源开发重点转向地下水的开发利用，出现了因地下水开发而取得供水与综合环境改善的双重效益，但也因此引发了一些潜在的生态隐患一、地下水资源的开发与利用概况玛河流域虽然早在1950年代初即开始了以利用溢出带泉水、水源地建设为主的地下水利用，但1980年代以前，主要以开发利用地表水为主，目前地表水利用可挖潜力已经很小（表1）②1980年代以后，该区域农业水资源开发重点逐渐转向地下水开发利用，通过采用竖井排灌及井渠、井泉联合灌溉，地下水得以更为充分利用一）利用溢出带泉开发地下水1950年代初开始，流域地下水开发利用主要以溢出带泉水为主泉水是玛河流域广泛分布的一种水资源，地表径流在流经山前谷地时大量渗漏，河流的水量大部分渗于地下而形成潜流，这些潜流在流经洪积扇底部时由于地层颗粒变细及地势高差变化而出露地表，又以泉流的形式出现，有时水量丰富到足以形成河流，如沙湾河；在遇到地势低洼或排水不良时，就形成湖沼，如蘑菇湖湿地等。
玛纳斯河的泉水溢出带南北宽可达30多公里，在古岸区泉眼众多，有“千泉”之称在1950年代初对玛河流域大规模开发之前，这些泉水基本上未得到利用而形成沼泽或泉水河，计有泉沟31条，泉水总量为5.6445亿m3这些泉流是平原地带灌溉用水的重要来源之一1950年代以来，由于洪积扇上部地区河道治理、干渠防渗及对地下水大规模开采利用，特别是1961年东岸大渠建成通水，将流域水量的75%引入渠道，泉水涌出量呈逐年减少趋势，如大泉沟的泉水量1961年较1959年减少了22%，泉水每年以563万m3的速度递减，而地下水位则以0.5m左右的幅度逐年下降到1982年，泉水量累积减少1.6875亿m3，只剩3.9570亿m3，目前涌出量约维持在3.6亿m3地下水位的下降，已使大部分泉眼干枯，泉水溢出带也向北推移了1～2km③，但也使盐碱化程度减轻，使该带绝大部分地区被开垦为丰产农田二）水源地建设水源地建设是在地下水丰富地区集中开采的一种形式玛纳斯河流域拥有许多分布于良好的储水构造地段、可供集中开采的地下水源地：如山前平原及扇缘溢出带型，富水性强、埋深不大、开采条件好，此类型水源地开发程度最高，已普遍利用；还有山地河谷型，水源地多分布在河流出山口以上的山地河谷以内，补给条件好，富水性强，但河谷宽窄不一，含水层一般较浅，可开采量不会太大，代表性的有玛纳斯河河谷水源地、金沟河及宁家河水源地等。
由于耕地面积在短期内迅速增大，水资源供需矛盾日渐突出，自1960年起，流域开始以水源地集中开发为特征进行地下水开发到2006年，仅石河子垦区已建成水源地9处，主要集中在安集海、143团、石总场、147团、121团及玛纳斯河库区等地，配套机井达到2873眼，其中农用机井2317眼，工业及生活用井556眼，地下水实际开采量达3.23亿m3，其中农业井提水量2.57亿m3，工业及生活井提水量0.71亿m3位于巴音沟河冲洪积扇下部的安集海1号水源地，由于长期开采，地下水位逐年下降，据1982与1999年水位资料对比，下降6.72～15.46m，年均降幅0.39～0.91m；而在溢出带及其下游的集中开采区如石总场、147团以及142团平均年降幅为0.08～0.11m，不仅增加了水源又降低了地下水位，起到了改良盐碱的作用三）竖井排灌及井渠、井泉联合灌溉流域1964年开始利用竖井排水改良盐碱地，随后把竖井排水用以农田灌溉，从而推动了地下水开发利用1990年代以来，地下水开发能力及规模不断加强，并总结出供水与排水土壤改良相结合，取水与蓄水相结合，井水、泉水联合开发运用与井渠双灌相结合的成功经验，实现了地表水与地下水联合运用：1.竖井灌排。
在绿洲北部的冲洪积平原盐碱化较重又有中浅层淡水含水层条件下，实行排灌结合，以排为主，既达到排水降低地下水位改良盐碱的作用，又解决了部分供水问题2.井、渠双灌开发利用对冲积扇的富水区，以地面水为主要灌溉水源，井渠结合，集中汇流，充分发挥地下水的利用效益3.井、泉联合开发利用对地处乌伊公路沿线的泉水溢出带灌区以机井开发地下水为控制地下水位上升，采取先挖排后打井的方式，集中开发地下水发展井灌区目前兵团农场在这一地带已集中打井362眼，年抽取地下水量1.5亿m3，30年来泉水每年平均减量约400万m3（表2）不仅解决了灌溉水源，同时降低了地下水位，大片沼泽、盐碱地被改造成良田4.分散性开采在干三角洲地区，富水性较差，开采深度大而单井水量小、成本高，如莫索湾灌区的165口井平均单井水量仅7万m3/a，这类灌区不适于集中大量开采，灌溉以地表水为主，地下水做为补助水源，进行分散性开采但随着喷滴灌、涌泉灌的发展，单井出水量虽小也仍能起到很好的提供水源的作用如微灌定额以1875m3/hm2计，单井水量为80 m3/小时，每年抽水4个月，累计2400小时可抽水19.2万m3/年，那么一口井可灌地100hm2左右，因此分散井开发的前景将随着微灌技术发的展而更广阔。
二、地下水资源开发利用效益与存在的问题地下水的有效开发利用，既增加了水源，缓解了水资源的供需矛盾，又降低了地下水位，改良了盐碱地，出现了因地下水开发而取得供水与综合环境改善的双重效益，但也引发了一些潜在的生态隐患一）缓解了绿洲内部水资源的供需矛盾，降低了地下水位，改良了盐碱地在绿洲地区开采利用地下水，除了解决灌溉用水不足问题，更主要的是降低了地下水位，加速了土壤的脱盐玛河流域土壤含盐量高，加之开垦初期，没有重视排水洗盐，迅速抬高了地下水位，原有地下水平衡状况被打破，地下潜水位普遍升高1～3m，导致了土壤次生盐渍化的大面积发生，耕地盐渍化面积占47.5%1980年代初玛河流域垦区因次生盐渍化危害而弃耕土地20%~25%，成为制约区域农业生产的首要因素有计划的选择水源地，合理布置井位开采地下水，进行竖井排灌，1cm土层的平均脱盐率可达60%～70%，排脱盐稳定，很容易使地下水位维持在临界深度以下，可从根本上解决问题流域自1982年有计划的开采地下水实施井灌井排、渠系防渗等综合性的水利工程措施及农业措施以来，到2002年已打井2000多眼，年开采地下水19751万m3，占全部用水量的18%左右。
目前玛河流域的地下水开采率30%~40%，增加灌溉地15%~20%，土壤次生盐渍化危害大大减轻，收复弃耕地2万~2.5万hm2（占现有耕地10%以上），开始出现降低地下水位实现生态重建的规模效应④通过开采地下水，形成区域性的地下水漏斗降低地下水位，实现绿洲农区内部新的水土开发，投资省、见效快，具有普遍的意义二）导致绿洲外围地下水位下降，植被旱化衰亡玛纳斯河流域水资源的高效利[来自www.L]用为区域经济发展和生态环境改良起到了重要的作用但地表水被大量堵截引用，其96%的利用率远远超过了国际公认的30%～40%的水资源利用警界线，河流输往下游的水量减少，加之地下水开发利用已具相当规模（表3），促使下游地区地下水位下降虽然地下水位下降，对改善绿洲内部土壤盐渍化比较有利，但地下水位的变化与植物生长、植被种群演替以及绿洲的存亡有着直接的关系，地下水位下降会引起周围依靠地下水而生存的隐域性荒漠植被的旱化衰亡，失去防御风沙危害的功能，绿洲外围植被的生态保护功能将受到严重影响随着近几年地下水开发力度的加大，地下水储量将会继续减少，流域地下水位也将继续下降，对大量依赖地下水生活的各类植被的不利影响将进一步加大。
三、绿洲不同生态区地下水资源的开发利用玛河流域地下水资源可开采量7.43×108m3（不包括泉水），这一开采量是指在对生态环境没有造成不利影响的前提下，有开采保证的资源量根据当地水利部门监测数据，2000年石河子垦区地下水开采率已接近70%，2003年玛纳斯县地下水开采率也达到67%，总体来看，全流域尚有30%～40%的地下水待开发利用⑤因不同地貌部位形成的不同生态区可供开采的地下水资源的特点有一定差异，考虑到干旱区脆弱的生态环境，今后应严格管理和控制地下水开发利用方式和开采量，保证区域生态用水一）冲积洪积扇地下水资源的开发利用冲积洪积扇形地的上部地下水埋藏较深、矿化度低、水质好，目前开采不多扇形地中部的城市区域，地下水的开采量很大，造成地下水位下降，甚至引起扇缘带、泉水溢出带的地下水位也下降据当地水利部门调查数据，由于地下水集中大量开采，1964—2003年石河子市区及周围地下水位下降了12～18 m，平均每年下降0.31～0.46 m1989—2003年玛纳斯县城西侧地下水位平均年下降0.17 m，城镇周边平均年下降幅度0.43 m，特别是1995年以后，地下水位以平均每年1.05～1.52m的速度下降，并形成以县城、玛纳斯镇和乐土驿乡为中心的降落漏斗。
近几年下降速率虽有所控制，但仍在持续下降，属地下水的超采区（表3）因此对地下水的开采一定要有统一的规划，防止过度开采带来生态环境问题扇缘带下部及泉水溢出带的地下水埋藏浅，开采出水量大、成本低，是良好的水源地，集中开采不仅可满足该地带农田的灌溉，还可用于开发冲积平原的土地，同时也在当地形成区域性地下水漏斗，降低地下水位改善生态环境，是目前实施井灌井排的集中区域只要开采得当，还有潜力可挖，不会诱发生态环境问题二）冲积平原地下水资源的开发利用这一区域曾是玛河流域土壤次生盐渍化发生最为严重的区域，造成大面积弃耕土地，甚至房屋倒塌等生态环境问题，威胁绿洲农业的可持续发展，开发利用地下水对这一区域意义更为重大，可使其区域性地下水位下降，改善生态环境冲积平原部位中的沿河淡水带部分，是目前开采地下水比较理想的区域位于玛纳斯河冲积平原中部的121团1981年在玛纳斯河北岸地下水位已升到0.5~1m，土壤严重次生盐渍化之后沿河淡水带集中打井建成水源地开发地下水资源，实行井灌井排，到1984年地下水位降至2~3m，普遍降低到临界水位以下，土壤含盐量由过去的2~3g/kg下降到1~2g/kg，取得很好效果，既解决了缺水，也治理了盐害。
目前该团年开采地下水1380万m3，占全部用水量的17.4%，井深接近300m，已达到或超过最大开采水平这一区域目前农业灌溉井深普遍达200～300m，甚至在300m以下，开采的地下水几乎完全属于难以补给的深层地下水⑥虽然目前整体看地下水尚。