吐哈盆地浅层地下水系统演化规律及坎儿井保护研究

As an effective way of groundwater resources utilization, the Karez, exists more than 2000 years, is a very important part of our culture which is also a treasure of our ancient science and technology. Nowadays, in Xinjiang, the Karez are mainly distributed in Turpan-Basin and Hami areas where groundwater over-extraction impacts the Karez seriously. In order to safe those Karez existing, we desire to survey the entire area with technologies such as RS, automatic monitoring and isotope. Several typical areas will be established to carry out field surveys and numerical simulation. Our purpose is to expound the regulation of temporal and spatial variation of the recharge, then explain the features of shallow groundwater's dynamic field and it's evolution of water cycle. The relationship between the Karez's decrease and the change of shallow groundwater system will be pointed out. All of the investigations aim at developing the research for surveying the evolution of shallow groundwater under the arid basins and pursuing the Karez's protection. It will also be support to help managing groundwater resource in over exploitation regions and then guide to rational utilization of the resources.

坎儿井是干旱区利用地下水资源的有效方式,距今已有2000余年历史。新疆的坎儿井主要分布在吐鲁番盆地和啥密地区，是我国井文化的一个重要组成部分, 是我国古代科学技术的一份宝贵遗产。近年来，由于地下水的严重超采，地下水位持续下降，坎儿井迅速衰减，面临着消亡的危险。针对这一问题，采用野外调查、典型区试验、数值模拟等方法和遥感、同位素测试、自动监测等先进技术手段，从研究浅层地下水系统演化规律入手，探索近50年来，在人工强干扰条件下，地下水补给要素的时空变化规律，阐明浅层地下水动力场特征与水循环要素演变过程，揭示浅层地下水系统演变与坎儿井衰减之间的响应机制，建立基于坎尔井保护为约束的干旱内陆区典型盆地地下水资源利用模式。为地下水演变机理研究提供理论依据，为吐哈盆地超采区治理和坎儿井保护提供科学依据。

近几十年来，由于水资源过度开发，吐鲁番的坎儿井数量和流量迅速衰减，面临着消亡的危险。坎儿井引用的是浅表层地下水，围绕浅层地下水系统演变机制这一关键科学问题，本项目探索近60年，在人工强干扰条件下，浅层地下水系统演变与坎儿井衰减之间的响应机制，建立了基于坎尔井保护为约束的干旱内陆区典型盆地地下水资源利用模式。对推动地下水演变机理研究和坎儿井保护具有重要意义。主要结论如下：.（1）近60a来，吐鲁番盆地地下水系统的演化主要受人为因素影响，自然因素影响轻微，可忽略不计。地下水总的补给量一直在减少（耗水量增加），其中，河道渗漏量大幅减少，侧向补给量略有减少，渠道渗漏和田间入渗补给量呈先增加、后减少的趋势。初期地下水总排泄量变化不大，主要是各排泄项之间的此消彼长，后期呈增长趋势，引起为地下水严重超采。.（2）近60a来，地下水流场的演变主要表现为地下水位整体下降，水力比降变小。且随开采时间延长，地下水位年变幅越来越大。地下水流向局部发生了偏转，总体趋势没有改变，仍向艾丁湖径流，没有形成大的降落漏斗。由于地下水位下降，地下水的排泄方式发生了变化，水化学作用也发生了变化，使浅层地下水质淡化。.（3）坎儿井数量和流量衰减的原因主要是其上游补给量的减少和下游开采量的增加。且不同阶段，影响程度不同，1980年以前，主要受补给量减少影响，1980年以后，主要受开采量增加影响。坎儿井水位动态与地下水位、平均气压变化相关性很好。坎儿井水位不仅受地下水补排量影响，也受外界气象因素影响。坎儿井的类型不同，受影响的程度也不同。.（4）近十几年，吐鲁番盆地地下水一直处于严重超采状态。按2015年现状开采量（8.0亿m³左右），坎儿井流量会持续减少，到2030年，将减少24%~30%，到2050年，将减少70~80%；按“三条红线”用水总量控制方案开采，到2020年坎儿井流量可基本保持稳定，到2030年可得到恢复，可保护现有数量80%左右的坎儿井。坎儿井与机井的分布关系不同，恢复的程度不同。