張 欽,張 黎

(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,寧夏銀川 750021)

銀川平原主要水環(huán)境問(wèn)題及其對(duì)策

張 欽,張 黎

(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,寧夏銀川 750021)

基于野外調(diào)查、取樣分析以及遙感影像等,介紹了銀川平原水文地質(zhì)條件及水資源利用概況,探討了土壤鹽漬化、湖泊濕地萎縮、地下水鹽化、地下水超采以及土地荒漠化等水環(huán)境問(wèn)題及其演化成因。結(jié)果表明:銀川平原地下水主要接受渠系滲漏及灌溉入滲、大氣降水入滲、平原周邊地下側(cè)向徑流、洪水散失、黃河水等補(bǔ)給,地下水排泄方式主要是排水溝排泄、蒸發(fā)和人工開采等,大部分地區(qū)潛水埋深在3 m以內(nèi);地表水主要來(lái)源于黃河引水,水資源利用效率不高;土壤鹽漬化總面積8.17×104hm2,呈逐年縮減的趨勢(shì),主要分布于銀川平原北部,平原南部?jī)H分布在邵崗東部、靈武東部秦渠和東干渠等;湖泊濕地總體呈逐漸減少趨勢(shì),主要分布在銀川平原北部,永寧以北、平羅以南區(qū)域比較集中,灘涂沿黃河兩岸分布;潛水總含鹽量自西向東、自南向北不斷增大;銀川和石嘴山深層地下水超采嚴(yán)重,地下水降落漏斗面積已超過(guò)500 km2;沙漠化土地分布在銀川平原的東西兩側(cè);土壤鹽漬化及地下水鹽化主要由潛水位埋深過(guò)淺,蒸發(fā)強(qiáng)烈造成的。最后,提出了防治上述水環(huán)境問(wèn)題的對(duì)策:進(jìn)一步加強(qiáng)水資源管理以及地表水與地下水聯(lián)合調(diào)配;提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率;完善田間工程配套,實(shí)現(xiàn)渠道防滲管道化;改進(jìn)田間灌溉技術(shù);嚴(yán)格污水排放,積極開展污水凈化處理,實(shí)行污水資源化;加強(qiáng)對(duì)水土環(huán)境質(zhì)量的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

水資源利用;水環(huán)境;土壤鹽漬化;地下水;荒漠化;銀川平原

0 引言

銀川平原位于寧夏回族自治區(qū)北部,地處黃河中上游,南起青銅峽,北至石嘴山,西依賀蘭山,東靠鄂爾多斯盆地西緣,南北長(zhǎng)165 km,東西寬42～60 km,總面積7 295 km2。該區(qū)海拔高程為1 100～1 400 m,位于東經(jīng)105°00′～107°00′、北緯37°20′～39°23′處。該區(qū)人口244.44×104,占全區(qū)人口45%,有近2 000年的墾植歷史,溝渠縱橫,農(nóng)田密布,湖沼星羅棋布,灌溉面積22.64×104hm2,是重要的農(nóng)林牧副漁生產(chǎn)區(qū)。

銀川平原屬中溫帶內(nèi)陸干旱氣候區(qū),為典型的大陸性氣候,具有冬寒漫長(zhǎng)、夏熱短暫、干旱少雨、日照充足的特點(diǎn)。平原內(nèi)年平均氣溫8～9℃,多年平均降水量為183.59 mm,多集中在6～9月,12月降水量最少,年平均蒸發(fā)量1 662.33 mm。

銀川平原的生態(tài)環(huán)境對(duì)淺層地下水具有依賴性[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái),由于水資源的不合理開發(fā)利用,導(dǎo)致土壤大面積鹽漬化,地下水鹽化作用加劇,水質(zhì)惡化,湖泊濕地不斷萎縮,部分地區(qū)地下水超采嚴(yán)重,形成了區(qū)域性的降落漏斗,嚴(yán)重影響銀川平原社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。這些水環(huán)境問(wèn)題,引起了眾多學(xué)者的研究,段漢明等[3-4]研究了黃河引水量、地下水資源開采與綠洲規(guī)模之間的關(guān)系;金曉媚等[2-5]研究了地下水資源開發(fā)與植被變化以及土壤鹽漬化之間的關(guān)系;馬建林等[6]研究了銀川平原濕地的歷史沿革及開發(fā)利用中存在的問(wèn)題;孫亞喬等[7]從地下水位、水質(zhì)兩方面研究了銀川地區(qū)的水環(huán)境演化;王文科等[8]對(duì)銀川平原的水資源合理配置問(wèn)題進(jìn)行了研究;姬亞?wèn)|等[9]針對(duì)人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)水資源的影響,研究了銀川地區(qū)的氮污染問(wèn)題。筆者結(jié)合中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“銀川平原地下水資源合理配置調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目,在全面收集區(qū)內(nèi)最新研究成果的基礎(chǔ)上,通過(guò)野外調(diào)查、取樣分析以及遙感等新技術(shù)的使用,對(duì)銀川平原水環(huán)境問(wèn)題的現(xiàn)狀及演化進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析。

1 水文地質(zhì)條件

銀川平原是在新生代斷陷盆地的基礎(chǔ)上經(jīng)河流、湖泊和洪水共同作用而形成的一個(gè)堆積平原,由山前洪積傾斜平原、沖洪積平原和沖積、沖湖積平原組成,地勢(shì)開闊平坦,由西南向東北傾斜,在沉積上具有粗細(xì)相間的多韻律結(jié)構(gòu),形成了單一與多層結(jié)構(gòu)兼有、潛水和承壓水并存的地下水系統(tǒng)[10]。

銀川平原第四系松散巖類孔隙水在區(qū)域上可分為單一潛水區(qū)和多層結(jié)構(gòu)區(qū),單一潛水區(qū)主要分布在平原區(qū)西部和南部的局部地區(qū),其他地區(qū)均為多層結(jié)構(gòu)區(qū)。在大約250 m深度以上的范圍內(nèi),可在多層結(jié)構(gòu)區(qū)劃分出三個(gè)含水巖組,從上向下依次為第一含水巖組、第二含水巖組和第三含水巖組。其中第一含水巖組為潛水,第二、三含水巖組為承壓水,各含水巖組之間通常具有相對(duì)較為連續(xù)的弱透水層。

銀川平原地下水主要接受渠系滲漏及灌溉入滲補(bǔ)給、大氣降水入滲補(bǔ)給、平原周邊地下側(cè)向徑流補(bǔ)給、洪水散失補(bǔ)給、黃河水補(bǔ)給等。地下水的排泄方式主要為排水溝排泄、蒸發(fā)和人工開采等。根據(jù)2003年7月至2004年6月的水均衡計(jì)算結(jié)果(表1),銀川平原地下水的總補(bǔ)給量為23.413 8×108m3/a,總排泄量為25.974 9×108m3/a。

表1 銀川平原地下水均衡計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculated Result of Groundwater Balance in Yinchuan Plain

銀川平原內(nèi)大部分地區(qū)潛水埋深較淺,一般在3 m以內(nèi)(圖1)。潛水徑流受地形、巖性、水系、溝渠等自然和人為因素影響,從潛水等水位線可以看出(圖2),地下水自周邊流向平原中部,水力坡度大,徑流條件好;平原南部地下水流向黃河,水力坡度較大,徑流條件好;平原中部地下水流向北東,水力坡度明顯減小,徑流條件變差;平原北部潛水總體流向?yàn)楸睎|,水力坡度小,徑流條件差。

2 水資源利用概況

銀川平原地表水主要來(lái)源于黃河引水,大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉,工業(yè)用水只占很少一部分,其中農(nóng)業(yè)灌溉用地表水37.216 7×108m3/a,工業(yè)用地表水2.430 0×108m3/a。

圖1 銀川平原2004年潛水埋深等值線Fig.1 Distribution of Isoline for Buried Depth of Phreatic Water in Y inchuan Plain at 2004

2003年,銀川平原各行業(yè)取用地下水共計(jì)5.838 2×108m3。其中工業(yè)取用地下水2.092 5× 108m3,占地下水總用量的35.8%;農(nóng)業(yè)取用地下水1.580 4×108m3,占地下水總用量的27.1%;城鎮(zhèn)生活取用地下水1.905×108m3,占地下水總用量的32.6%;農(nóng)村人畜取用地下水0.232 1×108m3,占地下水總用量的3.9%。通過(guò)對(duì)銀川平原地下水開采量調(diào)查及資料分析可以看出,地下水開采量在20世紀(jì)70年代為1.508 8×108m3/a,80年代為3.113 5×108m3/a,90年代為4.014 0×108m3/a, 2000年為4.641 8×108m3/a,2002年為4.655 2× 108m3/a,2003年為5.838 2×108m3/a,地下水開采量逐年遞增。

圖2 銀川平原2004年潛水等水位線Fig.2 Distribution of Contour of Phreatic Water in Yinchuan Plain at 2004

水資源利用中存在的主要問(wèn)題表現(xiàn)在:①水資源利用效率不高,主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面,對(duì)黃河水的使用方式是大引大排,排引比達(dá)0.58左右;渠系水有效利用系數(shù)低,平均為0.43;農(nóng)田灌溉定額高,以水稻為例,平均灌溉毛定額為29 085m3/hm2,吳忠市最高達(dá)33 585 m3/hm2;水澆地平均灌溉毛定額則為15 030 m3/hm2,吳忠市最高達(dá)17 355 m3/hm2;②水資源配置不合理,銀川平原可利用水資源量主要是國(guó)家規(guī)定的黃河引水量,數(shù)量本來(lái)不多,但農(nóng)業(yè)占用水量過(guò)多。一方面造成了用水浪費(fèi),另一方面擠占了工業(yè)、生態(tài)等用水量,影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善;③水資源利用結(jié)構(gòu)不合理,銀川平原用水總量為47.344 2× 108m3,其中地下水利用量5.838 2×108m3,占12.3%。主要引用黃河水,極少利用灌溉入滲后形成的淺層地下水,造成淺層地下水大量蒸發(fā),浪費(fèi)了水資源,同時(shí)也加重了排水負(fù)擔(dān),造成地下水位過(guò)高,土壤鹽漬化難以根除。

3 主要水環(huán)境問(wèn)題

銀川平原地處西北干旱地區(qū),降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng),其在水資源開發(fā)利用中所存在的環(huán)境問(wèn)題與西北地區(qū)的其他平原有類似之處[11-14],主要水環(huán)境問(wèn)題為土壤鹽漬化、湖泊濕地萎縮、地下水鹽化及區(qū)域性地下水位降落漏斗的形成等。

3.1 土壤鹽漬化

圖3為根據(jù)2004年11月遙感資料解譯的銀川平原不同程度鹽漬土的分布區(qū)域,圖4為2004年通過(guò)采樣分析得到的土壤含鹽量分區(qū)圖。由圖3、4可以看出,銀川平原土壤鹽漬化主要分布于銀北地區(qū),銀南地區(qū)僅分布在邵崗東部一帶、靈武東部秦渠、東干渠附近,總面積8.17×104hm2,占耕地面積的43.4%。把圖3、4與圖1、2對(duì)比可見,發(fā)生土壤鹽漬化的地區(qū)潛水位埋深一般小于2 m,地下水水力坡度小,徑流滯緩。

圖3 銀川平原不同程度鹽漬土分布Fig.3 Distribution of Saline Soil with Various Degree in Y inchuan Plain

通過(guò)對(duì)比1987、1997、2004年土壤鹽漬化遙感解譯結(jié)果(表2)可知,銀川平原鹽漬化土地面積從1987年的2 463.60 km2減少至2004年的1 839.77 km2,土壤鹽漬化呈逐年縮減的趨勢(shì)。從不同等級(jí)的鹽漬化面積發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,發(fā)生顯著變化的區(qū)域主要分布在中、重鹽漬化區(qū),而輕鹽漬化區(qū)和堿土的面積近十幾年來(lái)變化不顯著。從1987年至今,平原整體土壤鹽漬化問(wèn)題呈逐年減輕的趨勢(shì),尤其是最近幾年,中、重土壤鹽漬化面積明顯減少,說(shuō)明最近幾年灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施已初顯成效。另外在開展節(jié)水、提高用水效率以及調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項(xiàng)目方面也做了大量工作,使得困擾灌區(qū)多年的土壤鹽漬化問(wèn)題得以好轉(zhuǎn)。

表2 不同年份鹽漬化土地面積Tab.2 Area of Saline Soil in Different Years

圖4 銀川平原土壤含鹽量分布Fig.4 Distribution of Soil Salt Content in Yinchuan Plain

3.2 湖泊濕地面積萎縮

濕地分為沼澤濕地、湖泊濕地、河流濕地、灘涂濕地、人工濕地(包括渠道、塘堰、精養(yǎng)魚池)5種類型。使用遙感方法對(duì)1987、1997、2004年的各類濕地進(jìn)行解譯,得到銀川平原2004年湖泊濕地總面積為500.59 km2,主要分布在平原北部地區(qū),尤其以永寧以北平羅以南比較集中,其中灘涂沿黃河兩岸分布(表3)。從表3的解譯結(jié)果可見:從1987、1997、2004年數(shù)據(jù)看,湖泊濕地面積不斷萎縮,這與近年來(lái)潛水的開采量不斷增大、潛水位有一定程度的下降有關(guān)。

3.3 地下水鹽化

從圖5可以看出,潛水總含鹽量在整個(gè)平原內(nèi)的變化總趨勢(shì)為,自西向東、自南向北總含鹽量不斷增大,水質(zhì)變差。水化學(xué)類型從西南到東北依次變?yōu)?/p>

表3 不同年份濕地面積Tab.3 Area of Wetland in Different Years

圖5 銀川平原潛水總含鹽量分布Fig.5 Distribution of Soil Total Salin ity of Phreatic Water in Yinchuan Plain

3.4 部分地區(qū)地下水超采

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較發(fā)達(dá)的銀川和石嘴山,深層地下水超采嚴(yán)重,地下水降落漏斗面積已超過(guò)500 km2(圖6)。

圖6 銀川平原2004年第一承壓水等深水位線分布Fig.6 Distribution of Contour of the First ConfinedGroundwater in Yinchuan Plain

銀川生活、工業(yè)用水以開采第一承壓水為主,由于長(zhǎng)期大量集中開采,形成了第一承壓水區(qū)域性水位降落漏斗,漏斗面積453.17 km2。從降落漏斗的變化情況來(lái)看,1986—1990年降落漏斗面積增加速率為30.205 km2/a,中心水位下降速率則為0.884 m/a,1991—1995年降落漏斗面積增加速率為10.10 km2/a,中心水位下降速率為0.769 5 m/a,相對(duì)1986—1990年,降落漏斗面積的增加速率和中心水位下降速率都有所減少;1996—2000年降落漏斗面積增加速率為1.73 km2/a,中心水位相對(duì)1996年處于回升的趨勢(shì),表明銀川地下水位降落漏斗已處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

石嘴山為寧夏的重工業(yè)城市,城市生活、工業(yè)用水以山前單一潛水及第一承壓水為主要開采層,隨著地下水開采量的不斷增加,在石嘴山大武口區(qū)形成了區(qū)域性的降落漏斗,漏斗面積93.78 km2,目前已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.5 土地荒漠化

寧夏是西北地區(qū)沙漠化較嚴(yán)重的省區(qū)之一,銀川平原沙漠化土地分布在平原區(qū)的東、西兩側(cè):黃河?xùn)|岸—陶樂(lè)—靈武地區(qū)受毛烏素沙漠的影響就地產(chǎn)生活動(dòng)沙丘、固定、半固定沙丘和平鋪沙地均有分布,以活動(dòng)沙丘和平鋪沙地為主;銀川平原西側(cè),由大武口至黃羊?yàn)┝闵⒎植荚谝S灌區(qū)地勢(shì)低洼的山前洼地、鹽荒地、沼澤地。以平吉堡沙漠化土地較集中,分布面積約300 km2,以流動(dòng)沙丘為主,沙丘高3～5 m,最高10m。沙漠化土地總面積68.15×104hm2,占土地總面積的48.78%。其中以靈武縣、陶樂(lè)縣最為嚴(yán)重,沙漠化土地占土地總面積的79.9%和76.96%。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水資源管理工作,加強(qiáng)地表水與地下水聯(lián)合調(diào)配。對(duì)銀川和石嘴山等集中開采區(qū),要調(diào)整開采井布局(井深和密度),做到采補(bǔ)平衡,保證這些地區(qū)地下水的開采不導(dǎo)致相關(guān)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生;對(duì)土壤鹽漬化比較嚴(yán)重地區(qū)應(yīng)鼓勵(lì)開采淺層地下水,實(shí)施地表水與地下水聯(lián)合利用,將地下水位控制在一定深度內(nèi),減少潛水的無(wú)效蒸發(fā),防止土壤鹽漬化的進(jìn)一步擴(kuò)大,并使已有土壤次生鹽漬化的地區(qū)逐步恢復(fù)原貌;對(duì)于地表水體、湖泊以及濕地,應(yīng)建立相應(yīng)的保護(hù)區(qū),避免在其周圍開采地下水,導(dǎo)致潛水位下降。

(2)農(nóng)業(yè)用水是銀川平原第一用水大戶,農(nóng)業(yè)灌溉用水量占到總用水量的80%以上,單方水的糧食產(chǎn)量?jī)H為0.56 kg/m3,而以色列已達(dá)到2.32 kg/m3。這些說(shuō)明銀川平原水資源利用率低,農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大。若將銀川平原農(nóng)業(yè)用水的有效利用率提高20%,每年可節(jié)水7.6×108m3。

(3)完善田間工程配套,實(shí)現(xiàn)渠道防滲管道化。銀川平原由于長(zhǎng)期以來(lái)水利投入偏低,灌區(qū)引水與排水工程均存在老化和不配套現(xiàn)象,輸水過(guò)程中漏水跑水現(xiàn)象嚴(yán)重,渠道襯砌率低,渠系滲漏損失大,加上田間工程不配套,輸水過(guò)程及田間水量損失很大。據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn),通過(guò)完善田間工程配套實(shí)現(xiàn)渠道防滲管道化,可節(jié)水40%左右。

(4)改進(jìn)田間灌溉技術(shù)。區(qū)內(nèi)水資源管理粗放,加上群眾生產(chǎn)習(xí)慣等原因,一直采用大引大排、大水漫灌的灌溉方式,排水量占引水量的60%,不僅造成了用水浪費(fèi),而且引發(fā)了土壤鹽漬化等生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)。在對(duì)田間耕地進(jìn)行平整和細(xì)作的基礎(chǔ)上,控制水稻灌水量,改大水漫灌為小畦灌和膜上灌,是銀川平原節(jié)水的重要措施。

(5)銀川平原的地下水主要開采層是第一承壓水層,目前該含水層在銀川地區(qū)已形成了區(qū)域性降落漏斗,導(dǎo)致大量潛水的越流補(bǔ)給。由于銀川地區(qū)的潛水水質(zhì)較差,已遭受不同程度的污染,潛水的越流補(bǔ)給對(duì)第一承壓水的水質(zhì)將造成嚴(yán)重威脅,并且直接影響銀川等城市飲用水的安全。目前對(duì)這方面的問(wèn)題很少進(jìn)行研究,建議在今后工作中予以重視,以防患于未然。同時(shí),應(yīng)嚴(yán)格管理污水排放,控制污染,積極開展污水凈化處理再利用,實(shí)行污水資源化。

(6)銀川平原水鹽運(yùn)移受自然和人類活動(dòng)等多因素控制,變化較復(fù)雜。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)銀川平原水土環(huán)境質(zhì)量的系統(tǒng)監(jiān)測(cè),開展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和研究工作,追蹤自然和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。同時(shí)這種監(jiān)測(cè)也是對(duì)地下水開采中發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)糾正的基礎(chǔ)。

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Main Water Environmental Problem and Its Countermeasures in Yinchuan Plain

ZHANGQin,ZHANG Li

(N ingxia Institute of Geological Environment M onitoring,Yinchuan 750021,N ingxia,China)

Based on field investigation,samp ling analysis and remote sensing image,hydrogeological condition and water resource use in Yinchuan Plain were introduced,the current situation and genetic development of water environmental p roblem s including soil salinization,shrinkage of lake wetland,groundwater salinization, groundwater overexp loitation and land desertification were discussed.The results showed that the groundwater was supplied by ditch seepage,irrigation and rainfall infiltration,underground lateral runoff around the p lain,flood loss and Yellow Riverwater loss in Yinchuan Plain;the groundwater drained by themeansof drainage ditch,evaporation and artificial exploitation;dep th of phreatic water was mostly w ithin 3 m;the surface water came from Yellow River,efficiency of water resource use was poor;the total area of saline soil was 8.17×104hm2w ith an dow n trend,and mainly distributed in the no rth of Yinchuan Plain,and partly in the south;mudflatmainly distributed in both sides of Yellow River;total salinity of phreatic water increased from west to east and from south to no rth; over-exp loitation of deep phreatic water was serious,and the area of groundwater dep ression cone was more than 500 km2in Yinchuan and Shizuishan cities;the desertification land mainly distributed in the east and west of Yinchuan Plain;themain reason of soil and groundwater salinization was the shallow buried dep th of phreatic water and strong evaporation.Finally,the countermeasures,w hich were put forward to p reventing the water environmental p roblem s,included strengthening water resourcemanagement and coo rdinating the use of surface and ground water,imp roving field irrigation,strictly controlling sewage discharge and purifying waste water,and strengthening the monitoring of soil and water environmental quality.

water resource use;water environment;soil salinization;groundwater;desertification;Yinchuan Plain

P641;X143

A

1672-6561(2010)04-0392-06

2010-01-09

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(200310400014)

張 欽(1965-),男,寧夏中衛(wèi)人,高級(jí)工程師,從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究。E-mail:zq-nx@163.com