甘 雨，王曉瑋

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

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民勤盆地地下水資源開采潛力評價

甘 雨，王曉瑋

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

民勤盆地位于我國甘肅省河西走廊石羊河流域的下游，上個世紀(jì)九十年代以后，該區(qū)域由于地下水大規(guī)模的開采，造成了水質(zhì)惡化、植被退化、沙漠入侵等一系列的嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問題。為準(zhǔn)確評價民勤盆地的地下水資源開采潛力,采用相對完整的地下水綜合潛力評價方法，對民勤盆地地下水開采潛力進行定量評價。結(jié)果表明，民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P為1.16，潛力系數(shù)為1.18，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，從綜合地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀來看，地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，地下水開發(fā)利用在保證當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟規(guī)劃用水中已處于極限狀態(tài)。為今后地下水資源開發(fā)利用提供依據(jù)，保證民勤盆地生態(tài)環(huán)境安全。

民勤盆地；地下水資源；開采潛力評價

民勤盆地位于甘肅省河西走廊石羊河流域的下游，上個世紀(jì)九十年代以后，由于地下水大規(guī)模的開采，民勤盆地地下水水位迅速下降，造成了水質(zhì)惡化、植被退化、沙漠入侵等一系列的嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問題。在合理評價地下水資源可開采量的基礎(chǔ)上，對地下水資源開采潛力進行評價，可以為今后的地下水資源開發(fā)利用提供依據(jù)，保證民勤生態(tài)環(huán)境的安全。

原有地下水潛力評估是以“開采程度”進行的。王貴玲[1]提出了地下水開采潛力的統(tǒng)一概念，是指一個特定地區(qū), 具一定評價深度，在一定技術(shù)經(jīng)濟條件和環(huán)境約束下的地下水可增加的利用量；地下水潛力可從現(xiàn)狀潛力、環(huán)境潛力和技術(shù)經(jīng)濟潛力三個方面進行綜合評價；同時提出了地下水開采潛力系數(shù)的概念。程斌等[2]在此定義的基礎(chǔ)上根據(jù)民勤盆地地下水歷史開采數(shù)據(jù)分析評價地下水開采潛力。目前常用的地下水開采潛力評價方法有地下水剩余系數(shù)[3]、開采潛力指數(shù)等[4]。目前的潛力評價基本是建立在歷史開采數(shù)據(jù)上，對變化條件下的地下水資源可開采量以及現(xiàn)行實施的水利規(guī)劃方案的結(jié)合較少，不能真正反映地下水的開采潛力。

本文在前期地下水資源可開采量評價工作的基礎(chǔ)上，基于《地下水潛力評價技術(shù)要求》(GW I-D4)提出的地下水綜合潛力評價方法，對民勤盆地地下水開采潛力進行定量評價。為了驗證定量評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，定性分析開采潛力與生態(tài)環(huán)境、地下水開采來源、多年均衡之間的關(guān)系，并將評價結(jié)果與已有評價結(jié)果進行對比。研究表明，此次采用的數(shù)據(jù)來源可靠，評價結(jié)果滿足內(nèi)陸西北河流域“三水”轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律，具有較強的參考價值。

1 評價方法

中國地質(zhì)調(diào)查局2004年針對全國地下水資源極其環(huán)境問題調(diào)查評價項目，提出了《地下水潛力評價技術(shù)要求》(GW I-D4)，提出了一套相對完整的地下水綜合潛力評價方法。其地下水開采潛力和超采程度評價指標(biāo)主要包括：

1.1 現(xiàn)狀開采潛力指數(shù)

現(xiàn)狀開采潛力指數(shù)是反映地下水現(xiàn)狀開發(fā)利用條件下開采潛力，其計算公式為：

P=Q可采/Q開采

(1)

式中：P為地下水開采潛力指數(shù)；Q可采為評價的地下水可開采量(104m3/a)；Q開采為地下水現(xiàn)狀開采量，指通過調(diào)查統(tǒng)計獲得的實際開采量(104m3/a)。

1.2 利用潛力

利用潛力是指規(guī)劃期內(nèi)地下水資源利用過程中節(jié)約出來可供再利用以緩解地下水開采壓力的數(shù)量，以Q利用潛力表示，其計算公式為：

Q利用潛力=T農(nóng)+T工+T生

(2)

式中：T農(nóng)為農(nóng)業(yè)節(jié)約的地下水量(104m3/a)；T工為工業(yè)節(jié)約的地下水量(104m3/a)；T生為生活節(jié)約的地下水量(104m3/a)。

1.3 開采潛力

開采潛力由可擴大的開采資源量和開采盈余量組成，以Q開采潛力表示，其計算公式為：

Q開采潛力=Q可擴大開+Q盈余

(3)

其中可擴大的開采資源主要指規(guī)劃期內(nèi)非常規(guī)水(包括雨水、咸水微咸水、污水、礦排水等)的合理改造利用擴大的、依靠環(huán)境容量擴大的以及改變評價標(biāo)準(zhǔn)(如最大允許降深增加)擴大的地下水資源量，以Q可擴大開表示，其計算公式為：

Q可擴大開=A非+A環(huán)+A評

(4)

式中：A非為非常規(guī)水利用擴大的水資源量(104m3/a)；A環(huán)為環(huán)境容量擴大的水資源量(104m3/a)；A評為評價標(biāo)準(zhǔn)改變擴大的水資源量(104m3/a)。

開采盈余量為地下水可開采量減去現(xiàn)狀開采量后盈余的部分，以Q盈余表示，其計算公式為：

Q盈余=Q可采-Q開采

(5)

1.4 地下水潛力系數(shù)

地下水潛力系數(shù)是反映規(guī)劃期內(nèi)地下水開采和利用潛力的相對系數(shù)，以α表示，其計算公式為：

(6)

1.5 地下水綜合潛力和地下水綜合潛力模數(shù)

地下水綜合潛力是反映規(guī)劃期內(nèi)地下水資源實際存在的可開采潛力，以Q綜合表示，其計算公式為：

Q綜合=Q利用潛力+Q開采潛力

(7)

地下水綜合潛力模數(shù)反映的是單位面積上地下水的利用潛力和開采潛力總量，其計算公式為：

(8)

式中：M綜合為地下水綜合潛力模數(shù)(104m3/km2·a)；F為評價區(qū)面積(km2)。

利用上述指標(biāo)，定量研究水資源利用對地下水開采的影響，確定地下水開采盈余量、地下水可擴大的可開采量和地下水利用節(jié)約水量，從而達 到地下水開采潛力和超采程度定量綜合評價的目的。

1.6 現(xiàn)狀開采潛力和超采程度評價

依據(jù)計算的P值，依照表1對現(xiàn)狀開采潛力和超采程度進行評價和分級。根據(jù)地下水開采量調(diào)查和評價的可開采量，依據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃、節(jié)水社會建設(shè)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃等成果，采用給定的計算公式，計算Q利用潛力和Q開采潛力。利用計算的α和M綜合，依照表2對規(guī)劃期內(nèi)地下水開采潛力進行綜合評價分級。

表1 現(xiàn)狀開采潛力和超采程度分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 開采潛力分級表

2 民勤盆地地下水潛力評價

2.1 民勤地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

民勤盆地位于石羊河下游，平均氣溫為7.8℃，年平均降水量110 mm，年平均蒸發(fā)量為2 604.3 mm。上個世紀(jì)九十年代以后，由于大規(guī)模的墾荒造成地下水開采量急劇增加，再加上上游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量不斷增加，紅崖山水庫上游來水急劇減少，民勤盆地地下水水位平均下降速率為0.56 m/a。2001年—2010年平均補排差為-1.06億 m3/a。隨著民勤蔡旗斷面來水量不斷增大，最近幾年有所好轉(zhuǎn)。在2010年出現(xiàn)0.2億 m3節(jié)余。

2.2 定量評價結(jié)果

依據(jù)水利部最新一次的評價結(jié)果[5]，民勤盆地Q可采為10 000×104m3/a；依據(jù)民勤縣2014水資源公報，民勤縣紅崖山灌區(qū)范圍內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用地下水開采量為8 624×104m3，即Q開采為8 624×104m3/a。

依據(jù)《民勤縣水資源綜合規(guī)劃》[6]，2010年民勤盆地內(nèi)紅崖山灌區(qū)的壩區(qū)、湖區(qū)和泉山三個灌區(qū)，地下水總用水量12 690×104m3，占灌區(qū)總用水量33 404×104m3的38.0%，占全縣總用水量35 107×104m3的36.2%。依據(jù)石羊河流域綜合規(guī)劃[7]，在現(xiàn)狀節(jié)水水平基礎(chǔ)上，考慮用水定額和用水量的變化趨勢，所確定的2002年和2030年兩個水平年的需水方案為“基本方案”，并以此進一步加大節(jié)水投入力度，強化需水管理，抑制需水過快增長，進一步提高用水效率和節(jié)水水平等各種措施后，所確定的需水方案為“強化節(jié)水方案”。以“強化節(jié)水方案”比“基本方案”的節(jié)水量作為計算依據(jù)，2020年的生活、和二三產(chǎn)業(yè)的節(jié)水量為1 012×104m3，通過提高灌溉水利用系數(shù)和節(jié)灌率，相對于“基本方案”農(nóng)業(yè)灌溉用水可以節(jié)約2 610×104m3?；谏鲜鼋Y(jié)果，計算可得規(guī)劃到2020年，民勤縣節(jié)水量為3 622×104m3。以前述比例計算，民勤盆地紅崖山灌區(qū)范圍內(nèi)可節(jié)約地下水1 311×104m3，平均每年節(jié)水131×104m3。

目前缺乏民勤縣關(guān)于非常規(guī)水資源利用的資料，暫定A非為0；由于民勤盆地本身不產(chǎn)流，因此通過環(huán)境容量擴大產(chǎn)生的可擴大開采量A環(huán)為0；在民勤盆地，由于地下水的生態(tài)作用異常重要，因此通過改變允許最大降深增加可擴大開采資源的途徑短期內(nèi)無法實現(xiàn)，即A評為0。

依據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以計算得到Q利用潛力=131×104m3/a，Q可擴大開=0，Q盈余=1 376×104m3/a。

根據(jù)超采區(qū)開采潛力和超采程度評價方法，可以得到如下評價結(jié)論；

民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P=1.16，潛力和超采程度劃分基本屬于采補平衡階段；

民勤盆地地下水潛力系數(shù)α=1.18，地下水綜合潛力為1 507×104m3/a，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，綜合評價結(jié)果為地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，不能進一步加大開發(fā)利用強度。

3 評價結(jié)果的驗證和討論

3.1 開采潛力定性分析

在收集有關(guān)資料和地下水資源評價的基礎(chǔ)上，對民勤盆地的生態(tài)條件、補給來源以及多年均衡進行分析，開展開采潛力定性分析。以便對定量分析進行驗證和佐證。

3.1.1 生態(tài)條件下開采潛力分析

在民勤盆地，隨著九十年代后地下水人超采，地下水位大幅度下，已經(jīng)遠遠低于生態(tài)水位，地下水維持的天然植被范圍極小，民勤盆地在現(xiàn)有開采條件下，即適宜天然植被生長的范圍衰減明顯，民勤盆地地下水的生態(tài)功能已經(jīng)處于非常薄弱的狀態(tài)，即使少量增加開采量仍然會導(dǎo)致生態(tài)條件的進一步惡化。地下水資源從生態(tài)方面來看已經(jīng)沒有開采潛力，處于超采狀態(tài)。

3.1.2 地下水開采來源與開采潛力關(guān)系

根據(jù)同位素分析結(jié)果，認(rèn)為民勤盆地目前使用的灌溉地下水均為地質(zhì)時期封存或入滲補給年代久遠的古水。目前降水及民勤渠系田間灌溉入滲對民勤地下水補給作用甚微[8]。隨著節(jié)水灌溉的推廣實施，地下水的補給條件發(fā)生變化，地下水補給只有洗壓鹽堿的苗水灌溉入滲可對地下水形成有效補給, 并使淺層地下水在補給過程中轉(zhuǎn)化為咸水。民勤現(xiàn)在開采地下水主要為上游側(cè)向補給資源量及儲存資源量，從此方面看無開采潛力。

3.1.3 多年均衡與開采潛力關(guān)系

民勤盆地2001—2010年多年地下水平均補給量為2.06億 m3/a，而地下水開采量為3.13億 m3/a，平均開采系數(shù)為1.52，盈余量-1.06億 m3/a。說明補給資源量和襲奪的排泄量無法滿足目前對地下水的需求，開采已經(jīng)開始動用儲存資源量，最直觀的反映就是無論補給資源量如何變化，地下水位呈現(xiàn)持續(xù)下降狀態(tài)。因此目前盆地尺度上地下水仍處于超采狀態(tài)，基本無開采潛力。

3.2 與已有評價結(jié)果的對比

程斌[2]評價的2000年民勤盆地開采潛力，湖區(qū)灌區(qū)基本平衡，泉山壩區(qū)潛力嚴(yán)重不足。本研究結(jié)合民勤水資源綜合規(guī)劃和紅崖山來水量的基礎(chǔ)上根據(jù)民勤盆地地下水利用情況對民勤盆地地下水開采潛力進行評價。評價結(jié)果更能真實反映民勤盆地真實的地下水開采潛力據(jù)《甘肅省超采評價報告》[9]，將民勤盆地劃分為淺層大型一般超采區(qū)。與此成果相比，本文雖然對超采的嚴(yán)重程度評價有所減弱，但是主要原因在本文是從水量角度對超采進行評價，并使用了更新的資料結(jié)合了石羊河流域重點規(guī)劃，考慮西北內(nèi)陸河流域“三水”轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了流域重點治理的成果。而且本文使用的開采潛力的評價指標(biāo)，與已有超采區(qū)評價技術(shù)方法主要評價過去時間段的超采程度不同，除了可以評價現(xiàn)狀超采程度外，更重要的是未來的開采潛力進行了定性分析評價，定量化評價精度得到保障，有助于地方水資源管理部門開展決策。因此，綜合來看，本研究評價的地下水開采潛力的評價結(jié)果是合理的和可行的。

4 結(jié)語

(1)本文采用中國地質(zhì)調(diào)查局提出的地下水綜合潛力評價方法，對民勤盆地地下水開采潛力進行了評價。民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P=1.16，潛力和超采程度劃分基本屬于采補平衡階段；地下水潛力系數(shù)α=1.18，地下水綜合潛力為1 507×104m3/a，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，綜合評價結(jié)果為地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，不能進一步加大開發(fā)利用強度。

(2)通過定性分析對定量評價的結(jié)果進行了分析驗證，確定了民勤盆地地下水開采潛力一般，地下水開發(fā)利用在保證當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟規(guī)劃用水中已處于極限狀態(tài)，不能再加大對民勤地下水的開采。

(3)在進行地下水開采潛力評價的過程中，不能僅僅只著眼于現(xiàn)狀年的分析，同時應(yīng)該考慮歷史上大規(guī)模的超采引起各類問題的治理和修復(fù)，在可開采資源量中要扣除地下水恢復(fù)的資源量，同時也要參考流域規(guī)劃，開發(fā)地下水潛力。

(4)民勤盆地現(xiàn)狀地下水開采主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，未來應(yīng)通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增大二、三產(chǎn)業(yè)的比例，加強水資源的循環(huán)利用，提高非常規(guī)水資源利用水平。

[1]王貴玲, 劉志明, 劉花臺, 等.地下水潛力評價方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2003(1):63 -66.

[2]程斌, 李志杰,蔡明科, 等.民勤盆地地下水開發(fā)潛力分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科技.2009(29):14301-14302.

[3]孫才志, 陳光, 楊靜, 等. 山西省黃河流域地下水資源分布特征、開采潛力與用水對策分析[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2004(03):410-414.

[4]明強, 高宗軍, 趙玉祥. 青島市主要供水水源地地下水資源開采潛力分析[J].地下水.2010(01):56-58.

[5]中國地質(zhì)大學(xué)(北京).西北內(nèi)陸河流域典型地下水超采地區(qū)總量控制指標(biāo)制定及合理性分析報告[R].2015.

[6]蘭州大學(xué). 民勤縣水資源綜合規(guī)劃[R].2013.

[7]甘肅省水利廳，甘肅省發(fā)展和改革委員會. 石羊河流域重點治理規(guī)劃[R].2007.

[8]李丁, 馬金珠, 南忠仁. 民勤盆地地下水水位下降特征與可持續(xù)利用評價[J].中國沙漠.2004,24(6):734-739.

[9]甘肅省水文水資源局. 甘肅省地下水超采區(qū)評價報告[R].2012.

Exploitation potential evaluation of groundwater resources in Minqin Basin

GAN Yu，WANG Xiao-wei

(School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 10083,China)

Minqin Basin is located in the lower reaches of Shiyang river basin in hexi corridor of genus province. after the 90s of last century, due to the large-scale exploitation of groundwater in the area, have caused a series of serious ecological and environmental problem such as deterioration of water quality, vegetation degeneration and desert-invasion and so on. In order to accurately evaluate the exploitation potential of groundwater resources in Minqin basin, we quantitatively evaluate groundwater exploitation potential in Minqin basin by a comprehensive evaluation method of groundwater comprehensive potential. Results show that the potential index of groundwater exploitation in Minqin basin is 1.16 and potential coefficient is1.18 and the groundwater potential modulus is 0.31 .Based on the present situation of comprehensive groundwater development and utilization, groundwater exploitation and utilization at critical value has been in the limit state amongst ensuring the local national economic planning with water and groundwater potential is commonly. This provides the basis for the development and utilization of groundwater resources and ensures the ecological environment security.

Minqin Basin；groundwater resources；exploitation potential evaluation

2017-01-03

水利部行政事業(yè)性項目：“西北內(nèi)陸河流域地下水超采區(qū)總量控制與管理制度建設(shè)”(1261521610010)

甘雨(1991-)，男，河南鄧州人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文地質(zhì)學(xué)。

[通訊簡介] 王曉瑋(1982-)，男，山東泰安人，博士，研究方向：地下水資源管理。

P641.8

A

1004-1184(2017)03-0008-03