李筱

摘要：石羊河位于甘肅河西走廊東段，是我國(guó)人口最密集、水資源開發(fā)利用程度最高、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題最嚴(yán)重的內(nèi)陸河流域之一，因此對(duì)水昌縣地下水及水資源供需平衡分析的研究有助于改善流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境。文章采用2020年為現(xiàn)狀水平年，將流域內(nèi)劃分為西河灌區(qū)、四壩灌區(qū)、東河灌區(qū)、金川灌區(qū)和清河灌區(qū)5個(gè)計(jì)算單元，對(duì)永昌縣地下水及水資源供需平衡進(jìn)行了分析。地下水水位下降是引發(fā)泉水干涸、植被退化等環(huán)境問(wèn)題的主要因素，地下水壓采是保證地下水資源持續(xù)利用和逐漸改善、修復(fù)由于地下水超采造成的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重要舉措。地下水位變化，是地下水補(bǔ)排不平衡的結(jié)果，在補(bǔ)給、徑流及天然排泄量不變的條件下，由開采地下水?dāng)?shù)量來(lái)決定，二者呈正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：石羊河;水資源;供需平衡

中圖分類號(hào)：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

石羊河位于甘肅河西走廊東段，是我國(guó)人口最密集、水資源開發(fā)利用程度最高、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題最嚴(yán)重的內(nèi)陸河流域之一。石羊河長(zhǎng)162km，年徑流量5.17億立方米，主要由地下水補(bǔ)給，夏季山洪補(bǔ)給也占一定比例。各支流在出山后進(jìn)入走廊平原，河道在沖積、洪積扇上多呈放射狀，水流滲漏嚴(yán)重，河水?dāng)嗔鳌ＶT泉水河由武威市北流，匯合成石羊河，入民勤縣境，稱石羊河。

石羊河流域存在嚴(yán)重的水資源及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，并呈現(xiàn)出日益加重的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為：（1）石羊河流入民勤的地表水量劇減，地下水超采嚴(yán)重;（2）植被大量枯死，荒漠化日趨嚴(yán)重;（3）地表水污染嚴(yán)重，地下水水質(zhì)惡化[2]。因此，針對(duì)石羊河流域水資源開發(fā)利用嚴(yán)重過(guò)度，人水矛盾不斷加劇，生態(tài)環(huán)境愈加惡化的情形，我們有必要對(duì)流域內(nèi)的水資源進(jìn)行研究，充分認(rèn)識(shí)和了解水資源情況，以便對(duì)其實(shí)施有效的管理。對(duì)流域內(nèi)的水資源供需平衡進(jìn)行分析，并合理配置有限的水資源，對(duì)于水資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都具有十分重要的意義[3]。

本論述以石羊河流域永昌縣地下水及水資源為研究對(duì)象，結(jié)合以上研究思路，皆在為流域內(nèi)的水資源利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1地質(zhì)環(huán)境條件及地下水資源

1.1縣域及評(píng)價(jià)單元概況

1.1.1縣域概況

永昌縣地處祁連山北麓、阿拉善臺(tái)地南緣、河西走廊中東部，南與武威市涼州區(qū)、張掖市肅南裕固族自治縣交界，北鄰金昌市金川區(qū)，東接武威市民勤縣，西與青海省門源回族自治縣及張掖市山丹縣相連，是甘肅省的重要商品糧基地。

1.1.2灌區(qū)概況

永昌縣共有西河、四壩、東河、金川、清河等五處灌區(qū)。

西河灌區(qū)位于永昌縣西部，以西大河地表水為主，補(bǔ)充灌區(qū)內(nèi)小溝小河地表水及地下水進(jìn)行灌溉的大型自流灌區(qū)。四壩灌區(qū)位于永昌盆地，灌區(qū)水資源主要來(lái)自泉水、小溝小河地表水，不足部分靠開采地下水和西河灌區(qū)調(diào)水補(bǔ)充。東河灌區(qū)位于永昌縣東南，屬于武威盆地，屬大型自流灌區(qū)，灌溉水源以東大河地表水為主，補(bǔ)充地下水。金川灌區(qū)位于永昌縣北部，屬于武威盆地，灌溉水源主要來(lái)自金川峽水庫(kù)。清河灌區(qū)位于永昌縣東部，屬于武威盆地，水源全部來(lái)自開采地下水，是永昌縣唯一的純井灌區(qū)。

1.2自然地理

1.2.1氣象

永昌縣屬中溫帶干旱大陸季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫4.9℃，極端最高氣溫32.5℃，極端最低氣溫-26.7℃;區(qū)內(nèi)降水時(shí)空分布不均勻，降水量自東北向西南隨地勢(shì)增高而遞增，降水量在年內(nèi)分配很不平衡，汛期（7～9月）占全年降水量的60%。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，全年無(wú)霜期128d，年平均相對(duì)濕度53%，年日照時(shí)數(shù)2884h。

1.2.2水文

永昌縣地表水系屬石羊河流域，主要河流有東大河、西大河和金川河。

東大河是縣內(nèi)第一大河，發(fā)源于祁連山冷龍嶺北坡。于南莊子出山后大多被渠系引用灌溉，余水主要滲入地下補(bǔ)給地下水。

西大河發(fā)源于祁連山冷龍嶺北坡，是境內(nèi)第二大河。水資源量占境內(nèi)地表水總量的33%，非灌溉期，洪水泄入老河床，補(bǔ)給水昌盆地地下水，通過(guò)地下潛流轉(zhuǎn)化為泉水溢出。

金川河發(fā)源于永昌北海子一帶，屬于西大河河水入滲二次溢出匯流后形成的泉水河流。

1.2.3土壤

永昌縣土壤類型分為高山寒漠土、高山草甸土、亞高山草甸土、灰褐土、黑鈣土、栗鈣土、灰鈣土、灰棕漠土、風(fēng)沙土、鹽土、草甸土、沼澤土、灌漠土13個(gè)土類，28個(gè)亞類，39個(gè)土屬，33個(gè)土種。

走廊綠洲平川農(nóng)業(yè)區(qū)包括各鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)區(qū)和綠洲間的部分荒灘，土壤類型主要有灰黃平土、黃平土和沙壤土。

1.2.4 植被

永昌縣自然植被從南部的高山草甸、森林逐步過(guò)渡到北部的半荒漠和荒漠草原，大致有四種類型：祁連山地天然森林、草原植被;綠洲平原人工林植被;石質(zhì)低山丘陵草原化荒漠植被;砂礫質(zhì)和礫砂質(zhì)戈壁荒漠植被。

1.3地質(zhì)環(huán)境條件

1.3.1地形地貌

永昌縣地形復(fù)雜，地勢(shì)總體西南高東北低，山地、平川、戈壁荒漠東西展開，南北更替，相間排列，縣域大致可分為南部中山和高山山地、中部低中山丘陵、走廊綠洲平原和北部沙漠戈壁四種地貌類型。

1.3.2地層巖性

永昌縣出露地層主要有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、第四系和侵入巖。

1.3.3地質(zhì)構(gòu)造

永昌縣區(qū)域大地構(gòu)造處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)與昆侖祁連褶皺系兩個(gè)I級(jí)構(gòu)造單元的過(guò)渡地帶。北部為中潮準(zhǔn)地臺(tái)的阿拉善隆起區(qū)，南部為昆侖祁連褶皺帶的北祁連褶皺帶。按Ⅳ級(jí)構(gòu)造單位劃分，由北向南分別為龍首山拱斷束、大黃山下古生代隆起、永昌-武威中新世斷陷、永昌南山古生代隆起。其中走廊過(guò)渡帶又可劃分為永昌盆地、武威盆地、花草灘盆地、紅山窯月牙湖盆地、毛卜喇盆地5個(gè)相對(duì)獨(dú)立的構(gòu)造盆地單元，是主要的含水構(gòu)造。

1.4水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存特征，可將區(qū)內(nèi)地下水劃分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水三大類型。

基巖裂隙水主要分布于南部祁連山區(qū)、永昌南山、中部大黃山及北部龍首山的高中山區(qū)，多為潛水，由于南北部地質(zhì)環(huán)境條件不同，基巖裂隙水特征也不同。

碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布于永昌南山、大黃山及龍首山的低山丘陵區(qū)，多為潛水，賦存于上古生界至新生界粗細(xì)相間的砂巖和砂礫巖中，主要接受降水補(bǔ)給，多以泉的形式排泄。

松散巖類孔隙水主要賦存山前（或山間）平原區(qū)武威盆地、永昌盆地、紅山窯-月牙湖盆地、毛不喇盆地及花草灘盆地第四系松散堆積層中，均為單一的潛水類型，是主要具有供水意義的地下水類型。

1.5地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.5.1現(xiàn)狀水平年用水情況

永昌縣淺層地下水的的開發(fā)利用主要為城鎮(zhèn)公共居民生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和其他用水。

2020年永昌縣淺層地下水開采利用心量為15896×104m3，其中城鎮(zhèn)公共居民生活用水700.37×104m23，占4.41%，工業(yè)用水81.8×104m3，占0.51%，農(nóng)業(yè)灌溉用水14461.12×104m3，占90.97%，其他用水652.71×104m3，占4.11%，地下水用水量以農(nóng)業(yè)用水為主，各灌區(qū)中又以清河灌區(qū)開采量最大，占全縣地下水量開采總量的77.76%。當(dāng)年地下水實(shí)際開采量15896×104m。

綜上，2020年永昌縣地下水用水總量控制指標(biāo)為15900×104m2，當(dāng)年實(shí)際開采量15896×104m2，未超過(guò)地下水用水總量控制指標(biāo)。

1.5.2地下水開采引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

永昌縣地下水開采引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題主要是區(qū)域性地下水水位下降以及泉水溢出量減少。

（1）區(qū)域性地下水水位下降

永昌縣近年來(lái)地下水開發(fā)利用程度較高，2020年全縣共有開采井1710眼，2020年地下水開采量達(dá)到15896×104m2。2012年以前永昌縣地下水水位整體下降，平均降幅為0.05～0.50m/a，其中清河地區(qū)平均下降幅度0.5m/a。近年由于各類措施的實(shí)施，地下水水位穩(wěn)中開始回升。

（2）泉水溢出量減少或干枯

泉水是河西內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是研究水資源系統(tǒng)轉(zhuǎn)化、人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響的重要依據(jù)。永昌縣由于地下水開采造成的泉水溢出量減少或干枯現(xiàn)象較為明顯。最為嚴(yán)重的是清河灌區(qū)，由于地下水位下降，泉水流量不斷減少，清河灌區(qū)的泉水從此消失。

1.6地下水資源量及可開采量

1.6.1地下水資源量

地下水資源量為地下水總補(bǔ)給量減去井灌回歸補(bǔ)給量。由于各灌區(qū)間共用計(jì)算斷面，存在補(bǔ)給量與排泄量重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題，雖然總補(bǔ)給量與總排泄量之差的計(jì)算不受影響，但是在計(jì)算水資源量時(shí)，應(yīng)將重復(fù)計(jì)算量扣除。

1.6.2地下水可開采量

地下水可開采量代表一定范圍均衡單元內(nèi)的含水層中，在不引起生態(tài)環(huán)境惡化的條件下，單位時(shí)間內(nèi)最優(yōu)取水方案可以開采的最大水量。實(shí)際開采量應(yīng)小于可開采量，否則會(huì)引起地下水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

可開采量的大小是由地下水的總補(bǔ)給量和儲(chǔ)存量的大小決定的，同時(shí)還受自然條件和經(jīng)濟(jì)條件的雙重限制。永昌縣地下水在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人工開采以后，改變了其天然的補(bǔ)給和排泄條件，導(dǎo)致地下水水位持續(xù)下降。隨著生態(tài)環(huán)境治理的形成與發(fā)展，自2010年以后年度地下水下降幅度減小并開始回升，這說(shuō)明地下水的補(bǔ)給量和排泄量達(dá)到了新的平衡。因此，永昌縣地下水可開采量的計(jì)算，應(yīng)在新的平衡條件下進(jìn)行。

2水資源供需平衡分析

2.1水資源量

地表水資源量是指河流、湖泊、冰川等地表水體中由當(dāng)?shù)亟邓纬傻?、可以逐年更新的?dòng)態(tài)水量，用天然河川徑流量表示6。

永昌縣地表水資源量主要包括三個(gè)方面：一是有水文觀測(cè)站控制的河流地表水資源量，采用實(shí)測(cè)徑流加還原量的值;二是無(wú)觀測(cè)資料的小溝、小河地表水資源量，采用收集資料值或調(diào)查值;三是淺山區(qū)地表水水資源量，采用等值線量算值[7]。

2.2水資源供需平衡分析

將永昌縣近期（2020年）、中期（2025年）和遠(yuǎn)期（2030年）的供水量和需水量進(jìn)行對(duì)比，如平衡差為正值（供水量大于需水量），則供水量滿足用水需求;如平衡差為負(fù)值（供水量小于需水量），則供水量不能滿足用水需求[*-10]。

根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果，永昌縣地表水總資源量為53197×104m/a，淺層地下水允許開采量為21106.68×104m/a，滿足近期（2020年）、中期（2025年）和遠(yuǎn)期（2030年）的用水需求。但根據(jù)石羊河流域治理總體目標(biāo)及金昌市2020年、2030年水資源管理控制指標(biāo)，永昌縣用水總量控制指標(biāo)2020年為38000×104m2，2030年為38900×104m3，2025年控制指標(biāo)按內(nèi)插法求得為38450×104m。將上述用水控制指標(biāo)與需水量預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行水資源供需平衡對(duì)比分析，2020年、2025年、2030年平衡差均為負(fù)值，其中2020年缺水3113.05×104m3，2025年缺水3457.70×104m3，2030年缺水3 768.38×104 m3[11-12]

因此，為確保水資源管理控制指標(biāo)任務(wù)落實(shí)，實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)期用水供需平衡，需采取措施進(jìn)行水資源合理配置[13]。

地下水水位下降是引發(fā)泉水干涸、植被退化等環(huán)境問(wèn)題的主要因素，地下水壓采是保證地下水資源持續(xù)利用和逐漸改善、修復(fù)由于地下水超采造成的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重要舉措[14-151。

地下水位變化，是地下水補(bǔ)排不平衡的結(jié)果，在補(bǔ)給、徑流及天然排泄量不變的條件下，由開采地下水?dāng)?shù)量來(lái)決定，二者呈正相關(guān)關(guān)系。

由此可見，實(shí)施壓采措施后，各灌區(qū)地下水位將會(huì)普遍上升3～16cm不等。需要特別說(shuō)明的是此次地下水位預(yù)測(cè)是在地表水來(lái)水量保證率p=50%，并在嚴(yán)格執(zhí)行本方案的情況下預(yù)測(cè)的，在枯水年份地下水位達(dá)不到此次預(yù)測(cè)上升幅度[16]。

根據(jù)前述規(guī)劃及水資源配置，壓采方案實(shí)施后，全縣地下水水位將穩(wěn)步回升，在現(xiàn)狀條件下不會(huì)明顯產(chǎn)生新的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。相應(yīng)北海子、焦家莊等地的泉水溢出量將會(huì)增加，泉水溢出帶向上游逐漸發(fā)展，地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水量的也會(huì)相應(yīng)增加[17]。

3結(jié)論

（1）2020年永昌縣淺層地下水開采利用總量為15896×104m3，其中城鎮(zhèn)公共居民生活用水700.37×104m2占4.41%，工業(yè)用水81.8×104m2占0.51%，農(nóng)業(yè)灌溉用水14461.12×104m3占90.97%，其他用水652.71×104m2占4.11%，地下水用水量以農(nóng)業(yè)用水為主，各灌區(qū)中又以清河灌區(qū)開采量最大，占全縣地下水量開采總量的77.76%。當(dāng)年地下水實(shí)際開采量15896×104m2。

（2）地下水開采引發(fā)的生態(tài)環(huán)問(wèn)題主要是區(qū)域性地下水水位下降以及泉水溢出量減少。

（3）2020年永昌縣平原區(qū)淺層地下水總補(bǔ)給量為30884.50×104m2，水資源量為27182.45×104m2，可開采量為21106.68×104m，大于永昌縣2020年地下水實(shí)際開采量15896×104m3。

（4）預(yù)測(cè)永昌縣2025年需水量為41907.70×104m2，2030年需水量為42668.38×104m2。永昌縣用水總量控制指標(biāo)2025年為38450×104m3，2030年為38900×104m3，平衡差均為負(fù)值，其中2025年缺水3457.70×104m2，2030年缺水3768.38×104m3，需采取措施進(jìn)行水資源合理配置。

（5）2020年永昌縣地下水實(shí)際開采量15896×104m2，大于2020年永昌縣地下水總量控制指標(biāo)15700×104m2，需進(jìn)行壓采，壓采量為地下水實(shí)際開采量（現(xiàn)狀年）與地下水目標(biāo)開采量之差196×104m2，中遠(yuǎn)期不需進(jìn)行壓采。

（6）在地表水來(lái)水量保證率p=50%并嚴(yán)格實(shí)施各項(xiàng)措施的前提下，預(yù)測(cè)各灌區(qū)地下水位將會(huì)上升3～16cm，相應(yīng)泉水溢出帶向上游逐漸發(fā)展，北海子、焦家莊等地的泉水溢出量逐漸增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]程玉菲，李元紅，胡想全，等.石羊河流域水資源利用及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009（10）：15-18.

[2]李海濤，綠洲水資源利用情景模擬與綠洲生態(tài)安全——以石羊河流域武威和民勤綠洲為例[D].北京：北京大學(xué)，2008.

[3]袁生祿.石羊河流域水資源大規(guī)模開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，1991（3）：44-52.

[4]甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)專報(bào)：區(qū)域地質(zhì).19，甘肅省區(qū)域地質(zhì)志[M].地質(zhì)出版社，1989.

[5]朱小燕，石羊河流域地下水時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2008.

[6]徐兆祥，左鳴放.石羊河流域地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律及其影響因素[J].地下水，1986（4）：33-37.

[7]胡興林，姜光輝，王靜，等.石羊河流域水資源轉(zhuǎn)化模型研究[C]∥全國(guó)水文學(xué)術(shù)討論會(huì)，2004.

[8]胡興林，姜光輝，王靜，等，石羊河流域水資源轉(zhuǎn)化規(guī)律及概化模型研究[C]//甘肅省科協(xié)年會(huì)，2007.

[9]張若琳.石羊河流域水資源分布特征及其轉(zhuǎn)化規(guī)律[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2006.

[10]王錚，鄭一萍，馮皓潔，等.水資源供需平衡的安全分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2002.2（5）：13-18.

[11]周益，李援農(nóng).石羊河流域水資源供需平衡分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2008，19（6）：86-89.

[12]張同澤，劉翰朝.石羊河流域武威區(qū)域水資源供需平衡分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2004，22（3）：139-143.

[13]張凱，宋連春，韓永翔，等，黑河中游地區(qū)水資源供需狀況分析及對(duì)策探討[J].中國(guó)沙漠，2006，26（5）：842-848.

[14]王錫萍，考慮生態(tài)環(huán)境用水的武威市涼州區(qū)水資源供需平衡研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2005.

[15]張同澤.石羊河流域武威區(qū)域水資源危機(jī)的應(yīng)對(duì)策略[C]//甘肅省科協(xié)年會(huì)，2007.

[16]康紹忠，粟曉玲，楊秀英，等.石羊河流域水資源合理配置及節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)理論與技術(shù)集成研究的總體框架[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2005，16（1）：1-9.

[17]史銀軍.基于水資源轉(zhuǎn)化模擬的內(nèi)陸河流域水資源優(yōu)化配置研究[D].咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011.