腰壩綠洲地下水位動(dòng)態(tài)特征及對植被變化影響

李 燕，盧玉東，李鴻娟，王紀(jì)科，姜 凌

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌712100)

腰壩綠洲地下水位動(dòng)態(tài)特征及對植被變化影響

李 燕1，盧玉東1，李鴻娟1，王紀(jì)科2，姜 凌1

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌712100)

地下水資源是干旱半干旱地區(qū)綠洲主要的供水水源，隨著綠洲發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為了滿足日益增長的供水需求，加大了對地下水資源的開采導(dǎo)致了地質(zhì)環(huán)境生態(tài)問題。本文結(jié)合實(shí)地調(diào)查、訪問與統(tǒng)測方法，收集相關(guān)資料，測定地下水位，分析地下水位動(dòng)態(tài)年內(nèi)與年際變化特征，認(rèn)為腰壩綠洲地下水位動(dòng)態(tài)變化主要受人工開采影響，總體趨勢表現(xiàn)為持續(xù)下降，并在開采期局部地區(qū)形成地下水位降落漏斗，受地下水位動(dòng)態(tài)變化影響，綠洲防護(hù)林及周邊荒漠植被處于衰退階段，出現(xiàn)退化或大面積死亡現(xiàn)象。

地下水;動(dòng)態(tài)變化;人工開采;植被衰退

腰壩綠洲(圖1)地處賀蘭山西麓干旱地區(qū)，降水量小，蒸發(fā)量大，由于沒有河流等地面水源，地下水成為該地區(qū)的主要水資源［1］，灌溉和生活用水主要靠抽取地下水來滿足，但受地下水的補(bǔ)給條件所限，由于過量開采，已導(dǎo)致地下水連續(xù)下降，從而引發(fā)了一系列植被生態(tài)問題。這些問題的出現(xiàn)與日益加劇，直接威脅當(dāng)?shù)厝嗣裆?，對綠洲的維持與進(jìn)一步發(fā)展也構(gòu)成了嚴(yán)重的障礙。

要解決這些問題，必需首先確定該綠洲區(qū)地下水資源的承載能力和保證可持續(xù)利用的允許開采量。2006年，在阿拉善SEE生態(tài)協(xié)會(huì)資助下，李佩成院士研究團(tuán)隊(duì)展開了阿拉善盟腰壩綠洲地下水資源承載力及可持續(xù)利用研究，取得了可喜的研究成果［2］。本文在上述研究基礎(chǔ)上，針對地下水過量開采而出現(xiàn)的植被生態(tài)問題，以腰壩綠洲為研究區(qū)，結(jié)合典型農(nóng)戶調(diào)查、訪問，收集生態(tài)環(huán)境狀況、人口社會(huì)經(jīng)濟(jì)等資料，通過路線調(diào)查與訪問，確定合適的水位統(tǒng)測井點(diǎn)，采用電測水位儀測定地下水位，并調(diào)查收集與統(tǒng)測井有關(guān)的水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料。從理論和應(yīng)用上，研究地下水開采情況下的水位動(dòng)態(tài)變化特征，及受地下水位動(dòng)態(tài)變化產(chǎn)生的植被衰退現(xiàn)象。

1 研究區(qū)地下水開發(fā)利用概況

1.1 地下水類型

該區(qū)主要有四種類型地下水:(1)分布于山前洪積傾斜平原區(qū)、湖相洼地及沙漠區(qū)的松散巖類孔隙水;(2)分布于賀蘭山西側(cè)山前帶和腰壩綠洲南部的白堊系及第三系含水巖組的碎屑巖類孔隙、裂隙水;(3)分布于賀蘭山區(qū)的三疊系、石炭系和前震旦亞界地層的基巖裂隙水;(4)分布于賀蘭山區(qū)的奧陶系、寒武系、震旦亞界地層的碳酸鹽巖裂隙溶洞水。

圖1 腰壩綠洲地理位置圖

1.2 地下水開發(fā)利用

腰壩綠洲地下水較大規(guī)模的開采始于1970年，截至1977年，灌區(qū)能夠配套使用的機(jī)井共有197眼，灌溉面積37 768萬畝。到1990年灌區(qū)的鍋錐井已全部由深機(jī)井替代，配套使用的機(jī)井283眼，觀測孔14眼。灌區(qū)的面積達(dá)43 293萬畝。機(jī)井開鑿深度一般為100 m以內(nèi)，配3～4吋潛水泵，以井距為450 m的平均布井方式抽取地下水，單井灌溉面積250畝。

腰壩綠洲主要接受的地下水補(bǔ)給量，為北部和西北部賀蘭山大氣降水側(cè)向補(bǔ)給量。由于降水量少，每年實(shí)際補(bǔ)給量只有2 000萬 m3左右，而腰壩灌區(qū)灌溉用水每年達(dá)4 000萬m3以上，所以有近一半的灌溉用水來自于含水層的靜儲量。近年的超量開采導(dǎo)致了灌區(qū)地下水位的持續(xù)下降。

2 研究區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)特征

地下水位的動(dòng)態(tài)特征通常受到氣象、水文、地質(zhì)以及人工開采等諸多因素的影響，腰壩綠洲作為消耗型盆地的一部分，其動(dòng)態(tài)變化最主要的是受當(dāng)?shù)厝斯ら_采的影響。

根據(jù)1980年至1997年18年的地下水長期監(jiān)測資料以及2005年至2006年3個(gè)時(shí)期地下水位測量數(shù)據(jù)，反映出綠洲地下水位為下列主要變化特征。

2.1 地下水位年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化特征

根據(jù)綠洲內(nèi)長期觀測孔歷年動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料分析，年內(nèi)地下水位的變化主要依不同季節(jié)的農(nóng)田灌溉水作有規(guī)律的變化。如位于綠洲東部的9號觀測孔，見圖2，南部的Q1號觀測孔，見圖6，西部的13號觀測孔，見圖4，北部的7號觀測孔，見圖3和中部的5號觀測孔，圖5，年內(nèi)地下水歷時(shí)曲線。

由圖可知，綠洲不同常年觀測孔的地下水位歷時(shí)曲線的形狀大體相似，顯現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。曲線的變化大致可以劃分出以下幾個(gè)時(shí)段。

1—3月，綠洲停止開采，地下水位由前一年的冬灌開始恢復(fù)，曲線平緩，到達(dá)3月份，水位趨于基本穩(wěn)定。

4—7月，是綠洲開采強(qiáng)度最大的時(shí)段，此時(shí)綠洲水位大面積下降，形成地下水位降落漏斗，水位降到全年最低值，歷時(shí)曲線到谷底。

7—9月，綠洲的地下水位開采主要用于秋灌，用水量小，水位較7月有所回升。

10—12月，綠洲一年中第二次大規(guī)模用水時(shí)段，主要用于冬灌，曲線下降，但降幅小于7月，此后水位開始恢復(fù)。

圖2 1989年9號觀測孔地下水位動(dòng)態(tài)

圖3 1989年7號觀測孔地下水位動(dòng)態(tài)

圖4 1989年13號觀測孔地下水位動(dòng)態(tài)

2.2 地下水位年際變化特征

腰壩綠洲地下水位的多年變化，主要表現(xiàn)在由于人工超量開采地下水而產(chǎn)生的區(qū)域地下水位持續(xù)下降。其它因素所造成的動(dòng)態(tài)變化不明顯。據(jù)綠洲地下水常年觀測孔多年監(jiān)測資料分析，綠洲的穩(wěn)定靜水位出現(xiàn)在3月份，最低水位通常在6月份。由于本次實(shí)驗(yàn)未觀測到2005年6月份的地下水位值，故用9月份的值進(jìn)行比較。3月份和9月份的地下水位歷時(shí)曲線(見圖7)表明，綠洲開采期與非開采期地下水位多年變化趨勢相同，總的趨勢表現(xiàn)為明顯的持續(xù)下降。

圖5 1989年5號觀測孔地下水位動(dòng)態(tài)

圖6 1989年Q1號觀測孔地下水

圖7 5號觀測孔3月、9月水位歷時(shí)變化曲線

3 地下水位動(dòng)態(tài)對植被變化影響

3.1 腰壩綠洲防護(hù)林衰退

處于沙漠或戈壁包圍的綠洲，水是塑造綠洲環(huán)境的主導(dǎo)因子［3］，無論是地下水還是地表水都制約著其它生物和環(huán)境要素。地下水位下降較大，是造成腰壩綠洲防護(hù)林衰退的主要原因。

腰壩綠洲林地主要是防風(fēng)固沙林，樹種多以胡楊為主，胡楊生長適宜的地下水位埋深應(yīng)＜4 m，當(dāng)?shù)叵滤宦裆钤?～6 m時(shí)，胡楊生長不良，開始出現(xiàn)禿頂、葉枯現(xiàn)象，少數(shù)死亡;當(dāng)?shù)叵滤裆钸_(dá)6～10 m時(shí)，大部分胡楊枯死;地下水埋深超過10 m，則胡楊全部死亡。腰壩綠洲常年超量開采地下水灌溉農(nóng)田，使得綠洲內(nèi)部地下水埋深均超過10 m。胡楊林的存活只能靠人工養(yǎng)護(hù)，但由于農(nóng)田灌溉用水緊張，胡楊林僅在農(nóng)閑時(shí)才能得到澆灌，且灌水量不足。胡楊林失去水分的補(bǔ)給，因此大面積死亡和衰退。根據(jù)2005年實(shí)地調(diào)查，林地面積為138.8 hm2，與開發(fā)初期相比減少了 201.2 hm2，從林分齡組結(jié)構(gòu)分析，胡楊林過熟林面積為120.7 hm2，占總面積87%，而且這些過熟林病蟲害嚴(yán)重，長勢不良，天然更新能力極弱，大部分林地下面沒有胡楊林幼苗，有的則是連草本植物都不生長的沙地，胡楊幼齡林僅有18.1 hm2，不足總面積的1%，這一結(jié)果表明30 a來胡楊林面積在不斷縮小，而且胡楊林更新減慢，整個(gè)防護(hù)林處于衰退階段。

3.2 荒漠植被衰退

在腰壩綠洲內(nèi)部，由于過量開采地下水，引起綠洲內(nèi)部地下水位大幅度下降，形成下降漏斗，綠洲外圍地下水位高于綠洲內(nèi)部，外圍地下水補(bǔ)給綠洲，往往導(dǎo)致綠洲周邊天然灌叢及草本植物的衰退。

對于遠(yuǎn)離綠洲地下水開采區(qū)的周圍荒漠區(qū)，地下水位埋深＞10 m時(shí)，土壤含水量小于凋萎含水量，植被枯衰，是沙漠化普遍出現(xiàn)的水位［4］，因綠洲外圍地區(qū)長期無法獲得灌溉，且地下水水位已下降至生態(tài)水位以下，土壤水得不到補(bǔ)給，造成包氣帶土壤長期處于極端干燥狀態(tài)，使那些依靠土壤水生存的淺根植物(如駱駝刺、沙蒿、白刺等)因得不到足夠的水分而出現(xiàn)退化或死亡，并造成地表裸露和土地沙化。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，綠洲周邊土地沙漠化面積正在逐年增加。

4 結(jié)論

1)腰壩綠洲地下水位動(dòng)態(tài)變化主要是受當(dāng)?shù)厝斯ら_采的影響，屬于開采動(dòng)態(tài)類型，在地下水開采期，由于大規(guī)模抽水，在局部地區(qū)會(huì)形成地下水位降落漏斗，但隨著開采期的結(jié)束水位開始逐漸恢復(fù)，局部地區(qū)的小漏斗開始消失。綠洲開采期和非開采期的地下水位年變化趨勢相同，總體趨勢表現(xiàn)為明顯的持續(xù)下降，表明地下水的超量開采。

2)受地下水動(dòng)態(tài)變化影響，腰壩綠洲防護(hù)林及周邊荒漠植被處于衰退階段，胡楊林、天然灌木叢、草本植物等地表植被出現(xiàn)退化或大面積死亡，并造成地表裸露和土地沙漠化加劇。

因此，應(yīng)合理控制腰壩綠洲地下水開采量，提出合理的水資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保持綠洲的可持續(xù)發(fā)展和人與自然的和諧發(fā)展。

［1］姜凌，李佩成，胡安焱等.內(nèi)蒙古阿拉善腰壩綠洲地下水水化學(xué)特征［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2009，23(11):105 －110.

［2］李佩成，盧玉東，王紀(jì)科等.阿拉善腰壩綠洲地下水資源承載力及可持續(xù)利用的研究［R］.長安大學(xué).2006.

［3］張武文，史生勝.額濟(jì)納綠洲地下水動(dòng)態(tài)與植被退化關(guān)系的研究［J］.冰川凍土.2002，24(4):421 －425.

［4］鄭丹，李衛(wèi)紅，陳亞鵬等.干旱區(qū)地下水與天然植被關(guān)系研究綜述［J］.資源科學(xué).2005，27(4):160 －166.

Groundwater Dynamic Characteristics And The Influence On Vegetation Variation in the Yaoba Oasis

LI Yan1，LU Yu － dong1，LI Hong － juan1，WANG Ji－ ke2，JIANG Ling1
(1.College of Environmental Science and Engineering，Chang an University，Xi’an，710054，Shaanxi;2.College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，Yang ling 712100，Shaanxi)

Groundwater resource is the main source of water supply in oasis of the arid and semi－ arid area.With the increasingly expanding of development scale of the oasis，the exploitation of groundwater has been increased in order to meet the growing demand for water supply，which leads to the geo－ ecological environment problems.Combining the methods of field survey，accessing，unified test，we collected the related information，determined groundwater level and analyzed the annual and inter－ annual change characteristics of groundwater level dynamic.It is concluded that the dynamic variation of groundwater level was mainly influenced by artificial exploitation and the general trend indicated continuous decline，the groundwatertable depression cones formed in local area during exploitation period.Under the influence of dynamic change of groundwater level，the shelter forest in oasis and desert vegetation in surrounding area are at the declining stage，degeneration and large －area deaths appeared.

Groundwater;dynamic variation;artificial exploitation and vegetation decline

P641.74

A

1004－1184(2012)04－0074－03

2012－04－13

阿拉善SEE生態(tài)協(xié)會(huì)基金項(xiàng)目(21712004735)

李燕(1988－)，女，山東泰安人，在讀碩士研究生，主攻方向:地下水科學(xué)與工程。