析潮水東盆地水資源開發(fā)利用與保護(hù)對(duì)策

鄭自寬

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

“有水就是綠洲，無水就是荒漠”，“人多水少，水資源時(shí)空分布不均”是西北內(nèi)陸河流域的基本地情和水情。近年來，隨著民勤縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和煤炭資源開發(fā)力度的加大，對(duì)水資源的需求量也日益增加，資源性缺水已成為制約本地區(qū)能源開發(fā)的主要“瓶頸”。為研究潮水東盆地地下水資源數(shù)量、質(zhì)量和開發(fā)利用潛力，促進(jìn)西部落后縣域煤炭資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，開展潮水東盆地水資源開發(fā)利用與保護(hù)對(duì)策的研究是極其必要的。

潮水東盆地位于甘肅省民勤縣的西北部，西起合黎山，東至騰格里沙漠，北起北大山，南抵龍首山，是潮水盆地的徑流匯集區(qū)和地下水的儲(chǔ)存區(qū)，屬內(nèi)陸河流域石羊河水系的北部平原區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)，其東西北三面被騰格里和巴丹吉林兩大沙漠包圍。由于上世紀(jì)末石羊河上游祁連山水源涵養(yǎng)能力降低和中游用水量的快速增加及長(zhǎng)時(shí)間過度開發(fā)利用地下水資源，使下游地表水資源銳減，迫使過量開采地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉，引起區(qū)域性地下水位下降，荒漠邊緣以3～4 m/a的速度向綠洲推進(jìn)，導(dǎo)致區(qū)域水生態(tài)環(huán)境急劇惡化，危及下游民勤綠洲的生存。為了遏制水生態(tài)環(huán)境急劇惡化，2001年7月30日，溫家寶總理批示指出“決不能讓民勤成為第二個(gè)羅布泊”。之后，甘肅省政府成立了石羊河流域管理局，經(jīng)過十多年艱苦的綜合治理，先后實(shí)施了《石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》［1］、《石羊河流域地表水量調(diào)度管理辦法》、《石羊河流域地表水量調(diào)度和地下水削減開采量實(shí)行地方行政首長(zhǎng)責(zé)任制的規(guī)定》等措施，到2010年實(shí)現(xiàn)了石羊河蔡旗斷面向下游放水在2.5億 m3/a以上的目標(biāo)，干枯了半個(gè)世紀(jì)的青土湖已有約15 km2的季節(jié)性湖水，石羊河流域水生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

1 自然地理概況

潮水盆地位于甘肅省中北部和內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部。盆地范圍西起合黎山，東至騰格里沙漠，北起北大山，南抵龍首山。地形呈南北高，中間低。地處甘肅省的民勤縣、金昌市、永昌縣、山丹縣和甘州區(qū)部分地區(qū)，內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟的阿右旗部分區(qū)域，盆地控制面積14 334 km2，集水面積(扣除了金昌盆地后的面積)11 588 km2。

潮水東盆地夾峙于潮水山和北大山之間，處在潮水盆地的平原區(qū)，是潮水盆地地表水的匯集區(qū)和地下水的儲(chǔ)存區(qū);盆地內(nèi)無常年流水的河流，僅有暴雨洪水沖溝;地貌呈南北高，中間低，多為廣袤的戈壁、沙漠，僅在石羊河沿線和盆地底部有綠洲(是當(dāng)?shù)鼐用竦亩ň訁^(qū))、鹽堿地、小草丘地分布;植被以白刺、駱駝草為主，覆蓋率約為10%;盆地東西長(zhǎng)約114 km，南北寬34 km，面積約2 423 km2。盆地面積主要屬民勤縣的紅沙崗鎮(zhèn)(工業(yè)集聚區(qū))，其次為金昌市、阿右旗的面積。氣候?qū)俚湫偷臏貛Ц珊祷哪畾夂?，冬季漫長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短暫而酷熱，日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大，全年干旱少雨，四季多風(fēng)，春季風(fēng)沙更甚，多年平均氣溫8.4℃，多年平均降水量119.2 mm，多年平均蒸發(fā)量3 358.3 mm(口徑20 cm蒸發(fā)器觀測(cè)值)。

2 盆地地水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

潮水東盆地內(nèi)無大中型水資源開發(fā)利用工程。2006年底前，在盆地中底部分布有86眼地下水開采機(jī)電井和自流井(農(nóng)業(yè)灌溉取水)，自政府實(shí)施禁牧、關(guān)閉機(jī)井、退出農(nóng)業(yè)耕地政策后，關(guān)閉機(jī)井63眼，停用14眼，剩余9眼機(jī)井為生態(tài)灌溉和生活用水井，平均年開采地下水量約5.6萬 m3/a。盆

地底部有7眼常年自流井，冬季涌水量較大，夏季涌水量小，年平均自流水量約18.4～24.5萬 m3。2011年為解決民勤縣紅沙崗工業(yè)集中區(qū)供水，在潮水東盆地中南部新打19眼專用供水井，年平均供給工業(yè)用水量約35.0萬 m3/a。2012年11月基本建成的煤炭開采礦井疏干水處理工程，每年排水量約40.4萬 m3/a。潮水東盆地現(xiàn)狀年自流和開采地下水資源量約105.5萬 m3/a，詳見統(tǒng)計(jì)表1。

表1 潮水東盆地現(xiàn)狀年自流與人工開采地下水資源量統(tǒng)計(jì)表

3 潮水東盆地水資源補(bǔ)給與儲(chǔ)量

3.1 地層

根據(jù)地質(zhì)鉆探和物探成果資料顯示，潮水東盆地屬華北區(qū)阿拉善分區(qū)雅布賴—吉蘭泰小區(qū)。盆地內(nèi)前第四系地層發(fā)育不全，缺失整個(gè)古生代地層，第四系厚度一般為100～300 m，是地下水的主要賦存地層，其組成主要為上更新統(tǒng)亞砂土、粉細(xì)砂互層，泥質(zhì)砂礫石等，詳見圖1所示。

圖1 潮水東盆地物探推斷第四系厚度剖面(陶灣－紅沙崗)

3.2 水文地質(zhì)

潮水東盆地與潮水西盆地在阿拉善右旗西部東西向的白山子隆起帶失去水力聯(lián)系，形成南北兩個(gè)有獨(dú)立補(bǔ)徑排條件的水文地質(zhì)單元。根據(jù)含水層介質(zhì)的特征將潮水盆地地下水分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、松散巖類孔隙水三類。再根據(jù)地下水的動(dòng)力和賦存特征進(jìn)一步劃分為九個(gè)亞類，詳見表2。

3.3 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

潮水盆地是具有補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)的獨(dú)立水文地質(zhì)單元。地下水的補(bǔ)給主要來源于:地表徑流量(洪水)入滲補(bǔ)給，盆地降水、凝結(jié)補(bǔ)給，盆地側(cè)向流入補(bǔ)給。

(1)地下水補(bǔ)給:①地表徑流主要來源于南部龍首山北坡與北部北大山南坡的暴雨洪水，洪水沿山洪溝向盆地低洼處流動(dòng)，部分水量并以灌溉入滲的形式補(bǔ)給地下水;②降水以面狀形式入滲補(bǔ)給地下水，其補(bǔ)給量在面上的分布不僅與降水量的大小有關(guān)，而且與地下水埋深、土壤巖性等有直接聯(lián)系;③地下水側(cè)向流入補(bǔ)給量主要來自東南部昌寧盆地的側(cè)向補(bǔ)給、自南至北向盆地中心地帶徑流，隨著昌寧盆地地下水開采量的不斷增加，其對(duì)潮水盆地的補(bǔ)量不斷減小;西部是盆地西段地下水向東段的徑流，其數(shù)量相對(duì)較大。北部山區(qū)基巖裂隙水向南徑流，對(duì)盆地下水有補(bǔ)給作用。盆地東南部地下水流向西北，民勤盆地地下水流向東北。

表2 潮水東盆地地下水類型與含水層統(tǒng)計(jì)表

(2)地下水徑流:地下水的徑流主要由盆地南北兩側(cè)向中心低洼區(qū)域徑流。

(3)地下水排泄:地下水的排泄方式主要是東南部盆地邊緣人工機(jī)井開采和盆地底部自流井的排泄，其次是埋深小于5 m范圍內(nèi)潛水的蒸發(fā)量、區(qū)內(nèi)海子與濕地的水面蒸發(fā)量，詳見圖2所示。

圖2 潮水盆地地下水補(bǔ)給、徑流、排泄示意剖面

3.4 地下水儲(chǔ)量與水質(zhì)

地下水儲(chǔ)存資源是指在地質(zhì)歷史時(shí)期形成的，在地下水位變動(dòng)帶以下含水層中的水量，它不直接參與陸地水的總循環(huán)，具有不可恢復(fù)特征。依據(jù)走廊平原地下水儲(chǔ)存資源公式計(jì)算潮水東盆地地下水儲(chǔ)量。

式中:Q儲(chǔ)為地下水儲(chǔ)存資源，億 m3;μ為含水層給水度。H為含水層的厚度，m;F為含水層的面積，km2。

計(jì)算參數(shù)取值均依據(jù)《河西走廊地下水勘查報(bào)告》［2］成果，含水層給水度取0.02～0.20，含水層厚度取上部潛水及承壓水含水層的平均總厚度20～160 m，含水層平均面積為1 607.43 km2，經(jīng)計(jì)算得潮水東盆地地下水儲(chǔ)存資源量為181.74 億 m3。

儲(chǔ)存資源在開采條件下，部分將轉(zhuǎn)化為開采資源，部分將成為開采資源的調(diào)節(jié)量，尤其在缺水時(shí)段內(nèi)，儲(chǔ)存資源則成為“天然地下水庫”，為地下水開發(fā)利用進(jìn)行水量調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件。

根據(jù)多年地下水水質(zhì)檢測(cè)成果評(píng)價(jià)，淺層水水質(zhì)普遍極差、僅在個(gè)別地段(四方墩水源地、小井子南和萊菔山林場(chǎng))水質(zhì)良好或較好;深層水水質(zhì)普遍極差，僅在沙漠水源地以南至四方墩水源地和小茨灣一帶存在一條水質(zhì)良好區(qū)，東南部勤鋒農(nóng)場(chǎng)水質(zhì)較好。

4 地下水可開采量

地下水可開采量是指在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不引起生態(tài)環(huán)境惡化的條件下從含水層中獲取的最大水量?？砷_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)還受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制，實(shí)際開采量一般小于可開采量。

根據(jù)水均衡法計(jì)算潮水東盆地可開采量。在開采狀態(tài)下的水均衡方程為:

式中:∑Q補(bǔ)是各項(xiàng)補(bǔ)給量之和;∑Q排為各項(xiàng)排泄量的總和;Q開為實(shí)際開采量;μFΔH

Δ t為單位時(shí)間內(nèi)單元含水層(盆地)中水體積的變化量，其中μ為平均給水度;F是含水層面積(或均衡區(qū)面積);ΔH(ΔH=H年末－H年初)為含水層水位變幅;Δt為均衡期時(shí)間(以年為單位)。

(1)經(jīng)分析計(jì)算，礦化度小于2 g/L區(qū)域在可開采儲(chǔ)存量為6 804萬 m3/a條件下，每年可動(dòng)用儲(chǔ)存量680萬 m3/a，詳見計(jì)算表3。

表3 礦化度小于2g/L可開采儲(chǔ)存量與每年可動(dòng)用儲(chǔ)存量計(jì)算表

可開采量的計(jì)算采用開采系數(shù)法，即:QK=ρ·Q總

式中:QK為地下水可開采量;Q總為地下水總補(bǔ)給量;ρ為地下水可開采系數(shù)，取值范圍:0.50～0.90。

依據(jù)表4計(jì)算可得:礦化度小于2 g/L淺層地下水年可開采量為2 414萬 m3/a。

表4 礦化度小于2 g/L淺層地下水年可開采量計(jì)算表

即潮水東盆地礦化度小于2g/L的區(qū)域內(nèi)年可開采量為每年可動(dòng)用儲(chǔ)存量(680萬 m3/a)與淺層地下水可開采量(2 414萬 m3/a)之和，即為3 094萬 m3/a。

(2)經(jīng)分析計(jì)算，盆地內(nèi)礦化度大于2 g/L的區(qū)域面積為1 350.89 km2，可開采系數(shù)按 0.30計(jì)取，地下水年可開采量計(jì)算見表5。

表5 礦化度大于2 g/L地下水年可開采量計(jì)算表

則潮水東盆地地下水資源可開采總量為5 061萬 m3/a。

5 結(jié)語

(1)潮水東盆地是具有補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)的獨(dú)立水文地質(zhì)單元，其地下水資源與石羊河流域其它水文地質(zhì)單元基本無水力聯(lián)系。盆地內(nèi)無常年性流水河流，其地下水資源主要為第四系松散巖類孔隙潛水。

(2)盆地地下水的補(bǔ)給來源主要是地表徑流量(洪水)入滲補(bǔ)給，盆地降水、凝結(jié)水補(bǔ)給，盆地側(cè)向流入補(bǔ)給;地下水的徑流主要由盆地南北兩側(cè)向中心低洼區(qū)徑流;地下水的排泄主要是埋深小于5 m范圍內(nèi)潛水蒸發(fā)以及區(qū)內(nèi)海子、濕地的水面蒸發(fā)量。

(3)經(jīng)水均衡計(jì)算，潮水東盆地地下水資源可開采量為5 061萬 m3/a，其中礦化度小于2 g/L的區(qū)域內(nèi)地下水為3 094萬 m3/a，礦化度大于2 g/L的區(qū)域內(nèi)地下水為1 967萬m3/a。盆地內(nèi)水資源開發(fā)利用以生活飲用和生態(tài)用水為主，也可適量作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用水水源。

(4)潮水東盆地地處戈壁、荒漠區(qū)，屬生態(tài)脆弱區(qū)域，地下水資源開發(fā)利用與保護(hù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行建設(shè)項(xiàng)目水資源論證、取水許可制度、用水總量控制紅線方案和石羊河流域綜合治理等保護(hù)措施。

［1］甘肅省水利廳、甘肅省發(fā)展和改革委員會(huì).石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃.2007.7.

［2］甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.河西走廊地下水勘查報(bào)告.2002.