淺談生態(tài)脆弱區(qū)地下水控制管理

潘多斌，王開錄

(1.甘肅省民勤縣南湖灌區(qū)水利站，甘肅 武威 733399；2.甘肅省武威市水利科技推廣中心，甘肅 武威 733000)

民勤綠洲盆地地處甘肅省河西走廊東端的石羊河流域下游，是鑲嵌于騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠之間綠洲，多年平均降水量110～150mm，蒸發(fā)量高達(dá)2600mm以上，這里干旱少雨，風(fēng)大沙多，自然條件惡劣，資源型、生態(tài)型缺水極其嚴(yán)重，沙塵暴等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，是一個(gè)生態(tài)環(huán)境極其脆弱的荒漠綠洲區(qū)。

民勤盆地地表水資源主要靠石羊河的河水，但石羊河進(jìn)入民勤盆地的地表水極其有限，無法滿足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活用水的需要。為彌補(bǔ)地表水的不足，不得不開采地下水來維持最基本的生產(chǎn)、生活用水。但長(zhǎng)期以來由于地下水的開采，水位持續(xù)下降，引起了盆地內(nèi)植被枯死、沙漠化加劇、生物多樣性減少等一系列生態(tài)環(huán)境惡化的問題。因此，加強(qiáng)民勤盆地地下水控制管理必須高度重視。

1 開發(fā)利用地下水資源意義及過程

1.1 地下水開發(fā)意義

由于民勤盆地地處石羊河流域下游，上游來水保證率差，無法用地表水來解決農(nóng)業(yè)灌溉用水，旱災(zāi)在民勤盆地的歷史上幾乎連年發(fā)生。為了滿足基本的生活需求，解決農(nóng)業(yè)用水問題，不得不在開采地下水上尋求出路。正是依靠地下水的開發(fā)利用，從根本上改變了人民的生存狀況，生活水平大幅度提高，基本解決了溫飽問題。沒有地下水的開發(fā)利用，就沒有民勤綠洲的生存與發(fā)展，因此，地下水的開發(fā)利用對(duì)民勤綠洲意義重大。

1.2 地下水開發(fā)利用過程

民勤盆地開發(fā)地下水資源歷史悠久，地下水的開采過程中，初期由于生產(chǎn)力水平低下，地下水的開采量極其有限，為解決農(nóng)田灌溉，挖掘土井提水，井深一般為2～5m，井徑約2m，水深80cm左右，采用斡桿吊桶(用柳枝編制)提水，這類土井每年春天挖，夏天用，單井可控制灌溉面積0.5畝左右，秋后因凍害等因素破壞廢填。土質(zhì)好的地方，秋后在井口用木椽麥草泥皮覆蓋以防凍壞，第2年可繼續(xù)使用。

20世紀(jì)50年代以來，為解決灌溉用水，利用木質(zhì)方形井架打人工井，并利用木版、卵石、青磚襯砌淺井，井深一般4～6m，解放式水車提水，每眼井灌地面積0.7hm2左右。以后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開采地下水的成井工藝進(jìn)一步發(fā)展，由土井變成鍋錐井，以后的沖擊機(jī)井，再后來的鉆機(jī)井。單井控制灌溉面積達(dá)到10hm2之多。井深也已由20世紀(jì)60年代的40m多、70年代的60m多，增加到以后的100m多。隨著地下水位的下降，采水工具只能采用深井潛水泵。

1.3 地下水位變化過程

綠洲區(qū)內(nèi)影響地下水位動(dòng)態(tài)的因素主要是開采，所以年內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)類型表現(xiàn)為典型的開采型動(dòng)態(tài)類型，主要表現(xiàn)形式是5—9月為農(nóng)作物灌溉期，為地下水的高強(qiáng)度開采期，地下水位因受開采影響，從5月份開始呈持續(xù)下降狀態(tài)，9月份以后，進(jìn)入非開采期，地下水位開始上升，一直持續(xù)到翌年4月份。期間地下水的下降幅度與開采強(qiáng)度有關(guān)，開采強(qiáng)度較大的區(qū)域，水位的下降幅度較大，反之則變化較小。

在用簡(jiǎn)單工具提水時(shí)期，地下水埋深較小，民勤盆地內(nèi)的壩區(qū)片區(qū)2～3m，泉山片區(qū)3～4m，湖區(qū)片區(qū)1～2m。由于開采量小，地下水年際年際水位基本沒有明顯變化，采補(bǔ)基本平衡。

20世紀(jì)70年代初，開始大規(guī)模的柴油機(jī)離心泵提水時(shí)期，地下水的下降速度加快，地下水的降幅達(dá)到0.3～0.5m/a，到20世紀(jì)70年代末80年代初地下水位埋深增大，特別是開發(fā)量較大的壩區(qū)片區(qū)和泉山片區(qū)，地下水埋深超過了10m。主要分布在民勤盆地的紅沙梁、紅柳園、大灘、雙茨科、新河、三雷、大壩、薛百等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積約為175km2。到2000年，壩區(qū)片區(qū)地下水埋深為17.87m，泉山片區(qū)為19.08m，開采量較少的湖區(qū)片區(qū)地下水埋深為12.34m。到2010年，壩區(qū)片區(qū)地下水埋深平均達(dá)到了23.4m，泉山片區(qū)平均達(dá)到了26.3m，湖區(qū)片區(qū)地下水埋深平均達(dá)到了16.69m。由于泉山區(qū)地下水下降幅度大，泉山片區(qū)與湖區(qū)片區(qū)相鄰的紅沙梁鄉(xiāng)和泉山鎮(zhèn)的部分村社地下水水質(zhì)發(fā)生變化，使這些地方也成了苦咸水區(qū)。到2020年，隨著石羊河流域重點(diǎn)治理工程的實(shí)施，民勤盆地地下水位下降的態(tài)勢(shì)初步得到遏制，水位下降速度有所減緩，壩區(qū)片區(qū)地下水埋深為23.018m，泉山片區(qū)為26.267m，湖區(qū)片區(qū)地下水埋深為14.758m。與2010年相比，壩區(qū)與泉山片區(qū)地下水埋深變化不大，地下水位略呈上升態(tài)勢(shì)，湖區(qū)片區(qū)地下水上升了1.93m。民勤盆地地下水埋深見表1。

從表1可以看出，壩區(qū)片區(qū)與泉山片區(qū)2000年到2010年地下水位分別下降了5.53m、7.22m，湖區(qū)片區(qū)下降了4.35m；2010年到2020年間，壩區(qū)片區(qū)與泉山片區(qū)地下水采補(bǔ)基本平衡，水位變化不大，湖區(qū)片區(qū)地下水位上升明顯。這種現(xiàn)象與民勤盆地地表水的配置有很大的關(guān)聯(lián)，因民勤盆地地表水的配置重點(diǎn)考慮的是湖區(qū)片區(qū)，地表水配置優(yōu)先考慮湖區(qū)片，在保證湖區(qū)地表用水的前提下，才給壩區(qū)和泉山片區(qū)配置地表水，這就形成壩區(qū)與泉山片區(qū)地下水補(bǔ)給量小，湖區(qū)片區(qū)地下水補(bǔ)給量大，而使壩區(qū)與泉山片區(qū)地下水位下降幅度大，恢復(fù)緩慢，而湖區(qū)片區(qū)地下水補(bǔ)給量大，地下水位恢復(fù)較為明顯。

2 民勤盆地區(qū)域地下水位埋深差異性

民勤盆地為湖積平原，地勢(shì)平坦，基本地形是由西南向東北方向傾斜，但坡度很緩，約為1/1000，故歷史上形成的區(qū)域內(nèi)地面輸水渠系多為“雞爪形”布置。因其特殊的地貌形態(tài)，區(qū)域內(nèi)地下水埋深也略有差異。

2.1 湖區(qū)片區(qū)東北部的地下水埋深

湖區(qū)北部片區(qū)由于地下水礦化度高，不適宜對(duì)農(nóng)作物的大量灌溉，因此，地下水開采量相對(duì)較小，地下水位下降緩慢，地下水位埋深相對(duì)于湖區(qū)南部地區(qū)和泉山片區(qū)地下水埋深較淺，地下水埋深在11.15～17.4m之間。湖區(qū)片區(qū)東北部地下水埋深見表2。

表2 湖區(qū)片區(qū)東北部地下水埋深

這兩眼觀測(cè)井緯度接近，中渠鹽改站井在西，東湖鎮(zhèn)署適村一隊(duì)井在東，地下水埋深從西往東，越來越淺，這與民勤盆地地勢(shì)由西南向東北傾斜的地形相符。

2.2 三渠柴灣周邊地下水埋深

民勤盆地內(nèi)的三渠柴灣位于泉山片區(qū)與湖區(qū)片區(qū)接合部，相互嵌入，湖積特征明顯。域內(nèi)有古城堡多處，遺有箭矢、陶片、珍珠瑪瑙等古物，也有古時(shí)農(nóng)耕的遺跡。這個(gè)區(qū)域?yàn)槿駷持苓呣r(nóng)田種植區(qū)，也是泉山片區(qū)與湖片區(qū)的分界地帶，這幾眼觀測(cè)井緯度在38.895°～38.911°之間，約在從地下水埋深看，湖區(qū)片區(qū)地下水埋深在20.93～26.62m之間，到泉山片區(qū)埋深增大，達(dá)到了29.94m，三渠柴灣周邊地下水埋深情況見表3。

表3 民勤盆地三渠柴灣周邊地下水埋深

從表1和表2的地下水埋深看，湖區(qū)南片區(qū)地下水埋深大于湖區(qū)北片區(qū)的地下水埋深。泉山片區(qū)地下水埋深大于湖區(qū)南片區(qū)地下水埋深。這就造成湖區(qū)地下咸水往泉山長(zhǎng)區(qū)倒灌的現(xiàn)象，使地下苦水區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，泉山片區(qū)的部分社隊(duì)的地下水礦化度升高，變成了苦水區(qū)。

2.3 狼刨泉山東西兩側(cè)地下水埋深

民勤盆地內(nèi)大致有縱貫?zāi)媳钡奶K武山-狼刨泉山低丘山體，其東側(cè)為騰格里沙漠相連，而西側(cè)與萊菔山、北山一線，中間形成了一個(gè)獨(dú)立的小盆地，這個(gè)盆地主要是了民勤盆地內(nèi)的壩區(qū)與泉山區(qū)，是民勤縣的主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)。由于蘇武山-狼刨泉山低丘山體的阻隔，東西兩側(cè)的地下水埋深差異很大，地下水埋深情況見表4。

表4 狼刨泉山東西兩側(cè)地下水埋深

這個(gè)區(qū)域的泉山鎮(zhèn)的團(tuán)結(jié)村、復(fù)明村、大灘鎮(zhèn)的北新村屬泉山片區(qū)，而收成鄉(xiāng)的珍寶村屬湖區(qū)片區(qū)。泉山片區(qū)地下水埋深較深，在25.83～28.57m之間，而湖區(qū)片收成鄉(xiāng)珍寶村的地下水埋深在4.29～5.49m之間。從緯度上看，這幾眼觀測(cè)井都在38.8度線附近，但因泉山片區(qū)正好在狼刨泉山一線的西側(cè)，而收成鄉(xiāng)珍寶村在東側(cè)，由于山體的阻隔，地處湖區(qū)片的收成鄉(xiāng)地下水與泉山片區(qū)的地下水沒有水力聯(lián)系。泉山片區(qū)地下水埋深較深的原因除開采外，主要是地下水的補(bǔ)給較少，這個(gè)區(qū)域地下水的補(bǔ)給主要靠地表水的垂直入滲和地下水灌溉回歸水的補(bǔ)給，其他補(bǔ)給甚少。而地處狼刨泉山以東的收成片區(qū)地下水位較高埋深較淺的原因是其位處騰格里沙漠邊緣，地下水開采量相對(duì)較少。因此，地下水位下降緩慢，埋深較淺。

2.4 蘇武山東西兩側(cè)地下水埋深

蘇武山是因漢代蘇武在此牧羊而得名，大致為南北走向，其東側(cè)有部分農(nóng)田，往東是騰格里沙漠區(qū)，西側(cè)是壩區(qū)灌區(qū)，包括薛佰、大壩、三雷、新河、東壩、夾河等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。從地下水的觀測(cè)情況看，西側(cè)地下水埋深大，東測(cè)小，地下水埋深情況見表5。

表5 蘇武山東西兩側(cè)地下水埋深

從地下水埋深的觀測(cè)結(jié)果看，壩區(qū)西壩片區(qū)地下水埋深在29.22～34.27m之間，平均為31.77m，壩區(qū)東片區(qū)的東壩鎮(zhèn)中岔村一隊(duì)井、夾河鎮(zhèn)七案村井、夾河鄉(xiāng)新糧地五隊(duì)井在蘇武山的西側(cè)，地下水埋深在25.12～31.85m之間，平均28.43m，而東壩鎮(zhèn)新華農(nóng)場(chǎng)井，大井灣農(nóng)區(qū)西井在蘇武山東側(cè)，埋深較淺，在11.2～14.19m之間，平均埋深12.695m。

蘇武山東西兩側(cè)地下水埋深有較大差異，西側(cè)埋深大，東側(cè)埋深淺，說明因蘇武山的阻隔，兩側(cè)無水力聯(lián)系。東側(cè)由于有騰格里沙漠區(qū)的地下水補(bǔ)給，同時(shí)含水區(qū)范圍大，開采量小，地下水位下降幅度小。西側(cè)由于開采量大，而補(bǔ)給量小，致使地下水位下降幅度大。

從民勤盆地內(nèi)部地下水埋深的差異性分析看，民勤盆地內(nèi)地下水埋深分片區(qū)有所不同。這與區(qū)域內(nèi)地下水埋深條件、局部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，開采量與地下水的補(bǔ)給條件有關(guān)。湖區(qū)北部片區(qū)由于地下水礦化度高，同時(shí)每年有較多的地表水輸入灌溉，相對(duì)補(bǔ)給量大，地下水埋深較淺；湖區(qū)南片區(qū)開采量比北片區(qū)大，埋深大于北片區(qū)；泉山片區(qū)和壩區(qū)片區(qū)由于開采量大，地表水輸入水量少，補(bǔ)給量小，形成一個(gè)漏斗區(qū)，是地下水下降造成生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重退化的重災(zāi)區(qū)。

3 地下水控制管理思路

近年來，為有效控制地下水位持續(xù)下降的態(tài)勢(shì)，逐井核定種植面積，全面推行智能化管控，對(duì)灌溉機(jī)井全部安裝智能化計(jì)量設(shè)施，推廣膜下滴灌、壟膜溝灌、水肥一體化等高效節(jié)水技術(shù)，地下水開采量大幅下降，地下水位下降速率有所減緩，但與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)品位的提升與環(huán)境改善恢復(fù)的要求差距很大，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的態(tài)勢(shì)未能得到有效的控制。因此，民勤盆地地下水控制管理除采用常規(guī)的管控措施外，將地下水位與開采量雙重控制，針對(duì)域內(nèi)不同地下水位在控制管理上創(chuàng)新思路。

3.1 地下水位控制管理措施

地下水位是生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)。從民勤盆地植被的變化過程看，要恢復(fù)較好的生態(tài)防風(fēng)林網(wǎng)體系，就必須考慮地下水位的恢復(fù)。

3.1.1分區(qū)域分析地下水的補(bǔ)給來源

從民勤盆地內(nèi)地下水位埋深的差異性分析看，地下水位下降幅度大的重點(diǎn)區(qū)域在綠洲內(nèi)部的壩區(qū)片區(qū)和泉山片區(qū)，湖區(qū)片區(qū)埋深相對(duì)較小。壩區(qū)與泉山片區(qū)地下水埋深大的原因除開采外，主要是沒有地下水的補(bǔ)給來源。在上世紀(jì)70年代以前，壩區(qū)和泉山有相當(dāng)數(shù)量的地表水進(jìn)入，更早時(shí)期還有大西河水的入滲補(bǔ)給，使該區(qū)域的地下水能夠得到較好的補(bǔ)充，域內(nèi)生態(tài)環(huán)境植被良好。隨著大西河的消亡和上游地表水的減少，使區(qū)域內(nèi)地下水采補(bǔ)失衡，水位大幅下降。為有效管控地下水位，應(yīng)依據(jù)區(qū)域內(nèi)地下水埋深的情況，分片區(qū)分析地下水的補(bǔ)給條件和補(bǔ)給來源，為指導(dǎo)地下水位控制管理提供依據(jù)。

3.1.2分區(qū)域確定地下水位恢復(fù)目標(biāo)

據(jù)調(diào)查，在民勤盆地維持防風(fēng)林草生長(zhǎng)的地下水埋深在4m以內(nèi)。當(dāng)?shù)叵滤裆钸_(dá)到8m時(shí)，防風(fēng)林基本枯死。因此，在地下水位的管理上，應(yīng)劃定管理控制水位，以地下水埋深4m為生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)水位，將地下水位埋深8m為警戒水位，特別是地下水埋深較大的壩區(qū)和泉山片區(qū)，應(yīng)以此為地下水位的控制目標(biāo)，制定恢復(fù)方案，分階段逐步恢復(fù)。

3.1.3實(shí)行地下水位監(jiān)測(cè)預(yù)警制度

根據(jù)不同區(qū)域地下水的埋深，分區(qū)域、分階段制定水位控制指標(biāo)，定期測(cè)定地下水位，定期發(fā)布地下水位動(dòng)態(tài)信息，當(dāng)某階段某區(qū)域地下水位有超過規(guī)定指標(biāo)的趨勢(shì)時(shí)，地下水管理部門應(yīng)向用水戶發(fā)出通知，并對(duì)該區(qū)域的地下水開采實(shí)行少采或限采。

3.2 嚴(yán)格地下水開采量的控制管理

要實(shí)現(xiàn)地下水位的控制目標(biāo)，就必須對(duì)地下水的開采量進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)施水量控制和水位控制共同控制，在水量的控制管理上，供水部門要根據(jù)不同氣候條件、不同地域、不同行業(yè)制定切實(shí)可行的用水定額，嚴(yán)格總量控制，不得超量超額供水，不得以加價(jià)為由多供水，誰加價(jià)超量供水，就追究誰的責(zé)任，要革除以加價(jià)代替控制管理的弊端。因加價(jià)超量供水，造成的惡果是誰有錢誰就可多用水、超用水，也給供水部門變相收費(fèi)，加重用水戶負(fù)擔(dān)留下了空間，實(shí)現(xiàn)不了水量控制的目標(biāo)。

3.3 均衡配置地表水資源

地表水是民勤綠洲盆地下水的主要補(bǔ)給來源。在地表水的配置上，由于湖區(qū)地下水質(zhì)差，不能用于農(nóng)田灌溉，大量的地表水配給湖區(qū)，壩區(qū)和泉山片區(qū)配水量少。民勤盆地地表水的配水基本思路是在保證湖區(qū)片區(qū)地表水的前提下，再考慮壩區(qū)和泉山片區(qū)的地表水配置，這樣壩區(qū)和泉山片區(qū)只有大量的開采地下水進(jìn)行灌溉，這個(gè)思路對(duì)湖區(qū)片區(qū)來說地下水補(bǔ)給相對(duì)來說較好，而對(duì)于壩區(qū)和泉山片區(qū)來說地下水的補(bǔ)給就差，同時(shí)大量的開采地下水，水位下降大，植被枯死多，生態(tài)惡化加劇，這也是地表水配置上“重湖輕壩”的結(jié)果。為使地下水超采嚴(yán)重的壩區(qū)片區(qū)和泉山片區(qū)地下水位得到有效恢復(fù)，在地表水的配置上，應(yīng)考慮地下水的區(qū)域補(bǔ)給，研究探索地表水配置模式，要改變“重湖輕壩”的配水思路，區(qū)域協(xié)調(diào)、均衡配置，增加地下水位下降嚴(yán)重區(qū)域地表水配水量。

3.4 增加外流域調(diào)入水量

民勤盆地綠洲區(qū)是集資源型、生態(tài)型、環(huán)境型缺水區(qū)域，必須考慮從外流域調(diào)入地表水，以恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)及生存環(huán)境?？缌饔蛘{(diào)水可以對(duì)民勤這樣的生態(tài)型缺水地區(qū)的生態(tài)修復(fù)與改善提供可靠的水資源保障，可以穩(wěn)定流域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，可以控制和恢復(fù)流域內(nèi)的地下水位，保護(hù)和維持綠洲的生態(tài)環(huán)境功能，防止荒漠化進(jìn)一步漫延等災(zāi)害。近幾年通過景電延伸工程，向民勤盆地調(diào)引黃河水進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，年調(diào)水量近0.8億m3，但對(duì)于生態(tài)性缺水且地下水超采的區(qū)域來說，缺口依然很大。因此，還必須積極開辟新的調(diào)水途徑，增加外流域調(diào)入水量，進(jìn)一步減少區(qū)域內(nèi)地下水的開采量，對(duì)恢復(fù)盆地內(nèi)的地下水位，保證生態(tài)修復(fù)將會(huì)帶來更顯著的效果。

4 結(jié)語

生態(tài)脆弱區(qū)地下水嚴(yán)格管控對(duì)區(qū)域生態(tài)安全有極其重要的作用。脆弱的民勤綠洲盆地開發(fā)利用地下水歷史悠久，地下水的開發(fā)利用過程，是民勤綠洲盆地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程；地下水位的變化過程，是民勤綠洲盆地生態(tài)環(huán)境惡化的過程。民勤綠洲盆地內(nèi)地下水埋深各片區(qū)有一定差異，近年來，雖然通過石羊河重點(diǎn)治理，地下水位下降速度有所減緩，但恢復(fù)緩慢。地下水的控制管理，關(guān)系著民勤盆地綠洲的存亡。在今后的管理中，在對(duì)地下水位與水量的控制定性分析的基礎(chǔ)上，細(xì)化定量分析，進(jìn)一步研究地下水位與生態(tài)環(huán)境的相關(guān)指標(biāo)，精準(zhǔn)管控地下水的開發(fā)利用。