敦煌盆地環(huán)境地質(zhì)變化趨勢(shì)及治理對(duì)策探討

鄧永光，楊俊倉(cāng)

（1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023；2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州730050）

1 引言

敦煌以莫高窟、月牙泉等著名旅游景點(diǎn)而聞名于世，是甘肅省重點(diǎn)建設(shè)的旅游開(kāi)發(fā)區(qū)之一。隨著敦煌盆地旅游經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以水資源開(kāi)發(fā)為中心的人類(lèi)經(jīng)濟(jì)－工程活動(dòng)使區(qū)內(nèi)水資源在時(shí)空分布上產(chǎn)生了改變，強(qiáng)烈影響了區(qū)內(nèi)綠洲、濕地、沙漠、戈壁等生態(tài)環(huán)境的分布狀況，已經(jīng)導(dǎo)致了一系列阻礙區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題是敦煌盆地水資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題，是其區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)發(fā)展面臨的又一個(gè)迫切任務(wù)。本文研究區(qū)內(nèi)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的演變特點(diǎn)及其與水資源的相互作用，并提出了防治的對(duì)策。

2 敦煌盆地環(huán)境地質(zhì)概況

敦煌盆地位于河西走廊西端的疏勒河流域下游地區(qū)，東與瓜洲相鄰，西至庫(kù)姆塔克沙漠，南北介于三危山、鳴沙山與馬鬃山之間的平原地帶。盆地主要由綠洲、濕地、鹽沼地、沙漠、戈壁、山區(qū)等不同地質(zhì)單元構(gòu)成。綠洲主要分布于黨河灌區(qū)和南湖灌區(qū)，濕地和鹽沼地分布于敦煌盆地西部的西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、東部的東湖自然保護(hù)區(qū)和北部的北湖自然保護(hù)區(qū)，沙漠主要分布于南部的鳴沙山及西南部的庫(kù)姆塔克沙漠，戈壁廣泛分布于盆地的南部山前和北部山前地帶。

屬典型的大陸性干旱氣候區(qū)，其特征是降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、冬寒夏熱，晝夜溫差大，日照充足，輻射值高，大風(fēng)沙塵天氣多。區(qū)內(nèi)多年平均氣溫9.4℃，氣溫年差值34.1℃，多年平均降水量?jī)H為39.1mm，蒸發(fā)量高達(dá)2 487.7mm。該區(qū)素有“世界風(fēng)庫(kù)”之稱(chēng)，大風(fēng)和沙暴頻繁，常年多東風(fēng)和西北風(fēng)，年平均風(fēng)速2.2m/s以上，全年8級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)15～20次，最高風(fēng)速達(dá)11級(jí)。

流經(jīng)本區(qū)的疏勒河和黨河都發(fā)源于南部的祁連山，自2002年修建雙塔水庫(kù)以來(lái)，疏勒河再無(wú)地表徑流進(jìn)入敦煌盆地，黨河成為區(qū)內(nèi)唯一的常年性地表河流，也是盆地地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。

黨河屬疏勒河一級(jí)支流，發(fā)源于肅北祁連山團(tuán)結(jié)峰，靠冰雪融水補(bǔ)給，流域全長(zhǎng)390km，多年平均逕流量2.992×108m3，平均流速9.1m3/s。1975年10月黨河水庫(kù)修建以來(lái)，河水被全部截流入庫(kù)，由人工輸水渠道引入田間灌溉，水庫(kù)下游河床斷流，只有在暴雨期和排沙時(shí)才有暫時(shí)性水流，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，自黨河水庫(kù)建成以來(lái)，敦煌綠洲地下水位累計(jì)下降了10.77m。另外來(lái)自南部阿爾金山的冰雪融水通過(guò)地下逕流補(bǔ)給盆地，在陽(yáng)關(guān)鎮(zhèn)以泉水溢出方式出露，每年大約有0.98×108m3的流量。

盆地發(fā)育有大厚度的河流沖洪積地層，沉積厚度數(shù)百米以上，是地下水賦存與運(yùn)移的天然場(chǎng)所，所構(gòu)成的含水層是連續(xù)的，由南向北由單一大厚度潛水層逐漸過(guò)渡為細(xì)土平原區(qū)的潛水－承壓水層（圖1）。單一大厚度潛水含水層厚度100～200m，地下水埋深30～150m，由扇頂向細(xì)土區(qū)逐漸變淺，巖性為砂礫石，滲透系數(shù)53.6～61.36m/d，給水度0.10～0.25；扇中部為潛水－承壓水區(qū)，上部潛水含水層為Q3～Q4砂及亞砂土，埋深3～30m，下部承壓含水層底界為N2～Q1，巖性為砂礫巖，埋深120～250m，滲透系數(shù)0.39～21.58m/d，給水度0.05～0.20[1]。在承壓水區(qū)沒(méi)有穩(wěn)定的區(qū)域性隔水層，各含水層在區(qū)域上有著不可分割的水力聯(lián)系，地下水由南西向北東方向運(yùn)動(dòng)。

河水、渠系水、田間灌溉水的滲入為含水層的主要補(bǔ)給來(lái)源，經(jīng)2008年均衡計(jì)算這部分水量為1.99×108m3/年，占地下水總補(bǔ)給量的64%，地下水開(kāi)采與蒸發(fā)為灌區(qū)主要的排泄方式，其量可達(dá)2.63×108m3/年，其中開(kāi)采量達(dá)到1.31×108m3/年，占灌區(qū)地下水總排泄量的50%左右，黨河灌區(qū)是逕流、開(kāi)采、蒸發(fā)相平衡的水文地質(zhì)單元。

圖1 敦煌盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面

3 環(huán)境地質(zhì)遙感解譯

3.1 遙感數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

本文所采用的主要遙感數(shù)據(jù)由全球陸地覆蓋設(shè)施中心－地球科學(xué)數(shù)據(jù)交換站點(diǎn)（GLCF－ESDI）提供的時(shí)間跨度約30年的Ladast－MSS、Ladast－TM、Ladast－ETM＋三期數(shù)據(jù)，共21景，各景影像均無(wú)云覆蓋，質(zhì)量較好。MSS地面分辨率為57m×57m，TM和ETM＋地面分辨率為30m×30m[2]。

3.1.2 遙感數(shù)據(jù)處理

衛(wèi)星遙感影像在成像過(guò)程中，由于傳感器功能的衰減、大氣的影響、衛(wèi)星飛行姿態(tài)等原因會(huì)產(chǎn)生各種輻射誤差和幾何變形，因而要對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)，然后才能進(jìn)行信息提取。本文借助ERDAS INAGINE 9.2軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理。

3.1.3 遙感影像分類(lèi)解譯標(biāo)志的建立

根據(jù)遙感影像將敦煌市分為綠洲、沙漠、山地、水體、鹽堿地、戈壁等6類(lèi)。根據(jù)建立的解譯標(biāo)志，首先在敦煌不同時(shí)期遙感影像上對(duì)各種地類(lèi)選取每類(lèi)不少于30個(gè)訓(xùn)練樣本，進(jìn)而建立分類(lèi)模板。然后，對(duì)選擇的訓(xùn)練樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)。訓(xùn)練樣本評(píng)價(jià)的方法選擇計(jì)算類(lèi)別的可分離性，生成可分離性報(bào)告并根據(jù)Jones判斷準(zhǔn)則（TD值在0～2 000之間，當(dāng)TD＞1 700時(shí)，兩個(gè)類(lèi)別能分開(kāi)）判斷類(lèi)別的可分離性，進(jìn)而評(píng)價(jià)分類(lèi)模板的精度。

通過(guò)分析敦煌1990年代和2001年左右兩期影像的訓(xùn)練樣本可分性報(bào)告可知TD值均大于1 700，各個(gè)類(lèi)別都能分開(kāi)，訓(xùn)練樣本選擇滿足分類(lèi)精度。

3.2 遙感解譯結(jié)果分析

考慮到敦煌綠洲及綠洲－荒漠交界帶是干旱區(qū)荒漠化發(fā)生最敏感和最主要的地帶，而土地荒漠化基本都發(fā)生在綠洲內(nèi)部、綠洲－荒漠過(guò)渡帶及其外圍十幾公里范圍內(nèi)。因此，本次重點(diǎn)研究區(qū)設(shè)置為敦煌市主綠洲、荒漠綠洲過(guò)渡區(qū)及其外圍幾至十幾公里范圍的區(qū)域，總面積790 585.38hm2。

“哈哈，還不到五分鐘，就把對(duì)面的敵人打得沒(méi)了聲音。”馬國(guó)平走過(guò)來(lái)，完全沒(méi)有一點(diǎn)連長(zhǎng)的樣子，一副期待汪隊(duì)長(zhǎng)表?yè)P(yáng)的神態(tài)，天真得就像讀書(shū)考了滿分，向父母索要糖果的獎(jiǎng)勵(lì)。

3.2.1 1990年遙感解譯結(jié)果分析

重點(diǎn)研究區(qū)綠洲面積為84 692.61hm2，占重點(diǎn)研究區(qū)面積的10.71%，沙漠面積為3 072.96hm2，占研究區(qū)面積的0.39%，山地面積為2 645.82hm2，占研究區(qū)面積的0.33%，水體面積為249.84hm2，占研究區(qū)面積的0.03%，鹽沼面積為93 631.95hm2，占研究區(qū)面積的11.84%，戈壁面積為606 296.52hm2，占研究區(qū)面積的76.69%（圖2）。

3.2.2 2001年遙感解譯結(jié)果分析

2001年重點(diǎn)研究區(qū)綠洲面積為97 864.83hm2，占研究區(qū)總面積的12.38%；沙漠面積為6 757.56hm2，占研究區(qū)總面積的0.85%；山地面積為2 648.25hm2，占研究區(qū)總面積的0.33%；水體面積為353.61hm2，占研究區(qū)面積的0.04%，鹽沼面積為46 442.97hm2，占研究區(qū)面積的5.87%；戈壁面積為636 518.16hm2，占研究區(qū)面積的80.51%（圖3）。

3.2.3 分類(lèi)結(jié)果轉(zhuǎn)移矩陣分析

利用 ARCGIS9.2的疊置分析（overlay）工具，將1990年和2001年左右的遙感影像解譯結(jié)果分類(lèi)圖進(jìn)行疊加，通過(guò)空間分析和統(tǒng)計(jì)對(duì)各地類(lèi)之間的相互轉(zhuǎn)移進(jìn)行分析，得到了1990年解譯結(jié)果和2001年解譯結(jié)果的空間和屬性的數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得到研究區(qū)分類(lèi)結(jié)果轉(zhuǎn)移矩陣（表1）。

圖2 1990年敦煌盆地環(huán)境地質(zhì)遙感解譯

圖3 2001年敦煌盆地環(huán)境地質(zhì)遙感解譯

表1 敦煌盆地1990年到2001年分類(lèi)結(jié)果轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

4 環(huán)境地質(zhì)變化及趨勢(shì)分析

由轉(zhuǎn)移矩陣可得兩期影像解譯結(jié)果：未發(fā)生變化面積綠洲為69 150.96hm2，沙漠為2 227.23hm2，水體為85.68hm2，鹽沼未發(fā)生變化的面積為34 442.73hm2，戈壁未發(fā)生變化土地為378 717.03hm2。

綠洲轉(zhuǎn)化為沙漠的面積為142.29hm2，綠洲轉(zhuǎn)化為鹽沼的面積為3 386.52hm2，綠洲轉(zhuǎn)化為戈壁的面積為11 985.39hm2；沙漠轉(zhuǎn)化為綠洲的面積345.33hm2，沙漠轉(zhuǎn)化為鹽沼的面積為2.34hm2，沙漠轉(zhuǎn)化為戈壁的面積為497.97hm2；水體轉(zhuǎn)化為綠洲面積為1.44hm2，水體轉(zhuǎn)化為鹽沼面積為162.27hm2，水體轉(zhuǎn)化為戈壁0.36hm2；鹽沼轉(zhuǎn)化為綠洲的面積為15 129.63hm2，鹽沼轉(zhuǎn)化為沙漠的面積為104.04hm2，鹽沼轉(zhuǎn)化為水體的面積為74.52hm2，鹽沼轉(zhuǎn)化為戈壁43 881.03hm2；戈壁轉(zhuǎn)化為綠洲13 237.47hm2，戈壁轉(zhuǎn)化為沙漠4 282.56hm2，戈壁轉(zhuǎn)化為鹽沼地面為8 447.85hm2。

2001年敦煌遙感影像解譯結(jié)果對(duì)比1990年代結(jié)果有以下變化，敦煌綠洲區(qū)面積擴(kuò)大；敦煌盆地東部植被區(qū)轉(zhuǎn)化為戈壁；敦煌綠洲區(qū)北部和西北部的濕地部分轉(zhuǎn)化為戈壁；敦煌西湖濕地的水體和植被區(qū)向戈壁轉(zhuǎn)化。整體上鹽沼面積在減少，以轉(zhuǎn)化為戈壁為主，生態(tài)環(huán)境不斷惡化。

5 治理對(duì)策

賈貴義與程旭學(xué)[3]認(rèn)為月牙泉是古河道發(fā)育過(guò)程中因侵蝕作用形成的一處洼地，或者稱(chēng)之為牛軛湖。從根本上來(lái)說(shuō)，月牙泉是由地下水形成，其問(wèn)題的本質(zhì)就是一個(gè)地質(zhì)學(xué)問(wèn)題，與濕地大量萎縮、水域湖泊消失、林木銳減、土地沙漠化、沙漠東移威脅綠洲等一系列問(wèn)題，集中表現(xiàn)在水環(huán)境惡化。在漢唐時(shí)期敦煌森林茂密林草資源豐富，境內(nèi)的東湖、西湖、北湖一帶分布著23.6×104hm2天然植被紅柳、胡楊和蘆葦?shù)葐坦嗄荆L(zhǎng)極為茂盛；祁連山雪水豐富，大小河流縱橫，湖泊遍布，敦煌綠洲區(qū)內(nèi)有666.7hm2咸水湖和66.67hm2淡水湖，但如今80%已消失[4]。如今敦煌市總面積3.12×104km2，其中綠洲面積僅1 400km2；據(jù)敦煌市林業(yè)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，近十幾年來(lái)，由于水源嚴(yán)重短缺和生態(tài)環(huán)境日益惡化，敦煌綠洲的綠色防護(hù)體系面積急劇減少，截至目前僅剩8.67×104hm2天然林和9.00×104hm2草場(chǎng)，分別比新中國(guó)成立初期減少40.00%和77.00%。其主要成因?yàn)槎鼗团璧厮Y源嚴(yán)重短缺，水利工程的干預(yù)導(dǎo)致地表水天然入滲補(bǔ)給地下水量的減少，再加上超量開(kāi)采地下水導(dǎo)致地下水位大幅度下降，引發(fā)地表水體的相關(guān)變化。治理水環(huán)境惡化的策略是對(duì)本區(qū)水資源的開(kāi)源節(jié)流，節(jié)水為主，調(diào)蓄結(jié)合，加強(qiáng)管理[5]，主要措施有以下幾點(diǎn)。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃。按照水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行水資源開(kāi)發(fā)和保護(hù)，重點(diǎn)保護(hù)水源地、區(qū)內(nèi)國(guó)家級(jí)和省級(jí)生態(tài)自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)遺跡和文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)、城市環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，植樹(shù)造林，最大限度地?cái)U(kuò)大保護(hù)區(qū)內(nèi)的綠地面積，加強(qiáng)水源涵養(yǎng)，保證工農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水。

（2）推廣灌溉高新技術(shù)。在灌區(qū)大力推廣管灌、滴灌、微灌等高新節(jié)水技術(shù)，“十二五”灌區(qū)實(shí)施10萬(wàn)畝棉花膜下滴灌計(jì)劃，每畝棉花膜下滴灌節(jié)水234m3/667m2，到2015年節(jié)水量可達(dá)到2 341×104m3/年[6]。

（3）退耕還林，減少用水量。敦煌市計(jì)劃在“12.5”期間對(duì)行政機(jī)關(guān)、事業(yè)單位、城市企業(yè)、駐敦單位農(nóng)林場(chǎng)站耕地和鄉(xiāng)、村農(nóng)林場(chǎng)站耕地及農(nóng)民開(kāi)墾的零散荒地壓縮3 600hm2，種植生態(tài)林；按照毛灌定額766m3計(jì)算，到2015年壓田面積達(dá)到3 600hm2，節(jié)水4 136×104m3/年。

（4）調(diào)整產(chǎn)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，節(jié)約水資源。在敦煌農(nóng)業(yè)用水占全市總用水量的82%，但是農(nóng)業(yè)灌溉用水效率不高，節(jié)水潛力還很大。經(jīng)濟(jì)作物以棉花為主，耗水量大，畝產(chǎn)效益低，如果將30%的棉花種植面積調(diào)整為種植葡萄，用水量相對(duì)較少，經(jīng)濟(jì)效益是棉花的5倍以上，在節(jié)約大量水資源的同時(shí)，又增加了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

（5）嚴(yán)格控制對(duì)敦煌盆地地下水的開(kāi)采量。對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、服務(wù)業(yè)用水、城市公共及綠化等用水部門(mén)，借鑒石羊河流域綜合治理中按照灌溉面積核定水量的辦法，減少單井開(kāi)采量，將整個(gè)敦煌盆地地下水允許開(kāi)采總量降低到有效補(bǔ)給量以下。

（6）增加區(qū)域水資源總量。實(shí)施“引哈濟(jì)黨”工程[7]，根據(jù)《敦煌水資源合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境綜合治理規(guī)劃》項(xiàng)目要求，到2015年從蘇干湖水系引大哈爾騰河水1×108m3，引水進(jìn)入黨河水庫(kù)8 800×104m3。其中月牙泉湖保護(hù)區(qū)分配水量4 000×104m3，東湖、北湖、西湖等保護(hù)區(qū)分配生態(tài)用水量4 800×104m3。建設(shè)地下水人工回灌工程。利用自然地形，開(kāi)挖滲坑，攔蓄降水增大天然入滲量，或?qū)嵤┑叵滤毓唷＜訌?qiáng)大氣水的利用研究，利用合適的大氣環(huán)流人工增雨并加以調(diào)蓄。

（7）建立和完善地下水位監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。建立覆蓋全區(qū)的地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水位統(tǒng)測(cè)長(zhǎng)效機(jī)制，實(shí)施水質(zhì)、水量監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)水利、氣象、地質(zhì)、礦產(chǎn)和環(huán)保等部門(mén)的監(jiān)控網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，及時(shí)準(zhǔn)確利用監(jiān)測(cè)成果為敦煌生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

敦煌市政府近年已經(jīng)采取了一系列的治理措施，包括禁止打井、開(kāi)荒、移民，壓縮耕地和機(jī)井，引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展葡萄、林果等節(jié)水高效農(nóng)業(yè)，產(chǎn)生了一定的效果和效益。2011年6月，中國(guó)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了耗資47.22億元的《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃》，規(guī)劃的實(shí)施可望在2020年之前通過(guò)全面節(jié)水和調(diào)水的綜合措施，建立較為完善的水權(quán)制度，使敦煌盆地地下水開(kāi)采基本處于采補(bǔ)平衡狀態(tài)，重點(diǎn)區(qū)域地下水位較現(xiàn)狀有所回升，初步遏制敦煌盆地土地沙化、綠洲邊緣天然草地生態(tài)惡化的趨勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

敦煌盆地有限的水資源既是綠洲和敦煌市存在的必要因素，又是發(fā)揮敦煌的旅游優(yōu)勢(shì)、保證敦煌社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。采取以加強(qiáng)水資源管理為中心的穩(wěn)步發(fā)展經(jīng)濟(jì)之路，開(kāi)源節(jié)流，節(jié)水為主，調(diào)蓄結(jié)合，加強(qiáng)管理，可促使地下水資源恢復(fù)、再造，用最少的水資源和土地實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并保證周邊環(huán)境地質(zhì)條件不惡化，遏制敦煌整個(gè)生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化的趨勢(shì)，保護(hù)好敦煌文化和敦煌綠洲，以保證可持續(xù)發(fā)展。

[1]楊俊倉(cāng)，黎志恒.敦煌盆地黨河灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及防治對(duì)策[J].甘肅科技，2011（5）：3 227～3 230.

[2]寧立波.河西走廊環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題研究[R].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010.

[3]賈貴義，程旭學(xué).淺議敦煌市環(huán)境地質(zhì)及月牙泉治理[J].甘肅科技，2006，22（8）：22～26.

[4]陳明霞.敦煌濕地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與保護(hù)恢復(fù)對(duì)策[J]，濕地科學(xué)與管理，2007，3（3）：38～41.

[5]張荷生，陳旭學(xué).河西走廊典型地區(qū)地下水資源綜合開(kāi)發(fā)利用調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告[R].蘭州：甘肅省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究院，2007.

[6]黎志恒，邱 蔓.甘肅省敦煌市月牙泉成因及地質(zhì)環(huán)境惡化綜合治理勘查報(bào)告[R].蘭州：甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，1999.

[7]楊俊倉(cāng)，黎志恒.甘肅省敦煌市月牙泉湖水位下降應(yīng)急治理工程可行性研究報(bào)告[R].蘭州：甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2001.