敦煌盆地環境地質變化趨勢及治理對策探討

鄧永光，楊俊倉

（1.廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧530023；2.甘肅省地質環境監測院，甘肅 蘭州730050）

1 引言

敦煌以莫高窟、月牙泉等著名旅游景點而聞名于世，是甘肅省重點建設的旅游開發區之一。隨著敦煌盆地旅游經濟的持續發展和工農業生產規模的不斷擴大，以水資源開發為中心的人類經濟－工程活動使區內水資源在時空分布上產生了改變，強烈影響了區內綠洲、濕地、沙漠、戈壁等生態環境的分布狀況，已經導致了一系列阻礙區內經濟發展的嚴重生態環境問題。環境地質問題是敦煌盆地水資源開發利用過程中出現的主要問題，是其區域生態環境保護與社會發展面臨的又一個迫切任務。本文研究區內環境地質問題的演變特點及其與水資源的相互作用，并提出了防治的對策。

2 敦煌盆地環境地質概況

敦煌盆地位于河西走廊西端的疏勒河流域下游地區，東與瓜洲相鄰，西至庫姆塔克沙漠，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、山區等不同地質單元構成。綠洲主要分布于黨河灌區和南湖灌區，濕地和鹽沼地分布于敦煌盆地西部的西湖國家級自然保護區、東部的東湖自然保護區和北部的北湖自然保護區，沙漠主要分布于南部的鳴沙山及西南部的庫姆塔克沙漠，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，其特征是降水稀少、蒸發強烈、冬寒夏熱，晝夜溫差大，日照充足，輻射值高，大風沙塵天氣多。區內多年平均氣溫9.4℃，氣溫年差值34.1℃，多年平均降水量僅為39.1mm，蒸發量高達2 487.7mm。該區素有“世界風庫”之稱，大風和沙暴頻繁，常年多東風和西北風，年平均風速2.2m/s以上，全年8級以上大風出現15～20次，最高風速達11級。

流經本區的疏勒河和黨河都發源于南部的祁連山，自2002年修建雙塔水庫以來，疏勒河再無地表徑流進入敦煌盆地，黨河成為區內唯一的常年性地表河流，也是盆地地下水的主要補給來源。

黨河屬疏勒河一級支流，發源于肅北祁連山團結峰，靠冰雪融水補給，流域全長390km，多年平均逕流量2.992×108m3，平均流速9.1m3/s。1975年10月黨河水庫修建以來，河水被全部截流入庫，由人工輸水渠道引入田間灌溉，水庫下游河床斷流，只有在暴雨期和排沙時才有暫時性水流，監測數據顯示，自黨河水庫建成以來，敦煌綠洲地下水位累計下降了10.77m。另外來自南部阿爾金山的冰雪融水通過地下逕流補給盆地，在陽關鎮以泉水溢出方式出露，每年大約有0.98×108m3的流量。

盆地發育有大厚度的河流沖洪積地層，沉積厚度數百米以上，是地下水賦存與運移的天然場所，所構成的含水層是連續的，由南向北由單一大厚度潛水層逐漸過渡為細土平原區的潛水－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，由扇頂向細土區逐漸變淺，巖性為砂礫石，滲透系數53.6～61.36m/d，給水度0.10～0.25；扇中部為潛水－承壓水區，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0.39～21.58m/d，給水度0.05～0.20[1]。在承壓水區沒有穩定的區域性隔水層，各含水層在區域上有著不可分割的水力聯系，地下水由南西向北東方向運動。

河水、渠系水、田間灌溉水的滲入為含水層的主要補給來源，經2008年均衡計算這部分水量為1.99×108m3/年，占地下水總補給量的64%，地下水開采與蒸發為灌區主要的排泄方式，其量可達2.63×108m3/年，其中開采量達到1.31×108m3/年，占灌區地下水總排泄量的50%左右，黨河灌區是逕流、開采、蒸發相平衡的水文地質單元。

圖1 敦煌盆地水文地質結構剖面

3 環境地質遙感解譯

3.1 遙感數據源與數據處理

本文所采用的主要遙感數據由全球陸地覆蓋設施中心－地球科學數據交換站點（GLCF－ESDI）提供的時間跨度約30年的Ladast－MSS、Ladast－TM、Ladast－ETM＋三期數據，共21景，各景影像均無云覆蓋，質量較好。MSS地面分辨率為57m×57m，TM和ETM＋地面分辨率為30m×30m[2]。

3.1.2 遙感數據處理

衛星遙感影像在成像過程中，由于傳感器功能的衰減、大氣的影響、衛星飛行姿態等原因會產生各種輻射誤差和幾何變形，因而要對影像進行輻射校正、幾何校正、圖像增強，然后才能進行信息提取。本文借助ERDAS INAGINE 9.2軟件對圖像進行處理。

3.1.3 遙感影像分類解譯標志的建立

根據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。根據建立的解譯標志，首先在敦煌不同時期遙感影像上對各種地類選取每類不少于30個訓練樣本，進而建立分類模板。然后，對選擇的訓練樣本進行評價。訓練樣本評價的方法選擇計算類別的可分離性，生成可分離性報告并根據Jones判斷準則（TD值在0～2 000之間，當TD＞1 700時，兩個類別能分開）判斷類別的可分離性，進而評價分類模板的精度。

通過分析敦煌1990年代和2001年左右兩期影像的訓練樣本可分性報告可知TD值均大于1 700，各個類別都能分開，訓練樣本選擇滿足分類精度。

3.2 遙感解譯結果分析

考慮到敦煌綠洲及綠洲－荒漠交界帶是干旱區荒漠化發生最敏感和最主要的地帶，而土地荒漠化基本都發生在綠洲內部、綠洲－荒漠過渡帶及其外圍十幾公里范圍內。因此，本次重點研究區設置為敦煌市主綠洲、荒漠綠洲過渡區及其外圍幾至十幾公里范圍的區域，總面積790 585.38hm2。

“哈哈，還不到五分鐘，就把對面的敵人打得沒了聲音。”馬國平走過來，完全沒有一點連長的樣子，一副期待汪隊長表揚的神態，天真得就像讀書考了滿分，向父母索要糖果的獎勵。

3.2.1 1990年遙感解譯結果分析

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

3.2.2 2001年遙感解譯結果分析

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

3.2.3 分類結果轉移矩陣分析

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果分類圖進行疊加，通過空間分析和統計對各地類之間的相互轉移進行分析，得到了1990年解譯結果和2001年解譯結果的空間和屬性的數據庫，經統計分析得到研究區分類結果轉移矩陣（表1）。

圖2 1990年敦煌盆地環境地質遙感解譯

圖3 2001年敦煌盆地環境地質遙感解譯

表1 敦煌盆地1990年到2001年分類結果轉移矩陣 hm2

4 環境地質變化及趨勢分析

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

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

2001年敦煌遙感影像解譯結果對比1990年代結果有以下變化，敦煌綠洲區面積擴大；敦煌盆地東部植被區轉化為戈壁；敦煌綠洲區北部和西北部的濕地部分轉化為戈壁；敦煌西湖濕地的水體和植被區向戈壁轉化。整體上鹽沼面積在減少，以轉化為戈壁為主，生態環境不斷惡化。

5 治理對策

賈貴義與程旭學[3]認為月牙泉是古河道發育過程中因侵蝕作用形成的一處洼地，或者稱之為牛軛湖。從根本上來說，月牙泉是由地下水形成，其問題的本質就是一個地質學問題，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題，集中表現在水環境惡化。在漢唐時期敦煌森林茂密林草資源豐富，境內的東湖、西湖、北湖一帶分布著23.6×104hm2天然植被紅柳、胡楊和蘆葦等喬灌木，生長極為茂盛；祁連山雪水豐富，大小河流縱橫，湖泊遍布，敦煌綠洲區內有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；據敦煌市林業部門統計，近十幾年來，由于水源嚴重短缺和生態環境日益惡化，敦煌綠洲的綠色防護體系面積急劇減少，截至目前僅剩8.67×104hm2天然林和9.00×104hm2草場，分別比新中國成立初期減少40.00%和77.00%。其主要成因為敦煌盆地水資源嚴重短缺，水利工程的干預導致地表水天然入滲補給地下水量的減少，再加上超量開采地下水導致地下水位大幅度下降，引發地表水體的相關變化。治理水環境惡化的策略是對本區水資源的開源節流，節水為主，調蓄結合，加強管理[5]，主要措施有以下幾點。

（1）嚴格執行水資源開發利用規劃。按照水資源開發利用規劃區域進行水資源開發和保護，重點保護水源地、區內國家級和省級生態自然保護區、地質遺跡和文化遺產保護區、城市環境和農業生產區，植樹造林，最大限度地擴大保護區內的綠地面積，加強水源涵養，保證工農業用水和生態用水。

（2）推廣灌溉高新技術。在灌區大力推廣管灌、滴灌、微灌等高新節水技術，“十二五”灌區實施10萬畝棉花膜下滴灌計劃，每畝棉花膜下滴灌節水234m3/667m2，到2015年節水量可達到2 341×104m3/年[6]。

（3）退耕還林，減少用水量。敦煌市計劃在“12.5”期間對行政機關、事業單位、城市企業、駐敦單位農林場站耕地和鄉、村農林場站耕地及農民開墾的零散荒地壓縮3 600hm2，種植生態林；按照毛灌定額766m3計算，到2015年壓田面積達到3 600hm2，節水4 136×104m3/年。

（4）調整產業種植結構，節約水資源。在敦煌農業用水占全市總用水量的82%，但是農業灌溉用水效率不高，節水潛力還很大。經濟作物以棉花為主，耗水量大，畝產效益低，如果將30%的棉花種植面積調整為種植葡萄，用水量相對較少，經濟效益是棉花的5倍以上，在節約大量水資源的同時，又增加了農民的經濟收入。

（5）嚴格控制對敦煌盆地地下水的開采量。對于農業灌溉用水、工業用水、服務業用水、城市公共及綠化等用水部門，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，減少單井開采量，將整個敦煌盆地地下水允許開采總量降低到有效補給量以下。

（6）增加區域水資源總量。實施“引哈濟黨”工程[7]，根據《敦煌水資源合理開發利用與生態環境綜合治理規劃》項目要求，到2015年從蘇干湖水系引大哈爾騰河水1×108m3，引水進入黨河水庫8 800×104m3。其中月牙泉湖保護區分配水量4 000×104m3，東湖、北湖、西湖等保護區分配生態用水量4 800×104m3。建設地下水人工回灌工程。利用自然地形，開挖滲坑，攔蓄降水增大天然入滲量，或實施地下水回灌。加強大氣水的利用研究，利用合適的大氣環流人工增雨并加以調蓄。

（7）建立和完善地下水位監測網絡。建立覆蓋全區的地下水位動態監測系統、水位統測長效機制，實施水質、水量監控，實現水利、氣象、地質、礦產和環保等部門的監控網點聯動，及時準確利用監測成果為敦煌生態環境保護提供科學依據。

敦煌市政府近年已經采取了一系列的治理措施，包括禁止打井、開荒、移民，壓縮耕地和機井，引導農民發展葡萄、林果等節水高效農業，產生了一定的效果和效益。2011年6月，中國國務院批準了耗資47.22億元的《敦煌水資源合理利用與生態保護綜合規劃》，規劃的實施可望在2020年之前通過全面節水和調水的綜合措施，建立較為完善的水權制度，使敦煌盆地地下水開采基本處于采補平衡狀態，重點區域地下水位較現狀有所回升，初步遏制敦煌盆地土地沙化、綠洲邊緣天然草地生態惡化的趨勢。

6 結語

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，又是發揮敦煌的旅游優勢、保證敦煌社會經濟可持續發展的重要因素。采取以加強水資源管理為中心的穩步發展經濟之路，開源節流，節水為主，調蓄結合，加強管理，可促使地下水資源恢復、再造，用最少的水資源和土地實現農民增收，經濟發展，并保證周邊環境地質條件不惡化，遏制敦煌整個生態環境繼續惡化的趨勢，保護好敦煌文化和敦煌綠洲，以保證可持續發展。

[1]楊俊倉，黎志恒.敦煌盆地黨河灌區地下水動態變化趨勢及防治對策[J].甘肅科技，2011（5）：3 227～3 230.

[2]寧立波.河西走廊環境地質問題研究[R].武漢：中國地質大學，2010.

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

[4]陳明霞.敦煌濕地生態環境現狀與保護恢復對策[J]，濕地科學與管理，2007，3（3）：38～41.

[5]張荷生，陳旭學.河西走廊典型地區地下水資源綜合開發利用調查評價報告[R].蘭州：甘肅省地質環境調查研究院，2007.

[6]黎志恒，邱 蔓.甘肅省敦煌市月牙泉成因及地質環境惡化綜合治理勘查報告[R].蘭州：甘肅省地質環境監測院，1999.

[7]楊俊倉，黎志恒.甘肅省敦煌市月牙泉湖水位下降應急治理工程可行性研究報告[R].蘭州：甘肅省地質環境監測院，2001.