民勤綠洲水文水資源狀況分析

李開繼，寧利中,王卓運,王 娜

(西安理工大學(xué) 陜西省西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室，西安 710048)

民勤綠洲水文水資源狀況分析

李開繼，寧利中*,王卓運,王 娜

(西安理工大學(xué) 陜西省西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室，西安 710048)

對民勤綠洲地區(qū)的水文特征、水資源狀況、地下水位下降的原因進行了分析。 2006年以來，雖然流入民勤綠洲的地表水量有了大的增加，但為了維持綠洲生態(tài)、發(fā)展綠洲經(jīng)濟,地下水的開采致使民勤綠洲的地下水位仍然下降。為了恢復(fù)地下水位,建議削減地下水的開采量、增加地下水量、實施取水許可和采取智能化管理等多種措施。

水資源；地下水位；對策；民勤綠洲

民勤綠洲屬于溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，甘肅省河西走廊東部的石羊河流域下游，地處騰格里沙漠的西緣，東北與巴丹吉林沙漠接壤，三面被沙漠、戈壁包圍，民勤綠洲在阻隔巴丹吉林和騰格里兩大沙漠合攏方面起著巨大的作用。地勢由南向北傾斜,海拔1 200～1 500 m,地勢平坦,南北縱坡0.1%左右,四面高起,具有明顯的盆地地貌特征。由于水資源利用的不均衡，人為干擾的加大等因素，導(dǎo)致當(dāng)前民勤綠洲環(huán)境生態(tài)承載力降低，地下水位急劇下降，荒漠植被大面積衰退枯死，風(fēng)沙線逐步向前推移，荒漠化面積增加、程度加重，綠洲生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重危及西北乃至華北地區(qū)的生態(tài)安全[1]。溫家寶同志曾先后15次批示“決不能讓民勤成為第二個羅布泊!”[2]。水資源短缺是民勤綠洲生態(tài)惡化的主導(dǎo)因子，是制約區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展的根本因素。

1 自然條件

1)地質(zhì)、地貌。民勤綠洲地屬中潮陸臺的阿拉善臺塊，處于阿拉善臺塊東南緣的凹陷帶。地貌主要表現(xiàn)為低山丘陵、平原和沙漠。

2)氣候。屬于溫帶干旱氣候區(qū)，冬冷夏熱，光照充足，晝夜溫差25.2 ℃，平均氣溫7.8 ℃，降水稀少，年均降水量112 mm,蒸發(fā)量2 641 mm,年平均風(fēng)速2.4 m/s,全年盛行西北、西北偏西風(fēng) ,日照時數(shù)為3 073.5 h，無霜期162 d。

3)植被。植被類型主要有人工和天然植被。人工植被主要以梭梭(Haloxylonammodendron)為主，面積約4.478×104hm2。天然植被組成種類少、層片結(jié)構(gòu)單一化、生產(chǎn)力較低[3]。

民勤綠洲為第四系空隙水良好的匯集場所,巨厚的松散沉積物可分為上新統(tǒng)、下更新統(tǒng)含水層系統(tǒng)和中上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)含水層系統(tǒng)[4]。盆地第四系含水層較薄,一般為30～100 m,滲透系數(shù)為5～50 m/d,單井出水量為20～100 m3/d。地下水水力坡度由0.1%～0.3%到0.07%～0.08%,單寬徑流量70～6 000 m3/(d·km2),徑流強度沿徑流方向逐漸減少[5]。

2 水文特征分析

2.1 石羊河流域上、中、下游的月平均降水量變化特征分析

為了研究石羊河流域的季節(jié)性降水量變化特征,搜集了上游的烏鞘嶺、中游的武威(以涼州區(qū)為主)、下游的民勤綠洲區(qū)3個氣象觀測站氣象資料。

圖1 石羊河上中下游降水量的動態(tài)曲線Fig.1 Dynamic curve of rainfall in the middle and lower reaches of Shiyang River

圖2 石羊河上中下游降水量隨季節(jié)的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of rainfall in different seasons in the middle and lower reaches of Shiyang River

將3～5月劃為春季、6～8月劃為夏季、9～11月劃為秋季、12月～次年2月劃為冬季。根據(jù)圖1、圖2石羊河流域2012年月平均降水資料，上中下游流域都是夏季降水量達到高峰期,自東向西隨季節(jié)和地域的變化降水量差異很大，上游的年降水量為389.90 mm，中游的年降水量為168.65 mm，下游民勤綠洲的年降水量為109.67 mm。降水各季分配不勻，主要集中在6～9月，占年均降水量的73%。而且顯然上游和中游的年降水量遠大于下游的年降水量。

應(yīng)以適當(dāng)加大石羊河中上游流域6～9月(6～9月是農(nóng)忙季節(jié)，也是用水量最多的時間段)的人工降雨次數(shù)的方式來增加河流的流量，以此增加流進民勤綠洲紅崖山水庫庫區(qū)的流量，增加紅崖山水庫每年泄水澆灌農(nóng)田的次數(shù)，減少機井抽水灌溉農(nóng)田的次數(shù)，以便于地下水位的恢復(fù)。

2.2 民勤綠洲區(qū)的水文特征分析

2012年民勤地區(qū)月平均(潛在)蒸發(fā)量、日照時間、近地面風(fēng)速和空氣相對濕度(注：蒸發(fā)量和相對濕度的數(shù)據(jù)借用的是2000年的數(shù)據(jù)),見圖3～圖6。

圖3 民勤綠洲月平均蒸發(fā)量Fig.3 Average monthly evaporation in Minqin oasis

圖4 民勤綠洲月平均日照時間Fig.4 Monthly average illumination time in Minqin oasis

圖5 民勤綠洲月平均近地面風(fēng)速Fig.5 Monthly mean wind speed in Minqin oasis

圖6 民勤綠洲月平均空氣相對濕度Fig.6 Monthly average air relative humidity in Minqin oasis

由圖3、圖4，民勤綠洲月平均蒸發(fā)量、日照時間變化曲線可知,蒸發(fā)量在夏季最大(極值出現(xiàn)在7月),達1 167.1 mm,冬季最小為170.5 mm,春季和秋季分別為833.3 mm和480.9 mm,而年總量為2 651.8 mm。月平均蒸發(fā)量的最大值出現(xiàn)在7月，月平均光照最長時間也在7月，顯然蒸發(fā)量的變化與光照時間的變化有緊密的同變關(guān)系，說明太陽輻射對蒸發(fā)過程有很大的影響[6]。在冬春季節(jié)(1～5月)民勤綠洲盛行季風(fēng)氣候。由圖5可知，近地風(fēng)速春季最大(極大值4月)，達3.3 m/s,1～4月曲線的上升速率最大，4～5月略有降低，在冬春季節(jié)近地面風(fēng)速對蒸發(fā)量的影響比較大，夏秋季節(jié)影響不明顯。1～5月蒸發(fā)量曲線迅速上升，空氣相對濕度迅速降低，說明在冬春季節(jié)，蒸發(fā)量與空氣相對濕度有明顯的反向變化關(guān)系。1～4月蒸發(fā)量曲線上升，空氣相對濕度降低；4～7月，蒸發(fā)量曲線上升，空氣相對濕度曲線上升；8～11月，蒸發(fā)量曲線迅速下降，空氣相對濕度曲線迅速下降；11～12月蒸發(fā)量曲線緩慢下降，空氣相對濕度開始回升。說明冬春季節(jié)空氣相對濕度與蒸發(fā)量有反向變化關(guān)系，夏秋季節(jié)空氣相對濕度與蒸發(fā)量具有同變關(guān)系。由圖5、圖6曲線的變化對比可知，1～4月近地風(fēng)速曲線上升，空氣相對濕度曲線降低；4～8月近地風(fēng)速曲線降低，空氣相對濕度曲線增加；9～10月近地風(fēng)速曲線上升，空氣相對濕度曲線降低；11～12月近地風(fēng)速曲線降低，空氣相對濕度曲線上升，說明近地風(fēng)速與空氣相對濕度有一定的反向變化關(guān)系。顯然太陽輻射對蒸發(fā)量的影響比較大，而且季節(jié)不同，蒸發(fā)量的主導(dǎo)影響因素也有所不同，冬春季節(jié)主導(dǎo)因素是風(fēng)速，夏秋季節(jié)主導(dǎo)因素是光照。所以，應(yīng)該科學(xué)、合理、經(jīng)濟地對民勤綠洲區(qū)域?qū)嵤┤斯そ涤?，減少蒸發(fā)浪費，以及增加民勤綠洲區(qū)域5～9月的人工降雨量與人工降雨次數(shù)，來補給農(nóng)田植被的需求，以便減少農(nóng)田灌溉量；減少空氣中水分的蒸發(fā)損失量；增大地面的滲流量。

3 水資源狀況分析

如果把祁連山比作一道高墻，武威和民勤綠洲就在這道陡峭的墻底下。石羊河流域水系發(fā)源于祁連山，補給來源為冰川融化的雪水和大氣降水。石羊河流域上游是山間盆地，中游是古浪、金昌、武威等地，民勤綠洲是石羊河流域的尾閭。 紅崖山水庫作為民勤綠洲地表水域的門戶，是一座典型的沙漠水庫，水庫集水面積為13 400 km2，總庫容為9 750×104m3。

依據(jù)民勤水文站水文資料和省政府《關(guān)于石羊河流域水資源分配方案及 2005～2006 年度水量調(diào)度實施計劃的批復(fù)》，民勤綠洲的石羊河來水量逐年減少,1963年以前來水量平均5.144×108m3,1972年減為3.3×108m3,1977年減為2.62×108m3,1992年減為1.71×108m3，進入21世紀(jì)來水量下降至1×108m3以下, 年均遞減量達到0.1×108m3，在堅持“節(jié)調(diào)管并重, 以節(jié)為主”的治水思路和“調(diào)結(jié)構(gòu)、壓面積、襯渠道、封機井、上科技”的節(jié)水措施下，地表水的削減治理取得了初步進展，進入民勤綠洲的地表水量為:2006 年1.08×108m3,2007 年1.53×108m3,2008年1.79×108m3, 2009年1.97×108m3,2010年2.584×108m3,2011年2.796×108m3,2012年3.38×108m3。盡管地表水來水流量有所增加，但隨著工農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展,為了維持民勤綠洲的生存,在地下水可開采量逐年降低的情況下，進行地下水的開發(fā),導(dǎo)致綠洲地下水位急劇下降。據(jù)統(tǒng)計,民勤綠洲地下水可開采量由 2005年5.17×108m3削減為:2006年4.76×108m3, 2007年4.19×108m3, 2008年3.46×108m3, 2009年2.45×108m3, 2010 年1.14×108m3，2011年0.86×108m3，2012年0.48×108m3。顯然，從2006年開始地表水逐漸增大，地下水可開發(fā)量逐年削減。2006～2012年民勤綠洲的地表來流量與地下水可開采量見圖7。

圖7 地表水來水流量與地下水可開采量隨時間的變化Fig.7 Surface water flow and exploitable quantity of groundwater over time

在2006年以前，從石羊河流域進入民勤綠洲的水流量逐漸減少，年均遞減量達到了0.1×108m3[7]。自2006年以來，根據(jù)“十一五”規(guī)劃要求，在國家的大力支持和政府的大力治理下，地表來水流量逐年增加，截止2012年9月11日，石羊河流入民勤綠洲的水量已增加到3.38×108m3，提前實現(xiàn)了《石羊河流域重點治理規(guī)劃》近期目標(biāo)要求的水量(2.9×108m3)，這對遏制民勤綠洲生態(tài)惡化趨勢起到了積極作用。但是，隨著地表水量的恢復(fù)，地下水可開采量以0.938×108m3/a的速度減少，嚴(yán)重破壞了地下水流的時空分布與穩(wěn)定性。

4 地下水位下降及其對策4.1 地下水位下降原因分析

民勤綠洲區(qū)雖然通過大量開采地下水,緩解了水資源的嚴(yán)重短缺,為民勤綠洲的工農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了必要的水資源。但由于綠洲區(qū)開采地下水超過3×108m3,導(dǎo)致了區(qū)域性地下水位從上世紀(jì)70年代的1～9 m下降到現(xiàn)在的12～28 m[4]。民勤綠洲區(qū)地下水位急劇下降的發(fā)展態(tài)勢是:綠洲中部地區(qū)下降比較明顯,下降達0.5～1.4 m/a,邊緣地區(qū)下降態(tài)勢與中部相比較為緩慢,下降0.5 m/a以下。截至1999年,地下水位大都下降了15 m左右[4]。

地下水位下降的主要原因是缺水。根據(jù)恢復(fù)地下水位的原則,先使地下水位下降的速率減小,然后使地下水位不再下降,最終再逐年恢復(fù)到適宜的生態(tài)地下水位。

4.2 治理對策

1)加快水利工程建設(shè)促進節(jié)水。堅持效益為先、節(jié)水為本，加快灌溉區(qū)節(jié)水工程建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，提高水利用率。

2)調(diào)整植物結(jié)構(gòu)節(jié)水。以節(jié)水增收為核心，大力發(fā)展瓜果蔬菜業(yè)，如葡萄、枸杞、紅棗等耐旱產(chǎn)業(yè)。

3)增加人工降雨次數(shù)，減小區(qū)域蒸發(fā)量，增大地面滲流，增加地下水量。

4)嚴(yán)格遵循水利部取水許可管理辦法。

5)細(xì)化對農(nóng)用機井的管理，減少對地下水的開采。“機井”是抹殺民勤綠洲的利刃，必須加強農(nóng)用機井的管理力度，給出以下建議：①農(nóng)用機井是西北地區(qū)的重要灌溉和人畜飲水設(shè)施，是北方發(fā)展農(nóng)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，為了既不影響全縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，也不妨礙生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，應(yīng)在機井較多的地區(qū)建立和健全以灌溉為主的機井管理站;②農(nóng)用機井應(yīng)該由村組統(tǒng)一管理、規(guī)劃和建配，統(tǒng)一調(diào)配水量，有利于充分發(fā)揮農(nóng)田灌溉效益;③采取以電控水[8]，水窖蓄水的辦法，是現(xiàn)階段管理地下水最直接最有效的措施，用水制度明晰到灌區(qū)、村、組、單個機井和各用水農(nóng)戶，實行用水總量控制。

5 結(jié) 論

本文對民勤綠洲地區(qū)的水文特征、水資源狀況、地下水位下降的原因進行了分析。光照時間、近地風(fēng)速、空氣相對濕度對蒸發(fā)量的變化有一定的影響，蒸發(fā)量的變化與光照時數(shù)的變化有一定的同變關(guān)系,與空氣相對濕度有一定的反向變化關(guān)系，在冬春季節(jié)(盛行季風(fēng)氣候的季節(jié))，近地面風(fēng)速是影響蒸發(fā)量變化的主要因素,與蒸發(fā)量有顯著的正相關(guān)性。太陽輻射對蒸發(fā)量的影響比較顯著。季節(jié)不同，對蒸發(fā)量的主導(dǎo)影響因素也有所不同，冬春季節(jié)主導(dǎo)因素是風(fēng)速，夏秋季節(jié)主導(dǎo)因素是光照。提出了緩減地下水位下降趨勢、恢復(fù)地下水位的對策。

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Hydrology and water resources in Minqin Oasis

LI Kai-Ji，NING Li-Zhong*，WANG Zhuo-Yun，WANG Na

(State Key Laboratory of Eco-Hydraulic Engineering in Shaanxi, Xi’an University of Technology,Xi’an 710048, China)

Hydrological characteristics,status of water resources and reasons for the decline of groundwater table in the Minqin oasis are analyzed. Since 2006, the surface water inflowed Minqin oasis has increased, but the exploitation of groundwater causes still groundwater drawdown to maintain the ecological and to develop the economy of Minqin oasis. In order to restore the underground water table, the suggestions for reducing amount of groundwater exploitation, increasing the underground water, implementing abstraction permits and taking the intelligent management are proposed.

water resources; groundwater table; countermeasure;Minqin Oasis

10.13524/j.2095-008x.2014.01.005

2013-12-24；

2014-01-15

陜西省重點學(xué)科建設(shè)專項資金項目

李開繼(1987-)，男，甘肅武威人，碩士研究生,研究方向：水力學(xué)及河流動力學(xué)，E-mail:348285456@qq.com;*通訊作者： 寧利中(1961-)，男，陜西西安人，教授,博士， 研究方向：高速水力學(xué)、河流動力學(xué)，E-mail:ninglz@xaut.edu.cn。

TV211

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2095-008X(2014)01-0023-05