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一步發(fā)展，由土井變成鍋錐井，以后的沖擊機井，再后來的鉆機井。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)影響地下水位動態(tài)的因素主要是開采，所以年內(nèi)地下水動態(tài)類型表現(xiàn)為典型的開采型動態(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度有關(guān)，開采強度較大的區(qū)域，水位的下降幅度較大，反之則變化較小。

在用簡單工具提水時期，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，采補基本平衡。

20世紀(jì)70年代初，開始大規(guī)模的柴油機離心泵提水時期，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治理工程的實施，民勤盆地地下水位下降的態(tài)勢初步得到遏制，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，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)地下水補給量小，湖區(qū)片區(qū)地下水補給量大，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，不適宜對農(nóng)作物的大量灌溉，因此，地下水開采量相對較小，地下水位下降緩慢，地下水位埋深相對于湖區(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

這兩眼觀測井緯度接近，中渠鹽改站井在西，東湖鎮(zhèn)署適村一隊井在東，地下水埋深從西往東，越來越淺，這與民勤盆地地勢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，也有古時農(nóng)耕的遺跡。這個區(qū)域為三渠柴灣周邊農(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)地下咸水往泉山長區(qū)倒灌的現(xiàn)象，使地下苦水區(qū)進一步擴大，泉山片區(qū)的部分社隊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，中間形成了一個獨立的小盆地，這個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

這個區(qū)域的泉山鎮(zhèn)的團結(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，主要是地下水的補給較少，這個區(qū)域地下水的補給主要靠地表水的垂直入滲和地下水灌溉回歸水的補給，其他補給甚少。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)。從地下水的觀測情況看，西側(cè)地下水埋深大，東測小，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)中岔村一隊井、夾河鎮(zhèn)七案村井、夾河鄉(xiāng)新糧地五隊井在蘇武山的西側(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)的地下水補給，同時含水區(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，同時每年有較多的地表水輸入灌溉，相對補給量大，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，補給量小，形成一個漏斗區(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，逐井核定種植面積，全面推行智能化管控，對灌溉機井全部安裝智能化計量設(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)量的地表水進入，更早時期還有大西河水的入滲補給，使該區(qū)域的地下水能夠得到較好的補充，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)分析地下水的補給條件和補給來源，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)林草生長的地下水埋深在4m以內(nèi)。當(dāng)?shù)叵滤裆钸_(dá)到8m時，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實行地下水位監(jiān)測預(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)，定期測定地下水位，定期發(fā)布地下水位動態(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)的趨勢時，地下水管理部門應(yīng)向用水戶發(fā)出通知，并對該區(qū)域的地下水開采實行少采或限采。

3.2 嚴(yán)格地下水開采量的控制管理

要實現(xiàn)地下水位的控制目標(biāo)，就必須對地下水的開采量進行嚴(yán)格控制。實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，不得以加價為由多供水，誰加價超量供水，就追究誰的責(zé)任，要革除以加價代替控制管理的弊端。因加價超量供水，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，加重用水戶負(fù)擔(dān)留下了空間，實現(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行灌溉，這個思路對湖區(qū)片區(qū)來說地下水補給相對來說較好，而對于壩區(qū)和泉山片區(qū)來說地下水的補給就差，同時大量的開采地下水，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，保護和維持綠洲的生態(tài)環(huán)境功能，防止荒漠化進一步漫延等災(zāi)害。近幾年通過景電延伸工程，向民勤盆地調(diào)引黃河水進行生態(tài)補水，年調(diào)水量近0.8億m3，但對于生態(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，進一步減少區(qū)域內(nèi)地下水的開采量，對恢復(fù)盆地內(nèi)的地下水位，保證生態(tài)修復(fù)將會帶來更顯著的效果。

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。