酒泉西盆地東部地下水多年動(dòng)態(tài)特征

王國(guó)榮

(甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，甘肅 酒泉 735000)

地下水是一種重要資源，其量和質(zhì)總是隨著時(shí)間而不停地變化著。在干旱半干旱地區(qū)，地下水是城市工業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的重要組成部分。酒泉西盆地東部目前建有黑山湖、嘉峪關(guān)、北大河三個(gè)城市集中供水源地，是盆地地下水集中開采地段。研究地下水動(dòng)態(tài)變化特征及影響因素，對(duì)科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域地下水資源，促進(jìn)區(qū)域地下水的合理開發(fā)利用及科學(xué)管理，具有積極而重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自然地理概況

酒泉西盆地位于甘肅省西北部，地處河西走廊中部。西起白楊河隆起帶與赤金盆地銜接，東至文殊山—嘉峪關(guān)大斷層與酒泉東盆地相鄰，南北介于祁連山與黑山之間。地勢(shì)總體南北高，中間低，西南高，東北低，地貌類型屬山前洪積戈壁平原，海拔1 700 m～2 100 m，地形坡降一般10‰ ～15‰，越近山麓越陡，河谷深切，發(fā)育2～4級(jí)基座階地。東北部文殊山北麓、黑山南麓和嘉峪關(guān)高臺(tái)地，屬長(zhǎng)期剝蝕堆積地形，地貌上呈緩起伏的低山丘陵，切割微弱，溝谷不發(fā)育，巖漠、礫漠景觀十分明顯。屬河西冷溫帶干旱氣候區(qū)，多年平均降水量為90.2 mm，降水年際變化差異較大。年內(nèi)降水量多集中6、7、8、9四個(gè)月，占年降水量的60% ～70%。多年平均蒸發(fā)量1 741.73 mm，蒸發(fā)度一般是降水量的20倍左右。

北大河、白楊河是匯入酒泉西盆地的主要河流，發(fā)源于南部祁連山區(qū)，屬河西內(nèi)陸河流域黑河水系。河水受冰雪融水、大氣降水和山區(qū)基巖裂隙水補(bǔ)給，多年出山徑流量分別為 6.48×108m3(冰溝口)和 0.47×108m3(天生橋)。徑流量的年內(nèi)分配與山區(qū)降水過程基本一致。汛期6～9月的徑流量占年徑流量的55.70%，其余9個(gè)月徑流比較均勻，月徑流量占年徑流量的4.82% ～6.90%。此外，南部祁連山區(qū)尚有大紅泉溝、西溝、松大坂溝、大直溝等24條小溝匯入盆地。［1］

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

本區(qū)在大地構(gòu)造上位于祁連山加里東褶皺系西段北部的走廊過渡帶中央凹陷亞帶內(nèi)，受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，該帶處于長(zhǎng)期相對(duì)下沉過程中［2］，堆積了巨厚的第四系松散沉積物。由于文殊山、黑山的隆起及嘉峪關(guān)斷裂翹起，酒泉盆地被分隔成東、西兩部分(即酒泉西盆地和酒泉東盆地)。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象普遍存在，對(duì)地下水的形成、運(yùn)移和賦存起著非常重要的作用。

酒泉西盆地為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立補(bǔ)徑排系統(tǒng)的水文地質(zhì)單元。主要以單一大厚度為特征的潛水為主。潛水含水層主要由第四系中上更新統(tǒng)卵石、圓礫、礫砂構(gòu)成，厚度一般40～160 m，北大河北岸較厚＞140 m，黑山湖水源地一帶40～120 m，嘉峪關(guān)水源地一帶30～80 m，北部山前與古階地附近較薄，一般＜20～30 m。潛水水位埋深自南西向北東變淺，南部山前帶埋深＞100 m，向北至蘭新公路一帶變淺為20～40 m，至古河道出口處水關(guān)峽一帶則 ＜5～10 m，局部地段如大草灘、嘉峪關(guān)、雙泉等地呈泉水溢出。富水性強(qiáng)，單井涌水量(管徑 630 mm、降深 5 m 時(shí))5 000～15 000 m3/d，黑山湖、嘉峪關(guān)水源地部分地段＞15 000 m3/d。潛水水質(zhì)較好，礦化度一般 ＜0.5 g/L，水化學(xué)類型為 HCO3－－SO42－－Mg2+－Na+(Ca2+)型和 HCO3－－Mg2+－Na+型水。酒泉西盆地地下水主要接受地下徑流側(cè)向補(bǔ)給，次為北大河滲漏補(bǔ)給。自南西向北東徑流，地下水力坡度黑山湖水源地為 1.0‰ ～1.6‰，嘉峪關(guān)水源地為 2.8‰ ～ 7.5‰，北大河水源地為4‰ ～25‰。至北部黑山、鱉蓋山、文殊山等山前一帶受阻，則轉(zhuǎn)向東流，經(jīng)北大河古河道如水關(guān)峽、大草灘車站峽谷、嘉峪關(guān)古河道、頭道咀子—文殊山等地段潛流于酒泉東盆地，其中以頭道咀子—文殊山地段(北大河地段)排泄條件最好，排泄量亦最大。地下水主要通過側(cè)向流出、機(jī)井開采和泉水溢出形式排泄。

3 影響地下水動(dòng)態(tài)的因素及動(dòng)態(tài)成因類型

本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)屬典型的西北干旱區(qū)山前平原地下水動(dòng)態(tài)類型。從本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的多年變化看，水文、地質(zhì)因素和人為因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)成因類型有顯著的影響［3］。

3.1 水文因素

水文因素對(duì)本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的影響僅局限在地表水體附近，即北大河近岸地帶。由于河水位明顯高于地下水位，地下水動(dòng)態(tài)受河水位動(dòng)態(tài)影響明顯。由河水補(bǔ)給引起地下水位變動(dòng)，其變化幅度隨著遠(yuǎn)離河流而越來越小，滯后時(shí)間隨遠(yuǎn)離河岸延長(zhǎng)。

3.2 地質(zhì)因素

地質(zhì)因素對(duì)本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的影響主要反映在形成特征方面，即通過控制含水層本身的結(jié)構(gòu)及賦存環(huán)境，影響補(bǔ)給、排泄的強(qiáng)度及徑流條件，從而改變地下水要素的變化幅度與滯后時(shí)間。西南部洪積戈壁平原一帶，含水層顆粒粗，厚度大，徑流暢通，地下水埋藏深，水位變幅大，至東北部古河道一帶，地下水受阻淺埋，含水層顆粒變細(xì)，厚度變小，徑流相對(duì)變緩，因而水位變幅就小。

3.3 人為因素

人為因素主要表現(xiàn)為開采地下水。酒泉西盆地東部地下水開發(fā)利用程度較高，北大河北岸三個(gè)集中供水水源地(圖1)，北大河南岸建有匯流泉水的雙泉水源地。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，本區(qū)目前有正常開采井37眼，井深一般80～120 m。從1994—2009年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，地下水開采量呈逐年增加趨勢(shì)(表1)。目前，酒泉西盆地各水源地由于持續(xù)開采，形成了規(guī)模不等的下降漏斗。其開采量大于天然補(bǔ)給量時(shí)，造成地下水位的持續(xù)性下降，其下降幅度與速度取決于開采情況?？菟谒幌陆捣却螅德渎┒贩秶?。豐水期，地下水得到有一定恢復(fù)，漏斗范圍有所減小。

圖1 酒泉西盆地東部各水源地及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

4 地下水動(dòng)態(tài)特征

根據(jù)酒泉西盆地東部典型年地下水動(dòng)態(tài)曲線特征，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件分析，各水源地地下水動(dòng)態(tài)成因類型各不相同。

4.1 年內(nèi)動(dòng)態(tài)特征

黑山湖水源地:地下水動(dòng)態(tài)主要受地下徑流和人工開采影響，動(dòng)態(tài)成因類型屬?gòu)搅鳌_采型。水位年內(nèi)變化相對(duì)平緩，曲線呈平緩雙峰形態(tài)。低水位期一般出現(xiàn)在6—9月，10月以后變化平緩，高水位期出現(xiàn)在次年2—4月(圖2)，滯后河流豐水期8—9個(gè)月。水位年變幅較小，一般＜1.0 m。

圖2 黑山湖水源地地下水位動(dòng)態(tài)曲線

嘉峪關(guān)水源地:地下水動(dòng)態(tài)明顯受開采量大小控制，動(dòng)態(tài)成因類型屬開采型。地下水位年內(nèi)變化比較劇烈，明顯受開采量大小控制。高水位期一般出現(xiàn)在1—3月和9—10月，低水位期出現(xiàn)在4—7月(圖3)，水位年變幅1.0～1.5 m。

圖3 嘉峪關(guān)水源地地下水位動(dòng)態(tài)曲線

北大河水源地:地下水動(dòng)態(tài)主要受北大河滲漏補(bǔ)給和開采強(qiáng)度的控制，動(dòng)態(tài)類型屬水文—開采型。水位年內(nèi)變化比較劇烈。年內(nèi)3—5月為低水位期，5月以后地下水位持續(xù)上升，年內(nèi)高水位期出現(xiàn)在8—10月，滯后河流豐水期1～2個(gè)月。10月以后地下水位總體呈持續(xù)下降趨勢(shì)(圖4)。水位年變幅 1.0 ～2.0 m。

圖4 北大河水源地地下水位動(dòng)態(tài)曲線

4.2 地下水多年動(dòng)態(tài)特征

4.2.1 地下水水位20年發(fā)展態(tài)勢(shì)(1990—2009年)

1990—2009年20年間，黑山湖水源地南部、嘉峪關(guān)水源地和北大河水源地中部地下水水位弱 ～急速下降，下降值最大2.081～2.314 m(表2)，而各水源地外圍地下水水位變化基本穩(wěn)定。

黑山湖水源地:1990年以來地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)，1992—1998年為歷史低水位期，出現(xiàn)歷史最低水位(圖5)。1998年下半年以來，由于黑山湖水源地停采，地下水水位出現(xiàn)明顯回升，2000—2003年地下水水位變化相對(duì)平穩(wěn)。2003年，出現(xiàn)歷史高水位，但隨著水源地新開采井投入使用，地下水水位出現(xiàn)下降。2005年，部分開采井停采，地下水水位隨之出現(xiàn)回升，但回升幅度小于1999年。2007年以后，地下水水位呈下降趨勢(shì)。

圖5 黑山湖水源地地下水位多年動(dòng)態(tài)曲線

嘉峪關(guān)水源地:1990年以來地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)，1992—1998年為歷史低水位期，出現(xiàn)歷史最低水位(圖6)。1998年下半年以來，由于水源地部分停采，地下水水位出現(xiàn)明顯回升，2000—2007年地下水水位變化相對(duì)平緩，動(dòng)態(tài)明顯受開采影響。2007年，隨著水源地新開采井投入使用，地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)。值得說明的是，水源地中心(嘉11觀測(cè)孔)地下水水位自1995年以來，一直處于持續(xù)下降狀態(tài)，這與水源地持續(xù)開采密切相關(guān)。

北大河水源地:1990—2000年，地下水水位變化相對(duì)穩(wěn)定。2000年以來，隨著水源地投產(chǎn)，地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)。2005年，由于水源地部分停采，地下水水位出現(xiàn)短暫回升，之后仍呈下降趨勢(shì)(圖7)。

圖6 嘉峪關(guān)水源地地下水位多年動(dòng)態(tài)曲線

圖7 北大河水源地地下水位多年動(dòng)態(tài)曲線

4.2.2 地下水水質(zhì)20年發(fā)展態(tài)勢(shì)(1990—2009年)

酒泉西盆地東部地下水年內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定，9月份略好于3月份，主要表現(xiàn)在 Cl－、SO42－含量、總硬度及礦化度略有降低。1990—2009年，嘉峪關(guān)市黑山湖水源地、北大河水源地地下水水質(zhì)呈變差趨勢(shì)(圖8)，而嘉峪關(guān)水源地地下水水質(zhì)呈變好趨勢(shì)。

圖8 北大河水源地地下水質(zhì)多年動(dòng)態(tài)曲線

4.3 地下水儲(chǔ)存量的變化

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在任何地區(qū)，在任一時(shí)間段內(nèi)，地下水系統(tǒng)中地下水的流入量(或補(bǔ)給量)與流出量(或消耗量)之差，恒等于該系統(tǒng)中地下水儲(chǔ)存量的變化量［4］。對(duì)同一均衡區(qū)來說，無論地下水補(bǔ)給項(xiàng)還是消耗項(xiàng)如何變化，地下水儲(chǔ)存量變化可以直接反映地下水量均衡的變化。

式中:△Q為地下水儲(chǔ)存資源量的變化量，萬 m3/a;μ為含水層給水度;F為均衡區(qū)面積，m2;△H/△t為均衡區(qū)均衡期始末地下水位變幅，m/a。

根據(jù)1990—2009年酒泉西盆地東部地下水水位差△H，即可算出酒泉西盆地東部20年間地下水儲(chǔ)存資源量的變化量。計(jì)算結(jié)果，酒泉西盆地1990—2009年?yáng)|部地下水儲(chǔ)量變化量為 －4 050.32萬 m3(表 3)，平均每年減少 202.52萬 m3。

表1 酒泉西盆地1994—2009年地下水開采量統(tǒng)計(jì)表 萬m3/a

表2 酒泉西盆地各水源地1990—2009年地下水水位變幅統(tǒng)計(jì)表

表3 酒泉西盆地東部2000—2009年地下水儲(chǔ)存資源量的變化量計(jì)算表

5 結(jié)論及建議

(1)地下水資源是本區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的重要組成部分。酒泉西盆地東部地下水開發(fā)利用程度較高，地下水動(dòng)態(tài)屬典型的西北干旱區(qū)山前平原地下水動(dòng)態(tài)類型，水文、地質(zhì)因素和人為因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)有顯著的影響，其中人為因素即人工開采影響最大。本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)成因類型屬?gòu)搅鳌_采型、水文 ～開采型、開采型等。

(2)由于區(qū)域地下水開采量的持續(xù)增加，酒泉盆地東部地下水位總體呈現(xiàn)逐年下降狀態(tài)。1990—2009年20年間，黑山湖水源地南部、嘉峪關(guān)水源地和北大河水源地中部地下水水位弱—急速下降，最大下降值 2.081～2.314 m;1990—2009年20年間，酒泉西盆地東部地下水儲(chǔ)量變化量為－4 050.32萬 m3，平均每年減少 202.52 萬 m3。

(3)隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，地下水開發(fā)利用程度日益增強(qiáng)。建議進(jìn)一步加強(qiáng)北大河流域地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水均衡研究工作，為區(qū)域地下水資源保護(hù)和合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

(4)在現(xiàn)狀可供水資源量條件下，要以水定產(chǎn)業(yè)格局和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的用水戰(zhàn)略，積極推廣循環(huán)利用節(jié)水工藝，降低工業(yè)單位產(chǎn)值耗水量，加強(qiáng)常規(guī)節(jié)水和高新節(jié)水技術(shù)措施，不斷提高水資源的利用率，逐步實(shí)施開源與節(jié)流并具的水資源利用戰(zhàn)略，不斷提高水資源的利用率。

［1］丁宏偉，張舉等.甘肅省酒泉鋼鐵(集團(tuán))有限公司水源地水文地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.甘肅地質(zhì)工程勘察院.2003.

［2］酒泉幅 J－47－［3］1:20萬綜合水文地質(zhì)圖說明書［R］.甘肅省地質(zhì)局第二水文地質(zhì)隊(duì).1981.6.

［3］王國(guó)榮，楊曉龍等.甘肅省北大河流域(中游)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)十年報(bào)［R］(2000.1—2009.12).甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.2010.12.

［4］房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生主編.專門水文地質(zhì)學(xué)(修訂版)［M］.北京:地質(zhì)出版社.2002.11.