敦煌盆地地下水補(bǔ)、徑、排條件及動(dòng)態(tài)特征

孔令峰，周 斌

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州730050)

敦煌盆地處疏勒河流域下游的黨河流域，歷史文化名城敦煌即處于此。敦煌市93%的耕地分布于此，是敦煌市城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)綠洲分布區(qū)，其地理范圍東起西湖鄉(xiāng)至甜水井一線，西至甘新交界的庫(kù)穆塔格沙漠，南北夾峙于北截山、三危山、崔木土山和北山之間，盆地總面積約13 046 km2，平原區(qū)面積約9 972 km2，是一個(gè)山地與平原相間分布的地區(qū)。

1 地下水補(bǔ)、徑、排特征

1.1 含水層結(jié)構(gòu)特征

盆地水資源的循環(huán)可分為水資源的形成(補(bǔ)給)、徑流交替、蒸發(fā)消耗(排泄)三個(gè)過(guò)程。其中南部祁連山為水資源的形成帶，而平原區(qū)水資源的循環(huán)只包含了后兩個(gè)過(guò)程。敦煌盆地南部的祁連山脈，是挽近的強(qiáng)烈隆升帶，其地勢(shì)高亢，降水豐富，是疏勒河、黨河的發(fā)源地，也是敦煌盆地地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。敦煌盆地是挽近不均勻沉降中形成的構(gòu)造洼地，沉積了巨厚的第四系松散物質(zhì)，為地下水的貯存運(yùn)移提供了空間(圖1)。盆地含水層主要為上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)砂礫石含水巖組，分布于沖洪積、沖湖積平原區(qū)，由南向北含水層顆粒由粗變細(xì)，含水層類(lèi)型組合呈單一型至多層型，它們?cè)谒椒较蛏辖M合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的、統(tǒng)一的橫向?yàn)榕璧剡吔缢薜暮畬酉怠?/p>

圖1 敦煌盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖

1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄

敦煌盆地河溝水及渠系、田間水的入滲是盆地地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與河流、溝谷流向一致，從河流、溝谷上游到下游的含水層系導(dǎo)水性變?nèi)酰叵滤熈鲝?qiáng)度呈遞減之勢(shì)，含水層系水的交替方式也由“入滲～徑流”過(guò)渡為“入滲～蒸發(fā)”。

1.2.1 地下水補(bǔ)給

盆地南部黨河洪積扇接受黨河水庫(kù)下泄入河道渠系水入滲補(bǔ)給，導(dǎo)水系數(shù)為3 000～4 000 m2/d，徑流強(qiáng)勁，向扇緣徑流。東北至黨河灌區(qū)，灌溉水入滲補(bǔ)給地下水，同時(shí)，人工開(kāi)采與地下水淺埋區(qū)蒸發(fā)蒸騰為主要排泄，地下徑流與東部地下徑流匯合向西徑流，逐漸減弱。盆地西南部卡拉塔什塔格山前洪積扇接受崔木土溝、多壩溝等河少量洪水入滲，向西北徑流至下游尾閭區(qū)。此間主要以后坑～灣窯自然保護(hù)區(qū)濕地與疏勒河河道兩側(cè)地下水淺埋區(qū)蒸發(fā)蒸騰排泄為主，且垂直交替強(qiáng)烈。

1.2.2 地下水徑流

流域綠洲細(xì)土平原一般有二個(gè)含水層，較深的為厚層中、上更新統(tǒng)礫石層中的承壓水，淺部為細(xì)土層中的潛水。前者為南部洪積扇戈壁平原礫石層潛水在細(xì)土層覆蓋的條件下轉(zhuǎn)化而成。后者主要來(lái)源是下部承壓水頂托滲流。兩含水層之間無(wú)良好隔水層，亦可視為一個(gè)滲透性差別較大的雙層介質(zhì)的含水層。

敦煌盆地東部疏勒河三角洲帶，地下水力坡度自東向西漸小，徑流變緩，大致以安西縣城為界，東段為區(qū)域較強(qiáng)補(bǔ)給區(qū)，水頭向上游傾斜，以西補(bǔ)給量少，進(jìn)入?yún)^(qū)域排泄帶。并隨著含水層間粘性土層厚度增大，層位穩(wěn)定，西部下層水水頭相對(duì)較高，水力坡度減小，反映了蒸發(fā)盆地的特點(diǎn)(圖2)。南部黨河洪積扇區(qū)，從南向北水力坡度漸小，地層顆粒漸細(xì)，至扇緣徑流與東部向西的徑流匯集，在伊塘湖一帶徑流滯緩，水頭壅高，形成湖沼濕地，地下徑流向西徑流，卡拉塔什塔格山前徑流由南向北匯入，使徑流方向轉(zhuǎn)向西北，直至庫(kù)姆塔格沙漠。

圖2 安西-敦煌盆地地下水等水頭線剖面圖

1.2.3 地下水排泄

蒸發(fā)蒸騰量作為流域內(nèi)各盆地最大的地下水排泄項(xiàng)，其量的變化間接地反映了區(qū)域地下水水位的動(dòng)態(tài)變化。據(jù)不同時(shí)期計(jì)算的蒸發(fā)蒸騰量可以看出，上世紀(jì)70年代至今呈減少趨勢(shì)，與區(qū)域地下水水位總體下降呈一致性(表1)。

表1 安敦盆地蒸發(fā)蒸騰量變化表 單位:108m3

地下水的人工開(kāi)采主要集中在平原綠洲耕種區(qū)，且絕大多數(shù)為農(nóng)業(yè)灌溉井。隨著地區(qū)人口的增多與土地面積的擴(kuò)大而增加，尤其“疏勒河流域綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”的實(shí)施，移民搬遷至項(xiàng)目區(qū)，土地開(kāi)發(fā)面積增加迅猛，用水量加大，地下水開(kāi)采量亦成倍增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響下游敦煌盆地地下水的來(lái)水量和地表水的流入量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)1977年安敦盆地地下水開(kāi)采量0.313×108m3，1999 年為 0.588 ×108m3，2004 年為 0.939×108m3，到2007年黨河灌區(qū)地下水開(kāi)采量達(dá)到1.31×108m3，地下水開(kāi)采量現(xiàn)已成為本區(qū)地下水主要排泄項(xiàng)之一。近年來(lái)黨河灌區(qū)地下水出現(xiàn)嚴(yán)重超采現(xiàn)象，開(kāi)采地下水已受到限制。

2 地下水年內(nèi)動(dòng)態(tài)特征

敦煌盆地地下水年內(nèi)和年際的變化，呈明顯的分帶規(guī)律，由含水層的埋藏條件(深度、包氣帶巖性)所決定。敦煌盆地的農(nóng)業(yè)區(qū)，河水入滲的影響較小，人為的灌溉、開(kāi)采過(guò)程是地下水位變化的直接原因。灌區(qū)外細(xì)土荒區(qū)，河流入滲和人為灌溉、開(kāi)采的影響甚微，潛在的蒸發(fā)排泄是地下水位變化主要原因。

2.1 地下水位年內(nèi)動(dòng)態(tài)特征

根據(jù)盆地地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線成因分析，地下水位年內(nèi)動(dòng)態(tài)特征可以歸納為5種類(lèi)型，即徑流型、灌溉型、灌溉與開(kāi)采過(guò)渡型、開(kāi)采型和蒸發(fā)型。

2.1.1 徑流型

分布于北截山前的黨河、西土溝、崔木土溝、多壩溝、西水溝、東水溝洪積扇，地下水位的變化過(guò)程不同程度地反映了河水對(duì)地下水補(bǔ)給的時(shí)空分布規(guī)律。一般高水位期出現(xiàn)在 3、9、11月，低水位期在 5、10、12月，高水位滯后于河流豐水期2-4個(gè)月或更長(zhǎng)，呈現(xiàn)單峰單谷型，年變幅較大，一般在1～2 m左右。

2.1.2 灌溉型

分布于綠洲區(qū)內(nèi)以河水灌溉為主的地帶，各灌區(qū)渠系密布的區(qū)域。灌溉水的大量入滲，改變了這個(gè)地帶地下水位的天然動(dòng)態(tài)過(guò)程。表現(xiàn)為與灌溉期(夏灌4-7月，冬灌9-11月)相對(duì)應(yīng)的高水位期和非灌溉期相對(duì)應(yīng)的低水位期(圖3)，呈現(xiàn)單谷單峰型或多峰多谷型。最高水位一般出現(xiàn)在灌水量最大、灌溉強(qiáng)度最高的4-5月或11月，年變幅0.3～2.76 m。

圖3 灌溉型地下水位動(dòng)態(tài)過(guò)程(2004年黃渠監(jiān)測(cè)孔動(dòng)態(tài))

2.1.3 灌溉與開(kāi)采過(guò)渡型

分布于南湖灌區(qū)和楊家橋鄉(xiāng)地區(qū)，灌溉以地表水為主，地下水開(kāi)采為輔的灌溉方式。地下水位呈緩慢下降趨勢(shì)，代表了整個(gè)區(qū)域地下水位下降趨勢(shì)。南湖灌區(qū)由于以泉水灌溉為主，地下水開(kāi)采量很少，地下水動(dòng)態(tài)曲線比較平穩(wěn);另外楊家橋鄉(xiāng)近年來(lái)為了保護(hù)月牙泉湖，大部分地區(qū)禁止開(kāi)采地下水，采用地表水灌溉，但是由于距離井灌區(qū)比較近，地下水位動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線還是反映出了開(kāi)采期的明顯特征，4-6月份，8-9月份是地下水位出現(xiàn)的兩個(gè)低谷。因此，保護(hù)地下水位穩(wěn)定的核心措施是減少地下水開(kāi)采量。

2.1.4 開(kāi)采型

分布于綠洲區(qū)內(nèi)河水、井水混灌帶或以井水灌溉為主的地帶，如河灌區(qū)敦煌城區(qū)以北。地下水開(kāi)采引起的水位波動(dòng)掩蓋了天然動(dòng)態(tài)過(guò)程。表現(xiàn)出與開(kāi)采期(5-10月即灌溉期)相對(duì)應(yīng)的低水位期和與非開(kāi)采期相對(duì)應(yīng)的高水位期，呈現(xiàn)單谷單峰型，6-8月份降幅最大，最大降幅達(dá)到4m左右(圖 4)，年變幅 1.32 ～3.24 m。

圖4 2007年富強(qiáng)村地下水位動(dòng)態(tài)變化曲線圖

2.1.5 蒸發(fā)型

分布于中、下游盆地地下水位埋深小于3～5 m的荒區(qū)，伊塘湖、玉門(mén)關(guān)等地屬于該區(qū)。由于這個(gè)地帶地下水平徑流滯緩，故強(qiáng)烈的蒸發(fā)是影響地下水位動(dòng)態(tài)變化的主要因素。水位歷時(shí)變化與氣溫和蒸發(fā)量密切相關(guān)，曲線上呈現(xiàn)單峰單谷型。一般6-9月隨著氣溫的升高和蒸發(fā)量增大而水位下降，10月至翌年3月隨著氣溫的降低和蒸發(fā)量減小而水位上升。通過(guò)地滲儀對(duì)地下水垂向交替特征的研究，3-5月的高水位期主要是季節(jié)性凍土消融水入滲的反映。這類(lèi)地區(qū)水位年變幅一般為0.73～1.70 m，往往較灌溉、開(kāi)采型小，且水位年變幅與其埋深呈反比關(guān)系，說(shuō)明其動(dòng)態(tài)過(guò)程與來(lái)自上游的地下徑流關(guān)系不大。

垂向上的觀測(cè)資料研究證實(shí)，盡管下伏半承壓～承壓水其水頭高于或低于上覆潛水位，但在灌溉～開(kāi)采或天然的蒸發(fā)蒸騰作用下，下伏半承壓～承壓水頭均表現(xiàn)出與上覆潛水位同步的變化特征，且隨著深度的增加變幅逐漸變小。反映了第四系含水層之間極為密切的水力聯(lián)系和地下水徑流強(qiáng)度隨著深度的增加而減弱的規(guī)律。

2.2 泉水量動(dòng)態(tài)特征

盆地泉水主要分布于南湖鄉(xiāng)，由于該泉水溢出量受南部阿爾金山雪山融水和降水量控制，處在天然狀態(tài)下，泉水流量的動(dòng)態(tài)變化穩(wěn)定。觀測(cè)資料表明，泉水豐水期一般出現(xiàn)在9-11月及翌年3-5月份，枯水期6-8月及翌年1-2月份，最小流量與最大流量之比為0.28。

3 地下水多年動(dòng)態(tài)特征

3.1 地下水位多年動(dòng)態(tài)特征

觀測(cè)資料證實(shí)，敦煌盆地地下水位處于區(qū)域性持續(xù)下降過(guò)程，下降幅度最大的是山前洪積扇地區(qū)，洪積扇與綠洲過(guò)渡帶地下水位下降趨勢(shì)次之，綠洲區(qū)下降較小，北部基本穩(wěn)定或略有上升(表2)。從表數(shù)據(jù)反映敦煌城區(qū)和五墩鄉(xiāng)地下水位下降幅度0.34 m/a，黃渠鄉(xiāng)一帶下降0.10～0.15 m/a，北部沿疏勒河兩岸的南梁～玉門(mén)關(guān)～雅丹地下水位呈緩慢上升趨勢(shì)，上升幅度約0.10～0.20 m/a。

表2 敦煌地區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)變化統(tǒng)計(jì)表

敦煌盆地北部多年地下水位呈上升趨勢(shì)，七里鎮(zhèn)及灌區(qū)內(nèi)水位埋深5～10 m地段水位緩慢上升，上升幅度0.41～1.76 m/a。其余地段地下水位均普遍下降，下降幅度0.95～2.92 m/a;疏勒河下游湖積平原玉門(mén)關(guān)、馬迷兔一帶多年地下水位基本穩(wěn)定，年變幅 0.12 ～0.29 m/a。

3.2 水質(zhì)多年動(dòng)態(tài)變化

敦煌盆地水質(zhì)多年動(dòng)態(tài)變化也受人類(lèi)活動(dòng)的顯著影響，呈現(xiàn)出咸化趨勢(shì)，使得區(qū)域礦化度增高，土壤鹽漬化加重，面積擴(kuò)大。

在山前戈壁傾斜平原，由于地下水水位埋藏深，又無(wú)灌溉水的影響，水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化輕微。盆地中北部細(xì)土平原地下水位埋藏淺，耕地眾多，表層地下水的水質(zhì)動(dòng)態(tài)主要是在蒸發(fā)作用影響下的土壤鹽漬化和灌溉水入滲土壤脫鹽兩個(gè)基本過(guò)程中形成的。

整個(gè)灌溉期(5-10月)包氣帶鹽分不斷轉(zhuǎn)入地下水，地下水礦化度逐漸上升至冬灌達(dá)到高峰，非灌溉期(11-翌年4月)土壤積鹽，地下水礦化度逐步下降。每次灌溉早期土壤中大量鹽分進(jìn)入地下水，使地下水中的礦化度急劇增高，中、后期隨著灌溉量的增加，入滲量增多，灌溉水又促使地下水淡化。灌溉間歇期因強(qiáng)烈蒸發(fā)蒸騰地下水的礦化度復(fù)又上升。

4 結(jié)語(yǔ)

敦煌盆地內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)歷史較早，農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)及對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)亦較早。經(jīng)過(guò)幾千年的發(fā)展，盆地內(nèi)的地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件與地下水水位的埋藏條件均已發(fā)生了很大的變化，且主要呈現(xiàn)為惡化趨勢(shì)。究其原因，人為活動(dòng)是其主因。為了保護(hù)敦煌盆地這片綠洲，應(yīng)減少不合理的人為活動(dòng)，再建一個(gè)“山川秀美”的西部綠洲。

［1］甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.敦煌盆地地下水資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告［R］(內(nèi)部資料).2010.3.

［2］陳旭學(xué)，陳崇希，閆成云等著.河西走廊疏勒河流域地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用調(diào)查評(píng)價(jià).北京［M］.地質(zhì)出版社.2008.12.

［3］張宗祜，李烈榮主編.中國(guó)地下水資源(甘肅卷［M］.中國(guó)地圖出版社.北京.2005.12