敦煌盆地地下水開發(fā)利用產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)分析

周　斌

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

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敦煌盆地地下水開發(fā)利用產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)分析

周斌

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

[摘要]敦煌盆地地處疏勒河流域與黨河流域的下游，是敦煌市城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)綠洲主要分布區(qū)。盆地內(nèi)水資源經(jīng)過2000多年的開發(fā)利用，使得盆地的自然環(huán)境和人文景觀也經(jīng)歷了顯著的變化。尤其是新中國建立后的50多年中，由于經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積不斷增加，對地表水的過度開發(fā)和對地下水的大量超采，使得整個盆地區(qū)水資源“收支”平衡被打破，使得盆地內(nèi)產(chǎn)生了諸如：地下水位持續(xù)下降、濕地萎縮、植被退化、土地沙漠化和土壤鹽堿化等不良生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。初步分析敦煌盆地內(nèi)地下水的開發(fā)利用狀況和由此產(chǎn)生的不良生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，并有針對性的提出了治理生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的方法與對策。

[關(guān)鍵詞]敦煌盆地；地下水；開發(fā)利用；環(huán)境效應(yīng)

敦煌盆地近幾十年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積不斷增加，對水資源的需求日益擴大。在水資源開發(fā)利用過程中，對地表水的過度開發(fā)和對地下水的大量超采，使得整個盆地區(qū)水資源“收支”平衡被打破，出現(xiàn)了負(fù)均衡，引起地下水位持續(xù)下降，泉水逐年減少，85%以上的湖泊產(chǎn)生干枯[1]，喜水、濕植物大量死亡，世界聞名的月牙泉不得不靠人工滲水來維持“生存”等環(huán)境惡化現(xiàn)象。

1地下水資源開發(fā)利用

敦煌盆地地處疏勒河與黨河流域下游地區(qū)，地下水資源的利用已有2000多年的歷史。2000多年來，盆地的自然環(huán)境和人文景觀也經(jīng)歷了顯著的變化，人類的生活和生產(chǎn)活動，大致經(jīng)歷了游牧為主～農(nóng)牧交替～農(nóng)業(yè)為主的演替變化。

特別是新中國成立至今，研究區(qū)內(nèi)人口激增，耕地面積不斷擴大，地下水開采量逐年猛增。此外,由于渠道的高標(biāo)準(zhǔn)襯砌和節(jié)水措施的實施，地下水的利用率越來越高。地下水資源的開發(fā)利用，對區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。

2007年敦煌盆地地下水總開采量13 908×104m3(農(nóng)業(yè)灌溉開采量10 541×104m3，農(nóng)林場1 417×104m3，生活用水1 523×104m3，工業(yè)用水131×104m3)[1]；地下水主要用于農(nóng)田補充灌溉(灌溉面積2.781 3×104hm2)及城市生活、人畜飲用和部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水。通過水資源均衡計算，考慮到保護區(qū)內(nèi)的綠洲、濕地、湖泊，在沒有獲得外流補給水源的情況下，今后要逐步減少地下水的開采，限制超采地下水，最后達(dá)到采補平衡為止。

2地下水資源開發(fā)利用的環(huán)境效應(yīng)

近幾十年來，黨河流域地表、地下水資源的開發(fā)利用取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。但從經(jīng)濟和社會發(fā)展的要求來看，地下水的開發(fā)利用亦產(chǎn)生了諸多的環(huán)境效應(yīng)。

2.1地下水位持續(xù)下降

近50多年的斷續(xù)觀測資料表明，區(qū)內(nèi)地下水位呈現(xiàn)大范圍整體下降的趨勢(泉水溢出帶除外)，下降幅度總體表現(xiàn)為南部大于北部，東部大于西部；下降速度表現(xiàn)為逐年增大。

黨河灌區(qū)南部的月牙泉泉湖水位從上世紀(jì)50年代至2004年水位累計下降9～10 m，最大水深由50年代的10 m左右，降至目前的1.2 m左右，水位下降速度也由70年代的年均下降幾厘米、十幾厘米逐漸增至現(xiàn)在的二三十厘米，致使著名的月牙泉面臨消亡的困境[1](圖1)。

七里鎮(zhèn)、郭家堡一帶1966～1980年水位下降了4.99～5.90 m，1997～2003年下降1.03 m，年均下降0.15 m；東部五墩鄉(xiāng)一帶1999～2004年水位下降1.88 m，降幅 0.38 m。玉門關(guān)～馬迷兔一帶2003～2004年地下水位下降0.03～0.09 m，降幅不大，基本穩(wěn)定。近10年黨河灌區(qū)南部水位累計下降0.64～4.0 m，近50年來局部水位累計下降5～10 m。

2.2濕地萎縮

濕地在調(diào)節(jié)氣候，凈化環(huán)境，維持生物多樣性和生態(tài)平衡，提供資源等方面具有十分重要的作用，被譽為“地球之腎”、“生命的搖籃”、“物種基因庫”“氣候調(diào)節(jié)器”等，受到全世界的廣泛關(guān)注[2]。

盆地內(nèi)湖泊濕地零星分布于流域下游的玉門關(guān)、后坑等地。沼澤濕地主要分布于黨河扇前地下水溢出帶的灣窯、馬迷兔、后坑、玉門關(guān)及大方盤等地湖泊濕地外圍。

近幾十年來，由于地下水資源的不斷減少所引起的地下水位持續(xù)下降和泉水資源大幅度削減，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)濕地大面積萎縮。而今隨著大面積墾荒(相當(dāng)一部分是開發(fā)的濕地、草地)，地表水已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)灌需水要求，在此情況下大量開采地下水，10年時間地下水位累積下降了0.6～4 m，導(dǎo)致部分泉眼干枯，湖澤消失，濕地萎縮[1]。目前敦煌盆地濕地面積從1950年的25×104hm2減少到現(xiàn)在的不足2×104hm2[1]，胡楊、檉柳大部分死亡，濕地周邊蘆葦?shù)戎脖簧L不良，而且地下水位仍在不斷下降，濕地萎縮的趨勢并沒有得到有效遏制。

圖1　月牙泉泉域變化對比照片

2.3植被退化

區(qū)域性地下水位下降和泉水資源的大幅度衰減直接導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)植被生態(tài)系統(tǒng)的衰退[1]。近幾十年來，由于河流的干涸和河道遷移，使原來沿疏勒河、黨河河岸發(fā)育的林帶及灌叢迅速退化乃至消失，沿泉水溢出帶廣為分布的沼澤及喜水植被隨著泉水減少而衰亡，代之而起的是旱生、沙生和鹽生草甸。

此外，水質(zhì)惡化也是造成植被退化的主要原因之一。由表1[1]可以看出：地下水礦化度小于3～3.5 g/L，植物大多生長良好，大于6～10 g/L，植物稀疏退化，大于10 g/L以上，植物枯萎死亡。

表1　主要植物生長狀態(tài)與地下水礦化度的關(guān)系[1]　g/L

由水質(zhì)惡化引起的植被退化主要發(fā)生在河流中下游區(qū)。隨著地下水礦化度逐漸增高，植物也由不耐鹽的退化為耐鹽的，由生長茂密變?yōu)樯L稀疏，進(jìn)而枯萎死亡，最后留下大片的鹽殼。如哈拉諾爾、哈拉池、波羅湖、干海子和敦煌伊塘湖等都因地下水礦化度過高而使植被死亡，地表積鹽形成了大片的鹽殼。

2.4沙漠化問題嚴(yán)重

2.4.1土地沙漠化趨勢加重

土地沙漠化與人類過度墾荒，大量開發(fā)利用水資源引起的地下水位下降、植被衰亡關(guān)系十分密切[1]。自從雙塔水庫修建以后，河流下游來水量減少甚至斷流，綠洲萎縮或整體消亡，荒廢的河流故道，包括河流歸縮的尾閭湖細(xì)土沉積被風(fēng)蝕演化為風(fēng)蝕地，河道變?yōu)榱鲃由城餥1][3]。同樣由于水位下降，植被退化、衰亡，使區(qū)內(nèi)風(fēng)蝕作用不斷加強，土地沙漠化進(jìn)程加快。此外，近些年實施的移民工程破土面積較大，毀壞和擾動了原地貌，使地表細(xì)顆粒物質(zhì)松散，形成新的沙源。安西的七墩灘鄉(xiāng)移民開發(fā)區(qū)，原來的荒漠草地新出現(xiàn)高近2 m的沙丘和小型風(fēng)蝕沙地。

2.4.2陽關(guān)與玉門關(guān)面臨被吞噬危險

陽關(guān)和玉門關(guān)為中國古代陸路對外交通咽喉之地，是著名的“絲綢之路”必經(jīng)的關(guān)隘，其遺址處于中度沙漠化地帶。沙漠化對敦煌文物遺跡造成嚴(yán)重危害，敦煌沙漠化的加劇導(dǎo)致陽關(guān)和玉門關(guān)遺址墻基向內(nèi)凹和墻體表面剝蝕嚴(yán)重，殘存的陽關(guān)、玉門關(guān)遺址也正一天天地被吞噬，最終將會消失在人類視線之內(nèi)。因此，防治敦煌沙漠化，保護好殘存的陽關(guān)、玉門關(guān)遺址具有重要的歷史意義。

2.4.3病害累累的莫高窟四面楚歌

敦煌莫高窟是我國珍貴的文化藝術(shù)寶庫，在中國文化史和世界文化史上占有重要的地位。其主要病害問題有洞窟圍巖裂隙問題、洞窟壁畫酥堿問題、風(fēng)沙侵蝕問題。

敦煌盆地素有“世界風(fēng)庫”之稱，大風(fēng)和沙暴頻繁，多年平均大風(fēng)(五級以上)日80 d左右，沙塵暴約20次。風(fēng)力一般2～4級，風(fēng)速17 m/s，而且呈逐年加劇趨勢。沙塵暴使空氣挾帶沙量加大，莫高窟風(fēng)沙侵蝕問題嚴(yán)重。

2.5土壤鹽漬化

2.5.1鹽漬化土的分布及特征

盆地降水稀少、蒸發(fā)強烈、水位淺埋，分布有大片的鹽漬化土地，鹽漬化程度在不同地段差別較大，但總體表現(xiàn)出自南而北，從東到西，沿地表坡降和河流流向土壤含鹽量逐漸增高的趨勢。

鹽漬土對農(nóng)作物的生長有強烈的抑制作用。據(jù)有關(guān)資料，輕、中鹽漬化土一般產(chǎn)量僅為非鹽漬土的60%～70%，而重鹽漬土中僅能生長紅柳、芨芨草等耐鹽堿植物。重、特重鹽土大多寸草難生，呈現(xiàn)一片頹廢景觀。

2.5.2地下水資源開發(fā)利用對土壤鹽漬化的影響

地下水資源開發(fā)利用對土壤鹽漬化的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是大量開采高礦化的地下水(礦化度大于3 g/L)灌溉，在強烈的蒸發(fā)濃縮作用下，表層土壤積鹽速度加快，土壤鹽漬化程度加重；二是地下水淺埋區(qū)大量引灌地表水、泉水資源(大水漫灌抬高了地下水位)，加之排水不暢，鹽份在土壤上層聚集產(chǎn)生次生鹽漬化現(xiàn)象或使原生鹽漬土鹽漬化程度加重。

1)開采微咸水灌溉，使土壤鹽漬化程度加重

黨河等河流出山口后帶入?yún)^(qū)內(nèi)的鹽分隨地表水和地下水從河流上游到下游，從地形高到低的區(qū)段遷移，沿途由于蒸發(fā)濃縮、土壤顆粒吸附等作用，致使地表水、地下水礦化度逐漸增高。一般條件下，地表水、地下水礦化度越高，土壤積鹽程度越大[1][3]。

水資源的利用過程是土壤不斷積鹽，土壤向鹽漬化土發(fā)育的過程；而長期大量開采咸水微咸水進(jìn)行灌溉，其結(jié)果必將加快土壤表層積鹽的速度，使土壤鹽漬化程度進(jìn)一步加重。

2)灌溉引起地下水位上升，土壤鹽漬化程度加重

區(qū)內(nèi)部分地段由于只重視增加地表水的引用，而節(jié)水工程灌溉技術(shù)落后，部分灌區(qū)為了洗鹽壓鹽，不斷提高灌溉定額，人為地抬高了地下水位，到來年春夏隨著蒸發(fā)強度的增大，土壤含鹽量急劇上升，反而加重了土壤的鹽漬化程度，形成了惡性循環(huán)。此外，由于地下水位上升，原生鹽漬土區(qū)蒸發(fā)量增大，使鹽漬化程度進(jìn)一步加重。

2.5.3土壤鹽漬化的防治

區(qū)內(nèi)鹽漬土的形成大部分屬于自然因素長期作用的結(jié)果，但原生鹽漬土鹽漬化程度的加重和次生鹽漬土的產(chǎn)生與人類不合理利用水資源所導(dǎo)致的水資源分布格局和水、鹽關(guān)系的改變密切相關(guān)。因此，灌區(qū)土壤鹽漬化的防治必須在農(nóng)灌節(jié)水的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)水、鹽動態(tài)進(jìn)行調(diào)控。主要措施如下：

1)大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，有效降低地下水位

在中上游區(qū)采用先進(jìn)合理的灌溉技術(shù)，改大水漫灌為畦灌，按農(nóng)業(yè)用水量調(diào)控灌溉定額，控制地表水的供給量，減少地下水的入滲補給量；在中下游區(qū)加大地下水的開采量，發(fā)展豎井排灌，以灌代排，或開挖排水溝(主要是礦化度大于3 g/L的淺埋區(qū))，降低并控制地下水位，使地下水位處于臨界深度2.5～3.0 m以下。

未來一年，趙明武還將進(jìn)一步調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，摸索更加完善的種植模式，解決小崗村稻米種植規(guī)模小、品種單一、無法形成統(tǒng)一品牌的問題。

2)增加植被覆蓋率，使惡性的地表蒸發(fā)變?yōu)榱夹缘闹参镎趄v

植樹造林、種植耐鹽的苜蓿等不但可美化環(huán)境，而且能降低地下水位，防止土壤表層積鹽。新疆阿克蘇的觀測資料表明，一條成年鉆天楊林帶蒸騰水量(200 d)為8 364 m3，每株蒸騰量1.4 m3，一條成年沙棗林帶在生長期200 d中蒸騰量30 150 m3，平均每株蒸騰量為6 m3，相當(dāng)于一條排水溝排水量。種植苜蓿具有增加綠肥、減少地面蒸發(fā)和使土壤脫鹽的多種作用。黃花農(nóng)場試驗觀測資料表明，種植苜蓿3年后潛水位可降低0.93 m，在1.0 m深度內(nèi)平均脫鹽33%。

3)采用農(nóng)業(yè)技術(shù)，減少鹽分向土壤表層聚集

農(nóng)業(yè)措施主要有：精耕細(xì)作，深翻曬垡、平田壓沙、增加肥料，種植綠肥，培肥土壤，種植耐鹽作物等，它們都可以消除土壤板結(jié)硬化，增加孔隙率，減少毛細(xì)作用，對防止土壤表層積鹽有顯著作用。

3生態(tài)環(huán)境保護措施

3.1西湖國家自然保護區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施

綜合考慮和分析西湖自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境與需水量及敦煌地區(qū)對西湖自然保護區(qū)的生態(tài)補水能力。將西湖生態(tài)維持在2007年現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境面貌不退化的基礎(chǔ)上，在2015～2020年使保護區(qū)生態(tài)恢復(fù)到1990年左右的生態(tài)環(huán)境水平，保護區(qū)內(nèi)湖泊沼澤地面積由目前的108 km2增加到達(dá)到140 km2。

要實現(xiàn)上述目標(biāo)，在現(xiàn)狀水文地質(zhì)環(huán)境條件不變的情況下，根據(jù)研究在2015年保證雙塔水庫下泄5 600×104m3生態(tài)水量，進(jìn)入敦煌境內(nèi)雙墩子斷面水量達(dá)到2 000×104m3，另一方面由黨河調(diào)水4 000×104m3通過南湖山水溝河道入滲補給生態(tài)區(qū)地下水；2020年通過疏勒河灌區(qū)的節(jié)水改造，增加雙塔水庫下泄水量至7 500×104m3，并3 500×104m3進(jìn)入敦煌境內(nèi)，再加上從黨河調(diào)水4 000×104m3由山水溝河道入滲補給西湖保護區(qū)地下水，這樣采取南、北兩個方向同時向西湖保護區(qū)補水的措施，以保證西湖保護區(qū)生態(tài)得到恢復(fù)，濕地面積得到擴大。

3.2月牙泉水位恢復(fù)措施

月牙泉恢復(fù)的關(guān)鍵在于增加月牙泉區(qū)域地下水的補給，局部抬升周邊地下水水位。

要實現(xiàn)上述目標(biāo)，除了灌區(qū)內(nèi)部節(jié)水措施外，將灌區(qū)地下水開采量由目前的13 084×104m3減少到6 000×104m3以內(nèi)，同時需要從黨河水庫調(diào)水4 000×104m3/a，通過黨河河道或鳴沙山南側(cè)的低洼地帶進(jìn)行自然滲漏補給月牙泉湖周圍地下水水含水層，根據(jù)初步預(yù)測分析到2020年使敦煌城區(qū)以南大約100 km2的范圍內(nèi)地下水位上升2～3 m左右。

3.3敦煌灌區(qū)綠洲和濕地保護措施

保持和恢復(fù)敦煌灌區(qū)外綠洲和濕地的根本措施在于實現(xiàn)疏勒河下游及黨河下游下泄足夠的生態(tài)用水進(jìn)入古疏勒河下游河道，生態(tài)恢復(fù)所需生態(tài)補給水源主要為利用雙塔水庫下泄水量以期進(jìn)入西湖自然保護區(qū)的過路水入滲補給灌區(qū)北部生態(tài)保護區(qū)，同時在敦煌城區(qū)以南部月牙泉湖周圍補水的過程中，通過地下水自然徑流進(jìn)入灌區(qū)生態(tài)保護區(qū)，達(dá)到最終保護灌區(qū)東部生態(tài)及濕地的作用。

3.4陽關(guān)與玉門關(guān)生態(tài)保護措施

陽關(guān)與玉門關(guān)的生態(tài)環(huán)境保護任務(wù)主要為穩(wěn)定和恢復(fù)其綠洲規(guī)模，陽關(guān)的保護可通過南湖灌區(qū)節(jié)水改造以補充生態(tài)用水，考慮到南湖灌區(qū)有限的節(jié)水潛力，以及陽關(guān)與西湖自然保護區(qū)之間的相應(yīng)關(guān)系，其生態(tài)建設(shè)任務(wù)為使其恢復(fù)1990年左右生態(tài)環(huán)境面貌。玉門關(guān)生態(tài)保護主要靠疏勒河水經(jīng)過時自然補給該區(qū)生態(tài)用水量。

參考文獻(xiàn)

[1]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院.敦煌盆地地下水資源調(diào)查與評價報告(內(nèi)部資料)[R]. 2010.3.

[2]甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.河西走廊典型地區(qū)地下水資源合理開發(fā)利用調(diào)查評價報告[R].(內(nèi)部資料).2007.1.

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

[中圖分類號]P641.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0070-03

[作者簡介]周斌(1975-)，男，甘肅山丹人，工程師，主要從事水工環(huán)方面的地質(zhì)調(diào)查、勘查與研究工作。

[收稿日期]2015-11-16