灌區(qū)地下水生態(tài)存在問題與修復(fù)治理措施

庹世華

(甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計院，甘肅 張掖 734000)

1 基本情況

高臺縣位于甘肅省河西走廊中部的張掖市境內(nèi)，駱駝城灌區(qū)位于高臺縣西南25km處，承擔(dān)著1個鎮(zhèn)、13個行政村、80個社、113個農(nóng)場、11.89萬畝的灌溉任務(wù)，其中耕地10.13萬畝；林草地1.76萬畝。灌區(qū)年平均氣溫7.6℃，極端最高氣溫38.7℃，極端最低氣溫-31℃，年日照時數(shù)達(dá)3118.3h，全年無霜期149d，太陽輻射總量為148.2kcal/(cm·a)。年平均降水量105.8mm，年蒸發(fā)量1966.7mm，是年降水量的18.6倍。區(qū)內(nèi)除每年雨季偶爾形成暫時性洪流外，無常年性地表水流。南部的黑河西總干渠于1998年建成通水，從黑河草灘莊水利樞紐按比例取水輸入駱駝城灌區(qū)，為本灌區(qū)的輔助水源。目前渠灌面積1.92萬畝，井灌9.97萬畝。配套機電井728眼，其中農(nóng)業(yè)機井718眼，工業(yè)機井10眼。是以提取地下水灌溉為主，引黑河西干渠水灌溉為輔的水資源嚴(yán)重短缺的灌區(qū)。

2 灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析

2.1 灌區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1.1地下水類型、含水層和補排特征

駱駝城灌區(qū)地處馬營河-擺浪河山前復(fù)合洪積扇裙東翼前緣，地下水屬第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于中上更新含水層中，大部分為潛水，僅在灌區(qū)北部分布有潛水-承壓水。第四系厚度250～500m之間，水位埋深14.57～100m，自南而北漸淺，含水層巖性主要以砂礫卵石、砂礫石、含礫中粗砂、中細(xì)砂為主，局部夾有亞砂土、亞黏土，顆粒由南而北漸細(xì)，含水層厚度100～300m，區(qū)內(nèi)機井深度多在120m以內(nèi)。含水層滲透系數(shù)1～9m/d，降深5m的單井涌水量南部為3000～5000m3/d，北部1000～3000m3/d。

灌區(qū)由于地下水埋藏較深，接受洪流入滲及降凝水入滲補給量是非常少的，因此地下水的補給主要是以側(cè)向徑流為主，占灌區(qū)總補給量的90%；其次是渠系滲漏補給，僅占總補給資源量的10%。區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式為人工開采，占排泄總量的75%，其余水量向東北側(cè)向補給相鄰灌區(qū)。駱駝城灌區(qū)位置示意圖如圖1所示。

圖1 駱駝城灌區(qū)位置示意圖

2.1.2地下水化學(xué)動態(tài)及年內(nèi)動態(tài)

灌區(qū)內(nèi)地下水溶解性總固體值在0.5～1.0g/L之間，由南向北變大，水化學(xué)類型主要以硫酸-重碳酸-鈉-鎂型和硫酸-鈉-鎂型水為主，區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)特征變化不大，TDS多年平均變幅為255.94mg/L，氟離子多年平均變幅0.25mg/L。區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)類型屬開采型，其動態(tài)特征嚴(yán)格地對應(yīng)于開采的強弱變化，呈現(xiàn)單谷單峰型。高水位期出現(xiàn)于12月—翌年4月非開采期，低水位期出現(xiàn)于6—11月的開采期，年變幅1.24—6.8m。截至2018年，區(qū)內(nèi)共有地下水環(huán)境動態(tài)監(jiān)測孔3眼，編號分別為水11、水12、水13，根據(jù)3眼監(jiān)測孔1985—2018年動態(tài)監(jiān)測資料分析，駱駝城灌區(qū)為區(qū)域性水位持續(xù)下降區(qū)，平均每年下降0.1～0.5m，其中最大年份下降0.68m。1996年與1973年水位對比，非灌溉期水位下降8～13m，灌溉期水位下降10～15m。以水11監(jiān)測井的2016年數(shù)據(jù)為例，水位變幅動態(tài)過程如圖2所示。

圖2 11號動態(tài)監(jiān)測井2016年動態(tài)曲線

2.2 地下水質(zhì)量評價

依據(jù)GB/T14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，對灌區(qū)內(nèi)的2個取樣點的水質(zhì)進(jìn)行地下水質(zhì)綜合評價，評價因子選取嗅和味、肉眼可見物、pH、溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、鐵、氟化物等13項。

評價結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)較差，主要是硫酸鹽及亞硝酸鹽含量超標(biāo)。

2.3 地下水允許開采量

根據(jù)調(diào)查，駱駝城灌區(qū)面積112.9km2，超采區(qū)面積77.8km2，區(qū)內(nèi)地下水天然補給量為2471.53萬m3/a，天然排泄量1153.42萬m3/a，可動用儲存量為萬1162.53m3/a，灌區(qū)地下水允許開采量2481.03萬m3/a，實際開采量3452.2萬m3/a，灌區(qū)超采量971.17萬m3/a。

3 灌區(qū)存在的主要生態(tài)問題

3.1 地下水水質(zhì)變化

地下水水質(zhì)變化的主要原因是山前傾斜平原區(qū)的地貌特征使地下水向下游灌區(qū)匯集，加之灌區(qū)水重復(fù)利用，使得灌區(qū)地下水在自然蒸發(fā)下水中鹽分富集，二者共同作用引起硫酸鹽、亞硝酸鹽等項目超標(biāo)，指標(biāo)均大于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 超采區(qū)引發(fā)的環(huán)境生態(tài)問題

由于該灌區(qū)無序的地下水開采和水資源無效管理，超采量超過了允許超采量的40%，造成超采區(qū)的主要生態(tài)環(huán)境問題是土地沙漠化、植被退化及水環(huán)境污染，并且有逐年擴展的趨勢。

3.3 區(qū)域性水位持續(xù)下降

在1990年以前，灌區(qū)地下水以徑流型為主，水位動態(tài)基本處于天然狀態(tài)，雖然地下水位也呈下降趨勢，但降幅較小，平均每年下降0.12m；1991年以后，隨著灌溉面積不斷擴大，對水資源的需求量日趨增加，開始大規(guī)模開采地下水，使區(qū)內(nèi)地下水位大幅度下降。據(jù)長期觀測資料，1991—2002年地下水位共下降了3.54～6.69m，平均每年下降了0.29～0.55m，使區(qū)內(nèi)形成了降落漏斗。近些年來隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，需水量增加，地下水開采量直線增加。根據(jù)觀測資料，2002—2015年灌區(qū)內(nèi)地下水位共下降了5.34～9.51m，平均每年下降了0.38～0.68m。隨著地下水的超采，20世紀(jì)80年代的機井一半以上出水量只有30m3/h，部分機井因掉泵而不得不更換大揚程泵型。

4 灌區(qū)水生態(tài)修復(fù)與治理措施

4.1 治理目標(biāo)

根據(jù)高臺縣駱駝城灌區(qū)地下水資源基本條件、開發(fā)利用現(xiàn)狀、超采情況，采取綜合治理措施，治理目標(biāo)為：通過各種措施壓減駱駝城灌區(qū)地下水量971.17萬m3/a，恢復(fù)超采區(qū)面積77.8km2，現(xiàn)狀超采得到有效治理，預(yù)計區(qū)域性地下水水位維持現(xiàn)狀，不再下降并且緩慢回升，地下水水質(zhì)不再惡化，灌區(qū)內(nèi)土地沙漠化和植被退化現(xiàn)象消失，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

4.2 治理措施

駱駝城灌區(qū)地下水超采區(qū)水生態(tài)修復(fù)與治理措施可結(jié)合問題類型和治理修復(fù)需要，選擇相應(yīng)措施制定修復(fù)治理方案。措施主要有：種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、高效節(jié)水工程、替代水源工程、地下水取水工程封存等工程措施，不斷減少超采區(qū)地下水開采量；通過總量控制、經(jīng)濟調(diào)節(jié)、計量監(jiān)控、監(jiān)督考核等非工程措施，促進(jìn)工程措施的實施，不斷強化超采區(qū)管理，保障超采區(qū)治理效果。

4.2.1農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和規(guī)模調(diào)整

通過調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，有效減少地下水開采需求。駱駝城灌區(qū)現(xiàn)狀種植作物主要有制種玉米、大田玉米、洋蔥、瓜菜等其他經(jīng)濟作物和林草，其中以洋蔥耗水最大，經(jīng)濟作物次之。通過減少洋蔥等耗水較高作物的種植面積，改種耗水相對較小、市場經(jīng)濟效益較好的制種玉米，減少農(nóng)業(yè)灌溉用水量。

4.2.2節(jié)水工程

根據(jù)駱駝城灌區(qū)用水特點，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的80%，現(xiàn)狀灌區(qū)屬以井灌為主的灌區(qū)，因此大力推廣應(yīng)用高效節(jié)水新技術(shù)改進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉方式。計劃發(fā)展高效節(jié)水面積1.73萬畝，全部為滴灌，其中地下水滴灌0.44萬畝，地表水滴灌1.29萬畝。維修駱駝城干渠9.2km，改建襯砌支渠6條16.2km；改建斗渠3km；改建農(nóng)渠27.0km。

4.2.3替代水源工程

通過地表水水源置換地下水的開采，減少地下水開采量。計劃新建山水河水庫1座，庫容323萬m3，水庫利用黑河西總干渠下段引取分配給駱駝城灌區(qū)的水量。山水河水庫位于駱駝城灌區(qū)東南約8km，修建山水河水庫后，駱駝城灌區(qū)地表水供水量增加至1981萬m3，地下水開采量較現(xiàn)狀減少980萬m3，地下水超采得到有效治理。

4.2.4開采井封填

在山水河水庫建成通水的前提下，對納入壓采范圍的地下水開采井，計劃關(guān)閉33眼，保證替代水源工程發(fā)揮預(yù)期效果。對11眼建于1985年以前，小時出水量小于40m3，機電設(shè)備老化、成井條件差的井進(jìn)行永久性封填；對22眼建于1985年以后，小時出水量大于40m3，機電設(shè)備相對較好、但群井間距較小且比較密集的井封存?zhèn)溆?，并建立封存?zhèn)溆镁牡怯?、建檔、管理、維護(hù)和監(jiān)督制度。在特殊干旱年，地表水資源不能滿足人飲和部分灌溉要求時，按照規(guī)定程序啟用，發(fā)揮應(yīng)急供水作用。

4.2.5地下水取用水管理

強化地下水超采區(qū)的取水設(shè)施登記管理，嚴(yán)格地下水取用水的監(jiān)管和調(diào)度。對超采區(qū)現(xiàn)有的地下水取水設(shè)施逐步實行嚴(yán)格的登記管理制度，嚴(yán)格核定和控制現(xiàn)有用水戶的地下水開采量與用水定額，對超量、超定額取用地下水的用水戶及時采取限制或禁止措施。對新增地下水開采的取水設(shè)施，實施嚴(yán)格的水資源論證制度等措施予以控制，在地下水超采嚴(yán)重區(qū)域，禁止新建的地下水取水設(shè)施。計劃新建地下水計量設(shè)施200套，準(zhǔn)確計量地下水開采量。

4.2.6地下水監(jiān)測能力建設(shè)

積極完善地下水資源監(jiān)測體系，加密地下水超采區(qū)的地下水水位、水質(zhì)監(jiān)控站點，逐步擴大地下水開采用水戶的水量計量設(shè)施安裝覆蓋范圍。在國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目的基礎(chǔ)上，建立集水資源動態(tài)監(jiān)測、水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警、取用水定量計量等功能為一體的地下水資源監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)，及時掌握地下水開采井取水狀況。完善地下水監(jiān)測體系和地下水監(jiān)測能力建設(shè)，安裝地下水監(jiān)測站點15處。

5 結(jié)語

高臺縣駱駝城灌區(qū)水資源十分緊缺，灌區(qū)地處地表水灌溉區(qū)域的末梢，地表水利用保證程度很低，較長時間都以抽取地下水灌溉為主，以地表水灌溉為補充，所以地下水資源的開發(fā)利用，對于當(dāng)?shù)厣鐣慕?jīng)濟發(fā)展起到了重要的支撐作用，但也帶來諸多的生態(tài)環(huán)境問題。近些年通過因地制宜的采取各種工程措施和非工程措施，提高地表水利用的保證程度，優(yōu)化地下水利用管理方式，系統(tǒng)治理，精準(zhǔn)施策，對于治理地下水超采、改善地下水水質(zhì)、恢復(fù)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用起到了重要作用。