石羊河流域永昌县地下水及水资源供需平衡分析

李筱

摘要：石羊河位于甘肃河西走廊东段，是我国人口最密集、水资源开发利用程度最高、生态环境问题最严重的内陆河流域之一，因此对水昌县地下水及水资源供需平衡分析的研究有助于改善流域内生态环境。文章采用2020年为现状水平年，将流域内划分为西河灌区、四坝灌区、东河灌区、金川灌区和清河灌区5个计算单元，对永昌县地下水及水资源供需平衡进行了分析。地下水水位下降是引发泉水干涸、植被退化等环境问题的主要因素，地下水压采是保证地下水资源持续利用和逐渐改善、修复由于地下水超采造成的生态环境问题的重要举措。地下水位变化，是地下水补排不平衡的结果，在补给、径流及天然排泄量不变的条件下，由开采地下水数量来决定，二者呈正相关关系。

关键词：石羊河;水资源;供需平衡

中图分类号：TV213.4文献标志码：A

0 引言

石羊河位于甘肃河西走廊东段，是我国人口最密集、水资源开发利用程度最高、生态环境问题最严重的内陆河流域之一。石羊河长162km，年径流量5.17亿立方米，主要由地下水补给，夏季山洪补给也占一定比例。各支流在出山后进入走廊平原，河道在冲积、洪积扇上多呈放射状，水流渗漏严重，河水断流。诸泉水河由武威市北流，汇合成石羊河，入民勤县境，称石羊河。

石羊河流域存在严重的水资源及生态环境问题，并呈现出日益加重的趋势，主要表现为：（1）石羊河流入民勤的地表水量剧减，地下水超采严重;（2）植被大量枯死，荒漠化日趋严重;（3）地表水污染严重，地下水水质恶化[2]。因此，针对石羊河流域水资源开发利用严重过度，人水矛盾不断加剧，生态环境愈加恶化的情形，我们有必要对流域内的水资源进行研究，充分认识和了解水资源情况，以便对其实施有效的管理。对流域内的水资源供需平衡进行分析，并合理配置有限的水资源，对于水资源的合理开发利用和生态环境的保护都具有十分重要的意义[3]。

本论述以石羊河流域永昌县地下水及水资源为研究对象，结合以上研究思路，皆在为流域内的水资源利用提供理论基础和科学依据。

1地质环境条件及地下水资源

1.1县域及评价单元概况

1.1.1县域概况

永昌县地处祁连山北麓、阿拉善台地南缘、河西走廊中东部，南与武威市凉州区、张掖市肃南裕固族自治县交界，北邻金昌市金川区，东接武威市民勤县，西与青海省門源回族自治县及张掖市山丹县相连，是甘肃省的重要商品粮基地。

1.1.2灌区概况

永昌县共有西河、四坝、东河、金川、清河等五处灌区。

西河灌区位于永昌县西部，以西大河地表水为主，补充灌区内小沟小河地表水及地下水进行灌溉的大型自流灌区。四坝灌区位于永昌盆地，灌区水资源主要来自泉水、小沟小河地表水，不足部分靠开采地下水和西河灌区调水补充。东河灌区位于永昌县东南，属于武威盆地，属大型自流灌区，灌溉水源以东大河地表水为主，补充地下水。金川灌区位于永昌县北部，属于武威盆地，灌溉水源主要来自金川峡水库。清河灌区位于永昌县东部，属于武威盆地，水源全部来自开采地下水，是永昌县唯一的纯井灌区。

1.2自然地理

1.2.1气象

永昌县属中温带干旱大陆季风气候区，多年平均气温4.9℃，极端最高气温32.5℃，极端最低气温-26.7℃;区内降水时空分布不均匀，降水量自东北向西南随地势增高而递增，降水量在年内分配很不平衡，汛期（7～9月）占全年降水量的60%。主导风向为西风，全年无霜期128d，年平均相对湿度53%，年日照时数2884h。

1.2.2水文

永昌县地表水系属石羊河流域，主要河流有东大河、西大河和金川河。

东大河是县内第一大河，发源于祁连山冷龙岭北坡。于南庄子出山后大多被渠系引用灌溉，余水主要渗入地下补给地下水。

西大河发源于祁连山冷龙岭北坡，是境内第二大河。水资源量占境内地表水总量的33%，非灌溉期，洪水泄入老河床，补给水昌盆地地下水，通过地下潜流转化为泉水溢出。

金川河发源于永昌北海子一带，属于西大河河水入渗二次溢出汇流后形成的泉水河流。

1.2.3土壤

永昌县土壤类型分为高山寒漠土、高山草甸土、亚高山草甸土、灰褐土、黑钙土、栗钙土、灰钙土、灰棕漠土、风沙土、盐土、草甸土、沼泽土、灌漠土13个土类，28个亚类，39个土属，33个土种。

走廊绿洲平川农业区包括各乡农业区和绿洲间的部分荒滩，土壤类型主要有灰黄平土、黄平土和沙壤土。

1.2.4 植被

永昌县自然植被从南部的高山草甸、森林逐步过渡到北部的半荒漠和荒漠草原，大致有四种类型：祁连山地天然森林、草原植被;绿洲平原人工林植被;石质低山丘陵草原化荒漠植被;砂砾质和砾砂质戈壁荒漠植被。

1.3地质环境条件

1.3.1地形地貌

永昌县地形复杂，地势总体西南高东北低，山地、平川、戈壁荒漠东西展开，南北更替，相间排列，县域大致可分为南部中山和高山山地、中部低中山丘陵、走廊绿洲平原和北部沙漠戈壁四种地貌类型。

1.3.2地层岩性

永昌县出露地层主要有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、新近系、第四系和侵入岩。

1.3.3地质构造

永昌县区域大地构造处于中朝准地台与昆仑祁连褶皱系两个I级构造单元的过渡地带。北部为中潮准地台的阿拉善隆起区，南部为昆仑祁连褶皱带的北祁连褶皱带。按Ⅳ级构造单位划分，由北向南分别为龙首山拱断束、大黄山下古生代隆起、永昌-武威中新世断陷、永昌南山古生代隆起。其中走廊过渡带又可划分为永昌盆地、武威盆地、花草滩盆地、红山窑月牙湖盆地、毛卜喇盆地5个相对独立的构造盆地单元，是主要的含水构造。

1.4水文地质条件

根据地下水的赋存特征，可将区内地下水划分为基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水三大类型。

基岩裂隙水主要分布于南部祁连山区、永昌南山、中部大黄山及北部龙首山的高中山区，多为潜水，由于南北部地质环境条件不同，基岩裂隙水特征也不同。

碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布于永昌南山、大黄山及龙首山的低山丘陵区，多为潜水，赋存于上古生界至新生界粗细相间的砂岩和砂砾岩中，主要接受降水补给，多以泉的形式排泄。

松散岩类孔隙水主要赋存山前（或山间）平原区武威盆地、永昌盆地、红山窑-月牙湖盆地、毛不喇盆地及花草滩盆地第四系松散堆积层中，均为单一的潜水类型，是主要具有供水意义的地下水类型。

1.5地下水开发利用现状

1.5.1现状水平年用水情况

永昌县浅层地下水的的开发利用主要为城镇公共居民生活用水、工业用水、农业用水和其他用水。

2020年永昌县浅层地下水开采利用心量为15896×104m3，其中城镇公共居民生活用水700.37×104m23，占4.41%，工业用水81.8×104m3，占0.51%，农业灌溉用水14461.12×104m3，占90.97%，其他用水652.71×104m3，占4.11%，地下水用水量以农业用水为主，各灌区中又以清河灌区开采量最大，占全县地下水量开采总量的77.76%。当年地下水实际开采量15896×104m。

综上，2020年永昌县地下水用水总量控制指标为15900×104m2，当年实际开采量15896×104m2，未超过地下水用水总量控制指标。

1.5.2地下水开采引发的生态环境问题

永昌县地下水开采引发的生态环境问题主要是区域性地下水水位下降以及泉水溢出量减少。

（1）区域性地下水水位下降

永昌县近年来地下水开发利用程度较高，2020年全县共有开采井1710眼，2020年地下水开采量达到15896×104m2。2012年以前永昌县地下水水位整体下降，平均降幅为0.05～0.50m/a，其中清河地区平均下降幅度0.5m/a。近年由于各类措施的实施，地下水水位稳中开始回升。

（2）泉水溢出量减少或干枯

泉水是河西内陆河流域水资源系统循环的重要环节，也是研究水资源系统转化、人类活动对水资源的影响的重要依据。永昌县由于地下水开采造成的泉水溢出量减少或干枯现象较为明显。最为严重的是清河灌区，由于地下水位下降，泉水流量不断减少，清河灌区的泉水从此消失。

1.6地下水资源量及可开采量

1.6.1地下水资源量

地下水资源量为地下水总补给量减去井灌回归补给量。由于各灌区间共用计算断面，存在补给量与排泄量重复计算的问题，虽然总补给量与总排泄量之差的计算不受影响，但是在计算水资源量时，应将重复计算量扣除。

1.6.2地下水可开采量

地下水可开采量代表一定范围均衡单元内的含水层中，在不引起生态环境恶化的条件下，单位时间内最优取水方案可以开采的最大水量。实际开采量应小于可开采量，否则会引起地下水位持续下降、水质恶化等一系列生态环境问题。

可开采量的大小是由地下水的总补给量和储存量的大小决定的，同时还受自然条件和经济条件的双重限制。永昌县地下水在经过长期的人工开采以后，改变了其天然的补给和排泄条件，导致地下水水位持续下降。随着生态环境治理的形成与发展，自2010年以后年度地下水下降幅度减小并开始回升，这说明地下水的补给量和排泄量达到了新的平衡。因此，永昌县地下水可开采量的计算，应在新的平衡条件下进行。

2水资源供需平衡分析

2.1水资源量

地表水资源量是指河流、湖泊、冰川等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量，用天然河川径流量表示6。

永昌县地表水资源量主要包括三个方面：一是有水文观测站控制的河流地表水资源量，采用实测径流加还原量的值;二是无观测资料的小沟、小河地表水资源量，采用收集资料值或调查值;三是浅山区地表水水资源量，采用等值线量算值[7]。

2.2水资源供需平衡分析

将永昌县近期（2020年）、中期（2025年）和远期（2030年）的供水量和需水量进行对比，如平衡差为正值（供水量大于需水量），则供水量满足用水需求;如平衡差为负值（供水量小于需水量），則供水量不能满足用水需求[*-10]。

根据前述计算结果，永昌县地表水总资源量为53197×104m/a，浅层地下水允许开采量为21106.68×104m/a，满足近期（2020年）、中期（2025年）和远期（2030年）的用水需求。但根据石羊河流域治理总体目标及金昌市2020年、2030年水资源管理控制指标，永昌县用水总量控制指标2020年为38000×104m2，2030年为38900×104m3，2025年控制指标按内插法求得为38450×104m。将上述用水控制指标与需水量预测结果进行水资源供需平衡对比分析，2020年、2025年、2030年平衡差均为负值，其中2020年缺水3113.05×104m3，2025年缺水3457.70×104m3，2030年缺水3 768.38×104 m3[11-12]

因此，为确保水资源管理控制指标任务落实，实现中远期用水供需平衡，需采取措施进行水资源合理配置[13]。

地下水水位下降是引发泉水干涸、植被退化等环境问题的主要因素，地下水压采是保证地下水资源持续利用和逐渐改善、修复由于地下水超采造成的生态环境问题的重要举措[14-151。

地下水位变化，是地下水补排不平衡的结果，在补给、径流及天然排泄量不变的条件下，由开采地下水数量来决定，二者呈正相关关系。

由此可见，实施压采措施后，各灌区地下水位将会普遍上升3～16cm不等。需要特别说明的是此次地下水位预测是在地表水来水量保证率p=50%，并在严格执行本方案的情况下预测的，在枯水年份地下水位达不到此次预测上升幅度[16]。

根据前述规划及水资源配置，压采方案实施后，全县地下水水位将稳步回升，在现状条件下不会明显产生新的地质环境问题。相应北海子、焦家庄等地的泉水溢出量将会增加，泉水溢出带向上游逐渐发展，地下水战略储备水量的也会相应增加[17]。

3结论

（1）2020年永昌县浅层地下水开采利用总量为15896×104m3，其中城镇公共居民生活用水700.37×104m2占4.41%，工业用水81.8×104m2占0.51%，农业灌溉用水14461.12×104m3占90.97%，其他用水652.71×104m2占4.11%，地下水用水量以农业用水为主，各灌区中又以清河灌区开采量最大，占全县地下水量开采总量的77.76%。当年地下水实际开采量15896×104m2。

（2）地下水开采引发的生态环问题主要是区域性地下水水位下降以及泉水溢出量减少。

（3）2020年永昌县平原区浅层地下水总补给量为30884.50×104m2，水资源量为27182.45×104m2，可开采量为21106.68×104m，大于永昌县2020年地下水实际开采量15896×104m3。

（4）预测永昌县2025年需水量为41907.70×104m2，2030年需水量为42668.38×104m2。永昌县用水总量控制指标2025年为38450×104m3，2030年为38900×104m3，平衡差均为负值，其中2025年缺水3457.70×104m2，2030年缺水3768.38×104m3，需采取措施进行水资源合理配置。

（5）2020年永昌县地下水实际开采量15896×104m2，大于2020年永昌县地下水总量控制指标15700×104m2，需进行压采，压采量为地下水实际开采量（现状年）与地下水目标开采量之差196×104m2，中远期不需进行压采。

（6）在地表水来水量保证率p=50%并严格实施各项措施的前提下，预测各灌区地下水位将会上升3～16cm，相应泉水溢出带向上游逐渐发展，北海子、焦家庄等地的泉水溢出量逐渐增加。

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