中国西北地区苦咸水资源及其分布特征

陈 文，郑自宽，谢军健，赵永刚，扈家昱

(甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730000)

苦咸水是一个由来已久的通俗称法，是非常规水源的一种，其口感苦涩，很难直接饮用的水体。目前，苦咸水没有统一的界定标准，一般将矿化度作为界定苦咸水的主要依据，是指由于矿化度高而无法直接利用或利用范围大大受限的天然劣质水资源。根据《地表水资源质量评价技术规程》，当水体矿化度或氯化物、硫酸盐浓度超过标准限值时称其为苦咸水。根据《地下水质量标准》，当溶解性总固体(亦称矿化度)指标大于2 000 mg/L时，即为Ⅴ类水体，属苦咸水，其化学组分含量高，不宜作为生活饮用水水源。需经适当淡化处理后，达到《生活饮用水卫生标准》，即溶解性总固体小于1 000 mg/L时，才可作为生活饮用水。

在水质评价中，我国学者常用矿化度(或溶解性总固体)指标评价水体质量的优劣。综上所述，把矿化度在2 000～50 000 mg/L、或氯化物大于450 mg/L、硫酸盐大于400 mg/L的水体称为苦咸水。

针对中国西北地区淡水资源短缺、苦咸水广泛分布、水资源供需矛盾突出的现状，已有部分省(区)对个别苦咸水河流、或苦咸水湖泊、或浅层地下苦咸水进行了调查和分析研究[1-7]，但多为研究某一苦咸水河流、或苦咸水湖泊的基本特征，至今未见到对西北地区包括地表苦咸水河流和苦咸水湖泊及地下苦咸水在内的较为全面的苦咸水资源及其分布特征研究成果。

随着西北地区社会经济快速发展和人民生活水平逐步提高，针对苦咸水分布地区淡水资源短缺、水资源需求日益增加、供需水矛盾突出等问题，研究非常规水源—苦咸水资源数量及其分布特征，对优化区域水资源配置，缓解区域水资源供需矛盾，保障用水安全等都具有极其重要的意义。

1 中国西北地区概况

西北地区深居欧亚大陆的内陆地区，面积广阔，生态脆弱，人口稀少，地形地貌特点突出。依据自然地理是指昆仑山—阿尔金山(祁连山)—秦岭以北的干旱半干旱地区，包括的行政区域为新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西5省(区)，面积共306.6万 km2，约占全国总面积的32%(约1/3)，人口共10 186万人，占全国总人口的7.3%，人口密度33人/km2，约为全国平均人口密度的1/5。

1.1 自然地理概况

西北地区属温带季风气候区，远离海洋，加之山脉阻隔等影响，降水量稀少，蒸发量大，该区域多年平均降水量331.9 mm，多年平均蒸发量1 380.4 mm，且有明显的年际年内变化。常年平均气温在0℃～24℃之间(冬季普遍在0℃以下，夏季在16℃～24℃上下)。河湖众多，外流河主要有黄河、长江、澜沧江、额尔齐斯河等及其支流；内流河主要有塔里木河、伊犁河、乌伦古河、柴达木河、疏勒河、黑河、石羊河等及其支流；著名湖泊有青海湖(咸)、艾比湖(卤)、苏干湖(咸)、沙湖(咸)、赛里木湖(咸)、乌伦古湖(咸)、博斯腾湖(咸)、鄂陵湖(淡)、扎陵湖(淡)等。

西北地区多山脉、多盆地，且多为高原区和沙漠区。主要山脉有天山、阿尔泰山、昆仑山、阿尔金山、祁连山、秦岭等；主要盆地有塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地、柴达木盆地等；主要高原有黄土高原，内蒙古高原、青海高原、河西走廊等；主要沙漠有塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、毛乌素沙漠等；该区域内包括了高山、盆地、平原、沙漠、戈壁、山间河谷地等复杂多样的地形地貌特征。

1.2 水资源分布概况

西北5省(区)范围内水资源总量为2 190.13亿 m3，人均占有水资源量为2 150 m3，接近国际公认的中度缺水指标。水资源在该区域内分部呈极度不平衡状态，宁夏属极度缺水区，甘肃和陕西属严重缺水省，新疆接近轻度缺水指标(区内水资源分布极不平衡，山区多，平原区少)，青海位居三江源区，水资源丰富，人口稀少，人均占有水资源量最多，详见表1。

表1 中国西北省区水资源特征统计表

2 西北地区现有苦咸水资源量

2.1 苦咸水资料来源

本文研究苦咸水资源及其分布特征依据资料，主要来源有三方面：一是多年来水文系统有关单位调查监测资料；二是收集已有专项调查评价成果和专著等资料(包括苦咸水河流、苦咸水湖泊、浅层地下苦咸水水文地质单元等资料。如：《中国河湖大典》[1](2014.8)，《中国湖泊志》[2](1998.9)，《中国地下水资源图》[3](2017.6)，《鄂尔多斯盆地地下水勘查研究》[4](2008.6)，《银川平原地下水资源合理配置调查评价》[5](20089.12)，《青海地质环境》[6](2009.9)；三是第三次全国水资源调查评价成果[7](2019)有关苦咸水翔实资料。

2.2 苦咸水河流径流量

西北地区苦咸水河流分布于多年平均降水量小于350 mm(陕北定边为323.6 mm)的西北干旱、半干旱地区，并与其所在的流域地质岩性有着密切的关系。以黄河流域上中游地区和长江源头区最具代表性。中国境内现有常流水的苦咸水河流比较少。研究得知：中国西北地区现有苦咸水河流54条，多年平均径流量140.583亿 m3/a，流域总集水面积20.519万 km2，平均矿化度4.460 mg/L，详见表2。

表2 中国西北省(区)苦咸水河流径流量统计表

2.3 苦咸水湖泊蓄水量

湖泊为陆地上重要的生态系统，具有蓄水、灌溉、供水、调节空气湿度、调节洪峰及水产养殖等多重功能。湖泊水体的化学成分不仅直接影响到湖泊内栖居生物以及受体人群的身体健康，同时，其矿化度和化学成分的变化则表示湖泊所处的环境发生变化[8]。

根据湖泊水体矿化度的大小分为淡水湖、咸水湖和盐湖。苦咸水湖泊是指湖水矿化度在2～50 g/L之间的湖泊。通常系湖水无外排通道或排出不畅，蒸发造成湖水盐分富集而形成，多位于干旱半干旱地区的内流区。依据湖泊调查等专著资料研究得出：中国西北地区现有苦咸水湖泊157个，占第一次全国水利普查苦咸水湖泊总数(945个)的16.6%，苦咸水湖泊总蓄水量1 406.124亿 m3，湖面总面积1.113万 km2，平均矿化度15.844 g/L，详见表3。

表3 中国西北省(区)苦咸水湖泊蓄水量统计表

2.4 地下苦咸水资源量

西北地区地下苦咸水分布区域因受不同地区的自然地质和地理条件影响，地下水形成的主导因素各不相同，造成地下苦咸水的形成和分布有着显著差异。地下水按其埋藏条件的不同、形成特点和循环更新的特性不同分为两类，一类是埋藏于地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由水面的重力水，并且参与现代陆地水循环，在循环交替过程中不断接受补给和更新，并且在各种自然因素和人为因素作用下，水质和水量的变化与现代气候密切相关，这类地下水称为地下潜水。另一类是地质时期形成的地下水，其补给和运动极其缓慢，多赋存于两个隔水层之间，称其为承压水。

在瓷面上“打玻璃白”也是一项讲究的工艺活，玻璃白是水溶性颜料，而彩瓷是先要用油性颜料钩线和画底色，这个过程必然会使瓷面沾上油，这样水溶性的玻璃白就无法打在含油的瓷面上。这就需要用到“锅灰”锅灰具有吸油作用。在需要上玻璃白的位置先抹上少许锅灰，然后再把锅灰轻轻扫除，这样玻璃白就可以打在瓷面上。

根据《第三次全国水资源调查评价成果》(2019年)、《中国地下水资源图》(2017年)和《鄂尔多斯盆地地下水勘查研究》(2008年)等成果中的浅层地下苦咸水资料研究得出：中国西北5省(区)浅层地下苦咸水水文地质单元(盆地)有25个，地下苦咸水资源量50.556亿 m3，分布范围的面积约16.669万 km2，占西北5省(区)总面积的5.4%，涉及县级行政区92个，详见表4。

表4 中国西北省(区)浅层地下苦咸水资源量统计表

2.5 西北地区苦咸水资源量

研究得出西北5省(区)现有苦咸水资源量为1 597.263亿 m3，其中，地表苦咸水河流年径流量为140.583亿 m3，占区域苦咸水资源量的8.8%；苦咸水湖泊蓄水量为1 406.124亿 m3，占区域苦咸水资源量的88%；浅层地下苦咸水资源量为50.556亿 m3，占区域苦咸水资源量的3.2%，详见表5。

表5 中国西北5省(区)苦咸水资源量统计表

3 西北地区苦咸水资源分布特征

苦咸水包括地表苦咸水河流、苦咸水湖泊和浅层地下苦咸水。中国自然条件十分复杂，苦咸水分布广泛，主要分布在西北干旱半干旱区。通过研究得出：中国西北5省(区)现有地表苦咸水河流、苦咸水湖泊和浅层地下苦咸水资源分布面积约38.301万 km2，涉及县级行政区176个，影响用水人口约1 500万人，约占西北5省(区)总人口的14.7%。

3.1 西北地区苦咸水河流分布及其特征

西北地区苦咸水河流多分布于多年平均降水量小于350 mm的干旱、半干旱地区，并与其所在的流域地质岩性有着密切的关系。主要分布于黄河中游一级支流(祖厉河、苦水河、清水河、无定河上游段)、二、三级支流(泾河的支流马莲河、渭河的支流葫芦河、大咸河、散渡河)、长江源头通天河及一级支流(沱沱河、北麓河、楚玛尔河)和内陆河流域的乌图美仁河、台吉乃尔河、塔里木河(上游段)、水磨沟河、吐曼河等。在黄河中游区的甘肃、宁夏和陕西北部的黄土沟壑梁峁区分布45条(最多)，在长江源头区分布4条，在内陆河区分布5条。流域总集水面积20.519万 km2，占5省(区)总面积的6.7%，涉及县级行政区48个。中国西北省(区)苦咸水河流分布图见图1。

3.2 西北地区苦咸水湖泊分布及其特征

西北地区境内均有苦咸水湖泊，现有苦咸水湖泊157个。青海省境内99个(湖泊数量最多，蓄水量最大)，新疆自治区境内46个(湖泊数量和蓄水量均次之)，甘肃、宁夏、陕西境内湖泊较少。主要分布于羌塘高原区、柴达木盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地、艾比湖水系、乌伦古湖水系、青海湖水系、黄河水系(上中游支流区)、长江水系(源头区)等区域。苦咸水湖泊所在地涉及县级行政区(县、区、市、旗)36个。中国西北省(区)苦咸水湖泊分布图见图1。

图1 中国西北省(区)苦咸水河湖分布图

苦咸水湖泊的显著特征：(1)多分布于多年平均降水量在350 mm以下的干旱半干旱地区。(2)多属于内陆封闭湖泊或终点(端)湖泊。(3)湖水仅有流入补给水量，无流出水量或流出不畅(仅进不吐)。

3.3 西北地区地下苦咸水分布及其特征

图2 中国西北地区地下苦咸水水文地质单元(盆地)分布图

4 西北地区苦咸水开发利用现状与建议

4.1 苦咸水开发利用现状

苦咸水是干旱半干旱缺水地区一种可用的非常规水资源。目前，西北地区在苦咸水开发利用方面：(1)苦咸水河流和苦咸水湖泊的水资源开发利用量小，利用率低；(2)苦咸水开发利用多为浅层地下微咸水和半咸水；(3)浅层地下苦咸水开发利用量趋于减少[9](随着我国农村饮水安全与提质增效工程、灌区续建配套与节水改造工程的实施，浅层地下苦咸水利用量在下降)。

(1)苦咸水河流径流和苦咸水湖泊蓄水量的利用，多系旁河湖区域的小面积农业灌溉；畜牧业和水产养殖；生态用水(植树造林、草地、环境绿化)；总用水量比较小。

(2)西北地区开采利用浅层地下水总量68.76亿 m3/a，约80%(55亿 m3)的地下水(淡水)可直接利用；约13%(8.94亿 m3)的(微咸水)经适当处理后可以利用；约7%(4.81亿 m3)属地下苦咸水[10]，需采取必要的淡化工艺处理后利用。中国西北地区开采利用浅层地下苦咸水较多的省(区)有新疆和甘肃，其他省(区)利用的很好，青海省基本不用地下苦咸水。西北省(区)开采利用地下苦咸水情况见表6。

表6 西北地区省(区)开采利用地下水与苦咸水量统计表

(3)直接利用苦咸水的有农业灌溉、林草地灌溉及生态用水等。一般利用矿化度在1.5～3 g/L或3～5 g/L微咸水或咸水。根据工业生产对水质的不同要求，对苦咸水采取不同的淡化措施，使其满足用水工艺要求。生活饮用水对淡化处理工艺要求比较高，需要处理达到生活饮用水标准，方可饮用。

4.2 苦咸水开发利用建议

当前，中国西北地区水资源供需矛盾日益突出，苦咸水淡化技术比较成熟，亟待依据缺水实际情况，选择适宜技术和设备，解决部分县城、乡镇、乡村及分散居民点的水质型生活饮用水及部分工业生产、农业灌溉、畜牧养殖、水产养殖、生态绿化等用水需求。在苦咸水资源淡化利用中，还存在许多亟待政府顶层政策设计问题，特别是水资源配置与监管部门，应分区域，出台鼓励使用苦咸水的政策，提高苦咸水配置额度和利用率。

(1)加强苦咸水淡化处理技术与设备研究。苦咸水淡化处理方法较多，主要有电渗析(ED)、反渗透(BWRO)和纳滤(NF)等。近年来，苦咸水淡化技术得到社会普遍认可，但不同区域地表苦咸水、地下苦咸水的水质特点差别大，在淡化处理工艺设计、设备选型和维护保养等方面的针对性和实效性，还有待深入研发及政策支持。

(2)推广纳滤技术在苦咸水淡化处理中的应用。纳滤技术用于苦咸水淡化处理是未来趋势。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率，而纳滤膜对不同价态离子脱除率有所不同。纳滤过滤是一个低压渗透过程，能耗较低，既节约了能耗又有效脱除含盐量。应积极推广纳滤技术在苦咸水淡化处理中的应用，开发国产化的纳滤膜，是促进苦咸水资源利用的产业需求。

(3)扩大苦咸水利用范围。对极度缺少水源的地区，微咸水经处理后，可作为人畜饮用水源；在适宜地区，推广微咸水农业灌溉；推广苦咸水养殖和种植；提倡植树造林、环境绿化利用苦咸水。大力推广缺水地区使用苦咸水的范围。

(4)优化水资源配置，制定鼓励使用苦咸水政策。

国家和省级水资源管理部门应制定鼓励使用苦咸水的政策，以配额制优化水资源配置，提高苦咸水利用率。根据不同地区水资源紧缺程度和苦咸水资源情况，对苦咸水利用量或比例做出强制性规定，并配套相应政策，切实推进苦咸水资源充分利用。