敦煌盆地环境地质变化趋势及治理对策探讨

邓永光，杨俊仓

（1.广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023；2.甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州730050）

1 引言

敦煌以莫高窟、月牙泉等著名旅游景点而闻名于世，是甘肃省重点建设的旅游开发区之一。随着敦煌盆地旅游经济的持续发展和工农业生产规模的不断扩大，以水资源开发为中心的人类经济－工程活动使区内水资源在时空分布上产生了改变，强烈影响了区内绿洲、湿地、沙漠、戈壁等生态环境的分布状况，已经导致了一系列阻碍区内经济发展的严重生态环境问题。环境地质问题是敦煌盆地水资源开发利用过程中出现的主要问题，是其区域生态环境保护与社会发展面临的又一个迫切任务。本文研究区内环境地质问题的演变特点及其与水资源的相互作用，并提出了防治的对策。

2 敦煌盆地环境地质概况

敦煌盆地位于河西走廊西端的疏勒河流域下游地区，东与瓜洲相邻，西至库姆塔克沙漠，南北介于三危山、鸣沙山与马鬃山之间的平原地带。盆地主要由绿洲、湿地、盐沼地、沙漠、戈壁、山区等不同地质单元构成。绿洲主要分布于党河灌区和南湖灌区，湿地和盐沼地分布于敦煌盆地西部的西湖国家级自然保护区、东部的东湖自然保护区和北部的北湖自然保护区，沙漠主要分布于南部的鸣沙山及西南部的库姆塔克沙漠，戈壁广泛分布于盆地的南部山前和北部山前地带。

属典型的大陆性干旱气候区，其特征是降水稀少、蒸发强烈、冬寒夏热，昼夜温差大，日照充足，辐射值高，大风沙尘天气多。区内多年平均气温9.4℃，气温年差值34.1℃，多年平均降水量仅为39.1mm，蒸发量高达2 487.7mm。该区素有“世界风库”之称，大风和沙暴频繁，常年多东风和西北风，年平均风速2.2m/s以上，全年8级以上大风出现15～20次，最高风速达11级。

流经本区的疏勒河和党河都发源于南部的祁连山，自2002年修建双塔水库以来，疏勒河再无地表径流进入敦煌盆地，党河成为区内唯一的常年性地表河流，也是盆地地下水的主要补给来源。

党河属疏勒河一级支流，发源于肃北祁连山团结峰，靠冰雪融水补给，流域全长390km，多年平均迳流量2.992×108m3，平均流速9.1m3/s。1975年10月党河水库修建以来，河水被全部截流入库，由人工输水渠道引入田间灌溉，水库下游河床断流，只有在暴雨期和排沙时才有暂时性水流，监测数据显示，自党河水库建成以来，敦煌绿洲地下水位累计下降了10.77m。另外来自南部阿尔金山的冰雪融水通过地下迳流补给盆地，在阳关镇以泉水溢出方式出露，每年大约有0.98×108m3的流量。

盆地发育有大厚度的河流冲洪积地层，沉积厚度数百米以上，是地下水赋存与运移的天然场所，所构成的含水层是连续的，由南向北由单一大厚度潜水层逐渐过渡为细土平原区的潜水－承压水层（图1）。单一大厚度潜水含水层厚度100～200m，地下水埋深30～150m，由扇顶向细土区逐渐变浅，岩性为砂砾石，渗透系数53.6～61.36m/d，给水度0.10～0.25；扇中部为潜水－承压水区，上部潜水含水层为Q3～Q4砂及亚砂土，埋深3～30m，下部承压含水层底界为N2～Q1，岩性为砂砾岩，埋深120～250m，渗透系数0.39～21.58m/d，给水度0.05～0.20[1]。在承压水区没有稳定的区域性隔水层，各含水层在区域上有着不可分割的水力联系，地下水由南西向北东方向运动。

河水、渠系水、田间灌溉水的渗入为含水层的主要补给来源，经2008年均衡计算这部分水量为1.99×108m3/年，占地下水总补给量的64%，地下水开采与蒸发为灌区主要的排泄方式，其量可达2.63×108m3/年，其中开采量达到1.31×108m3/年，占灌区地下水总排泄量的50%左右，党河灌区是迳流、开采、蒸发相平衡的水文地质单元。

图1 敦煌盆地水文地质结构剖面

3 环境地质遥感解译

3.1 遥感数据源与数据处理

本文所采用的主要遥感数据由全球陆地覆盖设施中心－地球科学数据交换站点（GLCF－ESDI）提供的时间跨度约30年的Ladast－MSS、Ladast－TM、Ladast－ETM＋三期数据，共21景，各景影像均无云覆盖，质量较好。MSS地面分辨率为57m×57m，TM和ETM＋地面分辨率为30m×30m[2]。

3.1.2 遥感数据处理

卫星遥感影像在成像过程中，由于传感器功能的衰减、大气的影响、卫星飞行姿态等原因会产生各种辐射误差和几何变形，因而要对影像进行辐射校正、几何校正、图像增强，然后才能进行信息提取。本文借助ERDAS INAGINE 9.2软件对图像进行处理。

3.1.3 遥感影像分类解译标志的建立

根据遥感影像将敦煌市分为绿洲、沙漠、山地、水体、盐碱地、戈壁等6类。根据建立的解译标志，首先在敦煌不同时期遥感影像上对各种地类选取每类不少于30个训练样本，进而建立分类模板。然后，对选择的训练样本进行评价。训练样本评价的方法选择计算类别的可分离性，生成可分离性报告并根据Jones判断准则（TD值在0～2 000之间，当TD＞1 700时，两个类别能分开）判断类别的可分离性，进而评价分类模板的精度。

通过分析敦煌1990年代和2001年左右两期影像的训练样本可分性报告可知TD值均大于1 700，各个类别都能分开，训练样本选择满足分类精度。

3.2 遥感解译结果分析

考虑到敦煌绿洲及绿洲－荒漠交界带是干旱区荒漠化发生最敏感和最主要的地带，而土地荒漠化基本都发生在绿洲内部、绿洲－荒漠过渡带及其外围十几公里范围内。因此，本次重点研究区设置为敦煌市主绿洲、荒漠绿洲过渡区及其外围几至十几公里范围的区域，总面积790 585.38hm2。

“哈哈，还不到五分钟，就把对面的敌人打得没了声音。”马国平走过来，完全没有一点连长的样子，一副期待汪队长表扬的神态，天真得就像读书考了满分，向父母索要糖果的奖励。

3.2.1 1990年遥感解译结果分析

重点研究区绿洲面积为84 692.61hm2，占重点研究区面积的10.71%，沙漠面积为3 072.96hm2，占研究区面积的0.39%，山地面积为2 645.82hm2，占研究区面积的0.33%，水体面积为249.84hm2，占研究区面积的0.03%，盐沼面积为93 631.95hm2，占研究区面积的11.84%，戈壁面积为606 296.52hm2，占研究区面积的76.69%（图2）。

3.2.2 2001年遥感解译结果分析

2001年重点研究区绿洲面积为97 864.83hm2，占研究区总面积的12.38%；沙漠面积为6 757.56hm2，占研究区总面积的0.85%；山地面积为2 648.25hm2，占研究区总面积的0.33%；水体面积为353.61hm2，占研究区面积的0.04%，盐沼面积为46 442.97hm2，占研究区面积的5.87%；戈壁面积为636 518.16hm2，占研究区面积的80.51%（图3）。

3.2.3 分类结果转移矩阵分析

利用 ARCGIS9.2的叠置分析（overlay）工具，将1990年和2001年左右的遥感影像解译结果分类图进行叠加，通过空间分析和统计对各地类之间的相互转移进行分析，得到了1990年解译结果和2001年解译结果的空间和属性的数据库，经统计分析得到研究区分类结果转移矩阵（表1）。

图2 1990年敦煌盆地环境地质遥感解译

图3 2001年敦煌盆地环境地质遥感解译

表1 敦煌盆地1990年到2001年分类结果转移矩阵 hm2

4 环境地质变化及趋势分析

由转移矩阵可得两期影像解译结果：未发生变化面积绿洲为69 150.96hm2，沙漠为2 227.23hm2，水体为85.68hm2，盐沼未发生变化的面积为34 442.73hm2，戈壁未发生变化土地为378 717.03hm2。

绿洲转化为沙漠的面积为142.29hm2，绿洲转化为盐沼的面积为3 386.52hm2，绿洲转化为戈壁的面积为11 985.39hm2；沙漠转化为绿洲的面积345.33hm2，沙漠转化为盐沼的面积为2.34hm2，沙漠转化为戈壁的面积为497.97hm2；水体转化为绿洲面积为1.44hm2，水体转化为盐沼面积为162.27hm2，水体转化为戈壁0.36hm2；盐沼转化为绿洲的面积为15 129.63hm2，盐沼转化为沙漠的面积为104.04hm2，盐沼转化为水体的面积为74.52hm2，盐沼转化为戈壁43 881.03hm2；戈壁转化为绿洲13 237.47hm2，戈壁转化为沙漠4 282.56hm2，戈壁转化为盐沼地面为8 447.85hm2。

2001年敦煌遥感影像解译结果对比1990年代结果有以下变化，敦煌绿洲区面积扩大；敦煌盆地东部植被区转化为戈壁；敦煌绿洲区北部和西北部的湿地部分转化为戈壁；敦煌西湖湿地的水体和植被区向戈壁转化。整体上盐沼面积在减少，以转化为戈壁为主，生态环境不断恶化。

5 治理对策

贾贵义与程旭学[3]认为月牙泉是古河道发育过程中因侵蚀作用形成的一处洼地，或者称之为牛轭湖。从根本上来说，月牙泉是由地下水形成，其问题的本质就是一个地质学问题，与湿地大量萎缩、水域湖泊消失、林木锐减、土地沙漠化、沙漠东移威胁绿洲等一系列问题，集中表现在水环境恶化。在汉唐时期敦煌森林茂密林草资源丰富，境内的东湖、西湖、北湖一带分布着23.6×104hm2天然植被红柳、胡杨和芦苇等乔灌木，生长极为茂盛；祁连山雪水丰富，大小河流纵横，湖泊遍布，敦煌绿洲区内有666.7hm2咸水湖和66.67hm2淡水湖，但如今80%已消失[4]。如今敦煌市总面积3.12×104km2，其中绿洲面积仅1 400km2；据敦煌市林业部门统计，近十几年来，由于水源严重短缺和生态环境日益恶化，敦煌绿洲的绿色防护体系面积急剧减少，截至目前仅剩8.67×104hm2天然林和9.00×104hm2草场，分别比新中国成立初期减少40.00%和77.00%。其主要成因为敦煌盆地水资源严重短缺，水利工程的干预导致地表水天然入渗补给地下水量的减少，再加上超量开采地下水导致地下水位大幅度下降，引发地表水体的相关变化。治理水环境恶化的策略是对本区水资源的开源节流，节水为主，调蓄结合，加强管理[5]，主要措施有以下几点。

（1）严格执行水资源开发利用规划。按照水资源开发利用规划区域进行水资源开发和保护，重点保护水源地、区内国家级和省级生态自然保护区、地质遗迹和文化遗产保护区、城市环境和农业生产区，植树造林，最大限度地扩大保护区内的绿地面积，加强水源涵养，保证工农业用水和生态用水。

（2）推广灌溉高新技术。在灌区大力推广管灌、滴灌、微灌等高新节水技术，“十二五”灌区实施10万亩棉花膜下滴灌计划，每亩棉花膜下滴灌节水234m3/667m2，到2015年节水量可达到2 341×104m3/年[6]。

（3）退耕还林，减少用水量。敦煌市计划在“12.5”期间对行政机关、事业单位、城市企业、驻敦单位农林场站耕地和乡、村农林场站耕地及农民开垦的零散荒地压缩3 600hm2，种植生态林；按照毛灌定额766m3计算，到2015年压田面积达到3 600hm2，节水4 136×104m3/年。

（4）调整产业种植结构，节约水资源。在敦煌农业用水占全市总用水量的82%，但是农业灌溉用水效率不高，节水潜力还很大。经济作物以棉花为主，耗水量大，亩产效益低，如果将30%的棉花种植面积调整为种植葡萄，用水量相对较少，经济效益是棉花的5倍以上，在节约大量水资源的同时，又增加了农民的经济收入。

（5）严格控制对敦煌盆地地下水的开采量。对于农业灌溉用水、工业用水、服务业用水、城市公共及绿化等用水部门，借鉴石羊河流域综合治理中按照灌溉面积核定水量的办法，减少单井开采量，将整个敦煌盆地地下水允许开采总量降低到有效补给量以下。

（6）增加区域水资源总量。实施“引哈济党”工程[7]，根据《敦煌水资源合理开发利用与生态环境综合治理规划》项目要求，到2015年从苏干湖水系引大哈尔腾河水1×108m3，引水进入党河水库8 800×104m3。其中月牙泉湖保护区分配水量4 000×104m3，东湖、北湖、西湖等保护区分配生态用水量4 800×104m3。建设地下水人工回灌工程。利用自然地形，开挖渗坑，拦蓄降水增大天然入渗量，或实施地下水回灌。加强大气水的利用研究，利用合适的大气环流人工增雨并加以调蓄。

（7）建立和完善地下水位监测网络。建立覆盖全区的地下水位动态监测系统、水位统测长效机制，实施水质、水量监控，实现水利、气象、地质、矿产和环保等部门的监控网点联动，及时准确利用监测成果为敦煌生态环境保护提供科学依据。

敦煌市政府近年已经采取了一系列的治理措施，包括禁止打井、开荒、移民，压缩耕地和机井，引导农民发展葡萄、林果等节水高效农业，产生了一定的效果和效益。2011年6月，中国国务院批准了耗资47.22亿元的《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划》，规划的实施可望在2020年之前通过全面节水和调水的综合措施，建立较为完善的水权制度，使敦煌盆地地下水开采基本处于采补平衡状态，重点区域地下水位较现状有所回升，初步遏制敦煌盆地土地沙化、绿洲边缘天然草地生态恶化的趋势。

6 结语

敦煌盆地有限的水资源既是绿洲和敦煌市存在的必要因素，又是发挥敦煌的旅游优势、保证敦煌社会经济可持续发展的重要因素。采取以加强水资源管理为中心的稳步发展经济之路，开源节流，节水为主，调蓄结合，加强管理，可促使地下水资源恢复、再造，用最少的水资源和土地实现农民增收，经济发展，并保证周边环境地质条件不恶化，遏制敦煌整个生态环境继续恶化的趋势，保护好敦煌文化和敦煌绿洲，以保证可持续发展。

[1]杨俊仓，黎志恒.敦煌盆地党河灌区地下水动态变化趋势及防治对策[J].甘肃科技，2011（5）：3 227～3 230.

[2]宁立波.河西走廊环境地质问题研究[R].武汉：中国地质大学，2010.

[3]贾贵义，程旭学.浅议敦煌市环境地质及月牙泉治理[J].甘肃科技，2006，22（8）：22～26.

[4]陈明霞.敦煌湿地生态环境现状与保护恢复对策[J]，湿地科学与管理，2007，3（3）：38～41.

[5]张荷生，陈旭学.河西走廊典型地区地下水资源综合开发利用调查评价报告[R].兰州：甘肃省地质环境调查研究院，2007.

[6]黎志恒，邱 蔓.甘肃省敦煌市月牙泉成因及地质环境恶化综合治理勘查报告[R].兰州：甘肃省地质环境监测院，1999.

[7]杨俊仓，黎志恒.甘肃省敦煌市月牙泉湖水位下降应急治理工程可行性研究报告[R].兰州：甘肃省地质环境监测院，2001.