酒泉西盆地东部地下水多年动态特征

王国荣

(甘肃省地矿局第四地质矿产勘察院，甘肃 酒泉 735000)

地下水是一种重要资源，其量和质总是随着时间而不停地变化着。在干旱半干旱地区，地下水是城市工业生产和居民生活用水的重要组成部分。酒泉西盆地东部目前建有黑山湖、嘉峪关、北大河三个城市集中供水源地，是盆地地下水集中开采地段。研究地下水动态变化特征及影响因素，对科学评价区域地下水资源，促进区域地下水的合理开发利用及科学管理，具有积极而重要的现实意义。

1 自然地理概况

酒泉西盆地位于甘肃省西北部，地处河西走廊中部。西起白杨河隆起带与赤金盆地衔接，东至文殊山—嘉峪关大断层与酒泉东盆地相邻，南北介于祁连山与黑山之间。地势总体南北高，中间低，西南高，东北低，地貌类型属山前洪积戈壁平原，海拔1 700 m～2 100 m，地形坡降一般10‰ ～15‰，越近山麓越陡，河谷深切，发育2～4级基座阶地。东北部文殊山北麓、黑山南麓和嘉峪关高台地，属长期剥蚀堆积地形，地貌上呈缓起伏的低山丘陵，切割微弱，沟谷不发育，岩漠、砾漠景观十分明显。属河西冷温带干旱气候区，多年平均降水量为90.2 mm，降水年际变化差异较大。年内降水量多集中6、7、8、9四个月，占年降水量的60% ～70%。多年平均蒸发量1 741.73 mm，蒸发度一般是降水量的20倍左右。

北大河、白杨河是汇入酒泉西盆地的主要河流，发源于南部祁连山区，属河西内陆河流域黑河水系。河水受冰雪融水、大气降水和山区基岩裂隙水补给，多年出山径流量分别为 6.48×108m3(冰沟口)和 0.47×108m3(天生桥)。径流量的年内分配与山区降水过程基本一致。汛期6～9月的径流量占年径流量的55.70%，其余9个月径流比较均匀，月径流量占年径流量的4.82% ～6.90%。此外，南部祁连山区尚有大红泉沟、西沟、松大坂沟、大直沟等24条小沟汇入盆地。［1］

2 区域水文地质条件

本区在大地构造上位于祁连山加里东褶皱系西段北部的走廊过渡带中央凹陷亚带内，受多次构造运动的影响，该带处于长期相对下沉过程中［2］，堆积了巨厚的第四系松散沉积物。由于文殊山、黑山的隆起及嘉峪关断裂翘起，酒泉盆地被分隔成东、西两部分(即酒泉西盆地和酒泉东盆地)。新构造运动现象普遍存在，对地下水的形成、运移和赋存起着非常重要的作用。

酒泉西盆地为一个相对独立补径排系统的水文地质单元。主要以单一大厚度为特征的潜水为主。潜水含水层主要由第四系中上更新统卵石、圆砾、砾砂构成，厚度一般40～160 m，北大河北岸较厚＞140 m，黑山湖水源地一带40～120 m，嘉峪关水源地一带30～80 m，北部山前与古阶地附近较薄，一般＜20～30 m。潜水水位埋深自南西向北东变浅，南部山前带埋深＞100 m，向北至兰新公路一带变浅为20～40 m，至古河道出口处水关峡一带则 ＜5～10 m，局部地段如大草滩、嘉峪关、双泉等地呈泉水溢出。富水性强，单井涌水量(管径 630 mm、降深 5 m 时)5 000～15 000 m3/d，黑山湖、嘉峪关水源地部分地段＞15 000 m3/d。潜水水质较好，矿化度一般 ＜0.5 g/L，水化学类型为 HCO3－－SO42－－Mg2+－Na+(Ca2+)型和 HCO3－－Mg2+－Na+型水。酒泉西盆地地下水主要接受地下径流侧向补给，次为北大河渗漏补给。自南西向北东径流，地下水力坡度黑山湖水源地为 1.0‰ ～1.6‰，嘉峪关水源地为 2.8‰ ～ 7.5‰，北大河水源地为4‰ ～25‰。至北部黑山、鳖盖山、文殊山等山前一带受阻，则转向东流，经北大河古河道如水关峡、大草滩车站峡谷、嘉峪关古河道、头道咀子—文殊山等地段潜流于酒泉东盆地，其中以头道咀子—文殊山地段(北大河地段)排泄条件最好，排泄量亦最大。地下水主要通过侧向流出、机井开采和泉水溢出形式排泄。

3 影响地下水动态的因素及动态成因类型

本区地下水动态属典型的西北干旱区山前平原地下水动态类型。从本区地下水动态的多年变化看，水文、地质因素和人为因素对地下水动态成因类型有显著的影响［3］。

3.1 水文因素

水文因素对本区地下水动态的影响仅局限在地表水体附近，即北大河近岸地带。由于河水位明显高于地下水位，地下水动态受河水位动态影响明显。由河水补给引起地下水位变动，其变化幅度随着远离河流而越来越小，滞后时间随远离河岸延长。

3.2 地质因素

地质因素对本区地下水动态的影响主要反映在形成特征方面，即通过控制含水层本身的结构及赋存环境，影响补给、排泄的强度及径流条件，从而改变地下水要素的变化幅度与滞后时间。西南部洪积戈壁平原一带，含水层颗粒粗，厚度大，径流畅通，地下水埋藏深，水位变幅大，至东北部古河道一带，地下水受阻浅埋，含水层颗粒变细，厚度变小，径流相对变缓，因而水位变幅就小。

3.3 人为因素

人为因素主要表现为开采地下水。酒泉西盆地东部地下水开发利用程度较高，北大河北岸三个集中供水水源地(图1)，北大河南岸建有汇流泉水的双泉水源地。据调查统计，本区目前有正常开采井37眼，井深一般80～120 m。从1994—2009年统计数据看，地下水开采量呈逐年增加趋势(表1)。目前，酒泉西盆地各水源地由于持续开采，形成了规模不等的下降漏斗。其开采量大于天然补给量时，造成地下水位的持续性下降，其下降幅度与速度取决于开采情况。枯水期水位下降幅度大，降落漏斗范围大。丰水期，地下水得到有一定恢复，漏斗范围有所减小。

图1 酒泉西盆地东部各水源地及监测点分布图

4 地下水动态特征

根据酒泉西盆地东部典型年地下水动态曲线特征，结合区域水文地质条件分析，各水源地地下水动态成因类型各不相同。

4.1 年内动态特征

黑山湖水源地:地下水动态主要受地下径流和人工开采影响，动态成因类型属径流—开采型。水位年内变化相对平缓，曲线呈平缓双峰形态。低水位期一般出现在6—9月，10月以后变化平缓，高水位期出现在次年2—4月(图2)，滞后河流丰水期8—9个月。水位年变幅较小，一般＜1.0 m。

图2 黑山湖水源地地下水位动态曲线

嘉峪关水源地:地下水动态明显受开采量大小控制，动态成因类型属开采型。地下水位年内变化比较剧烈，明显受开采量大小控制。高水位期一般出现在1—3月和9—10月，低水位期出现在4—7月(图3)，水位年变幅1.0～1.5 m。

图3 嘉峪关水源地地下水位动态曲线

北大河水源地:地下水动态主要受北大河渗漏补给和开采强度的控制，动态类型属水文—开采型。水位年内变化比较剧烈。年内3—5月为低水位期，5月以后地下水位持续上升，年内高水位期出现在8—10月，滞后河流丰水期1～2个月。10月以后地下水位总体呈持续下降趋势(图4)。水位年变幅 1.0 ～2.0 m。

图4 北大河水源地地下水位动态曲线

4.2 地下水多年动态特征

4.2.1 地下水水位20年发展态势(1990—2009年)

1990—2009年20年间，黑山湖水源地南部、嘉峪关水源地和北大河水源地中部地下水水位弱 ～急速下降，下降值最大2.081～2.314 m(表2)，而各水源地外围地下水水位变化基本稳定。

黑山湖水源地:1990年以来地下水水位呈持续下降趋势，1992—1998年为历史低水位期，出现历史最低水位(图5)。1998年下半年以来，由于黑山湖水源地停采，地下水水位出现明显回升，2000—2003年地下水水位变化相对平稳。2003年，出现历史高水位，但随着水源地新开采井投入使用，地下水水位出现下降。2005年，部分开采井停采，地下水水位随之出现回升，但回升幅度小于1999年。2007年以后，地下水水位呈下降趋势。

图5 黑山湖水源地地下水位多年动态曲线

嘉峪关水源地:1990年以来地下水水位呈持续下降趋势，1992—1998年为历史低水位期，出现历史最低水位(图6)。1998年下半年以来，由于水源地部分停采，地下水水位出现明显回升，2000—2007年地下水水位变化相对平缓，动态明显受开采影响。2007年，随着水源地新开采井投入使用，地下水水位呈持续下降趋势。值得说明的是，水源地中心(嘉11观测孔)地下水水位自1995年以来，一直处于持续下降状态，这与水源地持续开采密切相关。

北大河水源地:1990—2000年，地下水水位变化相对稳定。2000年以来，随着水源地投产，地下水水位呈持续下降趋势。2005年，由于水源地部分停采，地下水水位出现短暂回升，之后仍呈下降趋势(图7)。

图6 嘉峪关水源地地下水位多年动态曲线

图7 北大河水源地地下水位多年动态曲线

4.2.2 地下水水质20年发展态势(1990—2009年)

酒泉西盆地东部地下水年内水质变化稳定，9月份略好于3月份，主要表现在 Cl－、SO42－含量、总硬度及矿化度略有降低。1990—2009年，嘉峪关市黑山湖水源地、北大河水源地地下水水质呈变差趋势(图8)，而嘉峪关水源地地下水水质呈变好趋势。

图8 北大河水源地地下水质多年动态曲线

4.3 地下水储存量的变化

根据质量守恒定律，在任何地区，在任一时间段内，地下水系统中地下水的流入量(或补给量)与流出量(或消耗量)之差，恒等于该系统中地下水储存量的变化量［4］。对同一均衡区来说，无论地下水补给项还是消耗项如何变化，地下水储存量变化可以直接反映地下水量均衡的变化。

式中:△Q为地下水储存资源量的变化量，万 m3/a;μ为含水层给水度;F为均衡区面积，m2;△H/△t为均衡区均衡期始末地下水位变幅，m/a。

根据1990—2009年酒泉西盆地东部地下水水位差△H，即可算出酒泉西盆地东部20年间地下水储存资源量的变化量。计算结果，酒泉西盆地1990—2009年东部地下水储量变化量为 －4 050.32万 m3(表 3)，平均每年减少 202.52万 m3。

表1 酒泉西盆地1994—2009年地下水开采量统计表 万m3/a

表2 酒泉西盆地各水源地1990—2009年地下水水位变幅统计表

表3 酒泉西盆地东部2000—2009年地下水储存资源量的变化量计算表

5 结论及建议

(1)地下水资源是本区工农业生产和居民生活用水的重要组成部分。酒泉西盆地东部地下水开发利用程度较高，地下水动态属典型的西北干旱区山前平原地下水动态类型，水文、地质因素和人为因素对地下水动态有显著的影响，其中人为因素即人工开采影响最大。本区地下水动态成因类型属径流～开采型、水文 ～开采型、开采型等。

(2)由于区域地下水开采量的持续增加，酒泉盆地东部地下水位总体呈现逐年下降状态。1990—2009年20年间，黑山湖水源地南部、嘉峪关水源地和北大河水源地中部地下水水位弱—急速下降，最大下降值 2.081～2.314 m;1990—2009年20年间，酒泉西盆地东部地下水储量变化量为－4 050.32万 m3，平均每年减少 202.52 万 m3。

(3)随着区域社会经济的持续发展，地下水开发利用程度日益增强。建议进一步加强北大河流域地下水动态监测和水均衡研究工作，为区域地下水资源保护和合理开发利用提供科学依据。

(4)在现状可供水资源量条件下，要以水定产业格局和经济规模的用水战略，积极推广循环利用节水工艺，降低工业单位产值耗水量，加强常规节水和高新节水技术措施，不断提高水资源的利用率，逐步实施开源与节流并具的水资源利用战略，不断提高水资源的利用率。

［1］丁宏伟，张举等.甘肃省酒泉钢铁(集团)有限公司水源地水文地质勘察报告［R］.甘肃地质工程勘察院.2003.

［2］酒泉幅 J－47－［3］1:20万综合水文地质图说明书［R］.甘肃省地质局第二水文地质队.1981.6.

［3］王国荣，杨晓龙等.甘肃省北大河流域(中游)地下水动态监测十年报［R］(2000.1—2009.12).甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院.2010.12.

［4］房佩贤，卫中鼎，廖资生主编.专门水文地质学(修订版)［M］.北京:地质出版社.2002.11.