民勤绿洲水文水资源状况分析

李开继，宁利中,王卓运,王 娜

(西安理工大学 陕西省西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安 710048)

民勤绿洲水文水资源状况分析

李开继，宁利中*,王卓运,王 娜

(西安理工大学 陕西省西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安 710048)

对民勤绿洲地区的水文特征、水资源状况、地下水位下降的原因进行了分析。 2006年以来，虽然流入民勤绿洲的地表水量有了大的增加，但为了维持绿洲生态、发展绿洲经济,地下水的开采致使民勤绿洲的地下水位仍然下降。为了恢复地下水位,建议削减地下水的开采量、增加地下水量、实施取水许可和采取智能化管理等多种措施。

水资源；地下水位；对策；民勤绿洲

民勤绿洲属于温带大陆性干旱气候区，甘肃省河西走廊东部的石羊河流域下游，地处腾格里沙漠的西缘，东北与巴丹吉林沙漠接壤，三面被沙漠、戈壁包围，民勤绿洲在阻隔巴丹吉林和腾格里两大沙漠合拢方面起着巨大的作用。地势由南向北倾斜,海拔1 200～1 500 m,地势平坦,南北纵坡0.1%左右,四面高起,具有明显的盆地地貌特征。由于水资源利用的不均衡，人为干扰的加大等因素，导致当前民勤绿洲环境生态承载力降低，地下水位急剧下降，荒漠植被大面积衰退枯死，风沙线逐步向前推移，荒漠化面积增加、程度加重，绿洲生态环境恶化，严重危及西北乃至华北地区的生态安全[1]。温家宝同志曾先后15次批示“决不能让民勤成为第二个罗布泊!”[2]。水资源短缺是民勤绿洲生态恶化的主导因子，是制约区域生态经济发展的根本因素。

1 自然条件

1)地质、地貌。民勤绿洲地属中潮陆台的阿拉善台块，处于阿拉善台块东南缘的凹陷带。地貌主要表现为低山丘陵、平原和沙漠。

2)气候。属于温带干旱气候区，冬冷夏热，光照充足，昼夜温差25.2 ℃，平均气温7.8 ℃，降水稀少，年均降水量112 mm,蒸发量2 641 mm,年平均风速2.4 m/s,全年盛行西北、西北偏西风 ,日照时数为3 073.5 h，无霜期162 d。

3)植被。植被类型主要有人工和天然植被。人工植被主要以梭梭(Haloxylonammodendron)为主，面积约4.478×104hm2。天然植被组成种类少、层片结构单一化、生产力较低[3]。

民勤绿洲为第四系空隙水良好的汇集场所,巨厚的松散沉积物可分为上新统、下更新统含水层系统和中上更新统、全新统含水层系统[4]。盆地第四系含水层较薄,一般为30～100 m,渗透系数为5～50 m/d,单井出水量为20～100 m3/d。地下水水力坡度由0.1%～0.3%到0.07%～0.08%,单宽径流量70～6 000 m3/(d·km2),径流强度沿径流方向逐渐减少[5]。

2 水文特征分析

2.1 石羊河流域上、中、下游的月平均降水量变化特征分析

为了研究石羊河流域的季节性降水量变化特征,搜集了上游的乌鞘岭、中游的武威(以凉州区为主)、下游的民勤绿洲区3个气象观测站气象资料。

图1 石羊河上中下游降水量的动态曲线Fig.1 Dynamic curve of rainfall in the middle and lower reaches of Shiyang River

图2 石羊河上中下游降水量随季节的动态变化Fig.2 Dynamic changes of rainfall in different seasons in the middle and lower reaches of Shiyang River

将3～5月划为春季、6～8月划为夏季、9～11月划为秋季、12月～次年2月划为冬季。根据图1、图2石羊河流域2012年月平均降水资料，上中下游流域都是夏季降水量达到高峰期,自东向西随季节和地域的变化降水量差异很大，上游的年降水量为389.90 mm，中游的年降水量为168.65 mm，下游民勤绿洲的年降水量为109.67 mm。降水各季分配不匀，主要集中在6～9月，占年均降水量的73%。而且显然上游和中游的年降水量远大于下游的年降水量。

应以适当加大石羊河中上游流域6～9月(6～9月是农忙季节，也是用水量最多的时间段)的人工降雨次数的方式来增加河流的流量，以此增加流进民勤绿洲红崖山水库库区的流量，增加红崖山水库每年泄水浇灌农田的次数，减少机井抽水灌溉农田的次数，以便于地下水位的恢复。

2.2 民勤绿洲区的水文特征分析

2012年民勤地区月平均(潜在)蒸发量、日照时间、近地面风速和空气相对湿度(注：蒸发量和相对湿度的数据借用的是2000年的数据),见图3～图6。

图3 民勤绿洲月平均蒸发量Fig.3 Average monthly evaporation in Minqin oasis

图4 民勤绿洲月平均日照时间Fig.4 Monthly average illumination time in Minqin oasis

图5 民勤绿洲月平均近地面风速Fig.5 Monthly mean wind speed in Minqin oasis

图6 民勤绿洲月平均空气相对湿度Fig.6 Monthly average air relative humidity in Minqin oasis

由图3、图4，民勤绿洲月平均蒸发量、日照时间变化曲线可知,蒸发量在夏季最大(极值出现在7月),达1 167.1 mm,冬季最小为170.5 mm,春季和秋季分别为833.3 mm和480.9 mm,而年总量为2 651.8 mm。月平均蒸发量的最大值出现在7月，月平均光照最长时间也在7月，显然蒸发量的变化与光照时间的变化有紧密的同变关系，说明太阳辐射对蒸发过程有很大的影响[6]。在冬春季节(1～5月)民勤绿洲盛行季风气候。由图5可知，近地风速春季最大(极大值4月)，达3.3 m/s,1～4月曲线的上升速率最大，4～5月略有降低，在冬春季节近地面风速对蒸发量的影响比较大，夏秋季节影响不明显。1～5月蒸发量曲线迅速上升，空气相对湿度迅速降低，说明在冬春季节，蒸发量与空气相对湿度有明显的反向变化关系。1～4月蒸发量曲线上升，空气相对湿度降低；4～7月，蒸发量曲线上升，空气相对湿度曲线上升；8～11月，蒸发量曲线迅速下降，空气相对湿度曲线迅速下降；11～12月蒸发量曲线缓慢下降，空气相对湿度开始回升。说明冬春季节空气相对湿度与蒸发量有反向变化关系，夏秋季节空气相对湿度与蒸发量具有同变关系。由图5、图6曲线的变化对比可知，1～4月近地风速曲线上升，空气相对湿度曲线降低；4～8月近地风速曲线降低，空气相对湿度曲线增加；9～10月近地风速曲线上升，空气相对湿度曲线降低；11～12月近地风速曲线降低，空气相对湿度曲线上升，说明近地风速与空气相对湿度有一定的反向变化关系。显然太阳辐射对蒸发量的影响比较大，而且季节不同，蒸发量的主导影响因素也有所不同，冬春季节主导因素是风速，夏秋季节主导因素是光照。所以，应该科学、合理、经济地对民勤绿洲区域实施人工降雨，减少蒸发浪费，以及增加民勤绿洲区域5～9月的人工降雨量与人工降雨次数，来补给农田植被的需求，以便减少农田灌溉量；减少空气中水分的蒸发损失量；增大地面的渗流量。

3 水资源状况分析

如果把祁连山比作一道高墙，武威和民勤绿洲就在这道陡峭的墙底下。石羊河流域水系发源于祁连山，补给来源为冰川融化的雪水和大气降水。石羊河流域上游是山间盆地，中游是古浪、金昌、武威等地，民勤绿洲是石羊河流域的尾闾。 红崖山水库作为民勤绿洲地表水域的门户，是一座典型的沙漠水库，水库集水面积为13 400 km2，总库容为9 750×104m3。

依据民勤水文站水文资料和省政府《关于石羊河流域水资源分配方案及 2005～2006 年度水量调度实施计划的批复》，民勤绿洲的石羊河来水量逐年减少,1963年以前来水量平均5.144×108m3,1972年减为3.3×108m3,1977年减为2.62×108m3,1992年减为1.71×108m3，进入21世纪来水量下降至1×108m3以下, 年均递减量达到0.1×108m3，在坚持“节调管并重, 以节为主”的治水思路和“调结构、压面积、衬渠道、封机井、上科技”的节水措施下，地表水的削减治理取得了初步进展，进入民勤绿洲的地表水量为:2006 年1.08×108m3,2007 年1.53×108m3,2008年1.79×108m3, 2009年1.97×108m3,2010年2.584×108m3,2011年2.796×108m3,2012年3.38×108m3。尽管地表水来水流量有所增加，但随着工农业的大力发展,为了维持民勤绿洲的生存,在地下水可开采量逐年降低的情况下，进行地下水的开发,导致绿洲地下水位急剧下降。据统计,民勤绿洲地下水可开采量由 2005年5.17×108m3削减为:2006年4.76×108m3, 2007年4.19×108m3, 2008年3.46×108m3, 2009年2.45×108m3, 2010 年1.14×108m3，2011年0.86×108m3，2012年0.48×108m3。显然，从2006年开始地表水逐渐增大，地下水可开发量逐年削减。2006～2012年民勤绿洲的地表来流量与地下水可开采量见图7。

图7 地表水来水流量与地下水可开采量随时间的变化Fig.7 Surface water flow and exploitable quantity of groundwater over time

在2006年以前，从石羊河流域进入民勤绿洲的水流量逐渐减少，年均递减量达到了0.1×108m3[7]。自2006年以来，根据“十一五”规划要求，在国家的大力支持和政府的大力治理下，地表来水流量逐年增加，截止2012年9月11日，石羊河流入民勤绿洲的水量已增加到3.38×108m3，提前实现了《石羊河流域重点治理规划》近期目标要求的水量(2.9×108m3)，这对遏制民勤绿洲生态恶化趋势起到了积极作用。但是，随着地表水量的恢复，地下水可开采量以0.938×108m3/a的速度减少，严重破坏了地下水流的时空分布与稳定性。

4 地下水位下降及其对策4.1 地下水位下降原因分析

民勤绿洲区虽然通过大量开采地下水,缓解了水资源的严重短缺,为民勤绿洲的工农业发展提供了必要的水资源。但由于绿洲区开采地下水超过3×108m3,导致了区域性地下水位从上世纪70年代的1～9 m下降到现在的12～28 m[4]。民勤绿洲区地下水位急剧下降的发展态势是:绿洲中部地区下降比较明显,下降达0.5～1.4 m/a,边缘地区下降态势与中部相比较为缓慢,下降0.5 m/a以下。截至1999年,地下水位大都下降了15 m左右[4]。

地下水位下降的主要原因是缺水。根据恢复地下水位的原则,先使地下水位下降的速率减小,然后使地下水位不再下降,最终再逐年恢复到适宜的生态地下水位。

4.2 治理对策

1)加快水利工程建设促进节水。坚持效益为先、节水为本，加快灌溉区节水工程建设，改善农业生产条件和农业生产能力，提高水利用率。

2)调整植物结构节水。以节水增收为核心，大力发展瓜果蔬菜业，如葡萄、枸杞、红枣等耐旱产业。

3)增加人工降雨次数，减小区域蒸发量，增大地面渗流，增加地下水量。

4)严格遵循水利部取水许可管理办法。

5)细化对农用机井的管理，减少对地下水的开采。“机井”是抹杀民勤绿洲的利刃，必须加强农用机井的管理力度，给出以下建议：①农用机井是西北地区的重要灌溉和人畜饮水设施，是北方发展农业的物质基础，为了既不影响全县农业经济的发展，也不妨碍生态系统的恢复，应在机井较多的地区建立和健全以灌溉为主的机井管理站;②农用机井应该由村组统一管理、规划和建配，统一调配水量，有利于充分发挥农田灌溉效益;③采取以电控水[8]，水窖蓄水的办法，是现阶段管理地下水最直接最有效的措施，用水制度明晰到灌区、村、组、单个机井和各用水农户，实行用水总量控制。

5 结 论

本文对民勤绿洲地区的水文特征、水资源状况、地下水位下降的原因进行了分析。光照时间、近地风速、空气相对湿度对蒸发量的变化有一定的影响，蒸发量的变化与光照时数的变化有一定的同变关系,与空气相对湿度有一定的反向变化关系，在冬春季节(盛行季风气候的季节)，近地面风速是影响蒸发量变化的主要因素,与蒸发量有显著的正相关性。太阳辐射对蒸发量的影响比较显著。季节不同，对蒸发量的主导影响因素也有所不同，冬春季节主导因素是风速，夏秋季节主导因素是光照。提出了缓减地下水位下降趋势、恢复地下水位的对策。

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Hydrology and water resources in Minqin Oasis

LI Kai-Ji，NING Li-Zhong*，WANG Zhuo-Yun，WANG Na

(State Key Laboratory of Eco-Hydraulic Engineering in Shaanxi, Xi’an University of Technology,Xi’an 710048, China)

Hydrological characteristics,status of water resources and reasons for the decline of groundwater table in the Minqin oasis are analyzed. Since 2006, the surface water inflowed Minqin oasis has increased, but the exploitation of groundwater causes still groundwater drawdown to maintain the ecological and to develop the economy of Minqin oasis. In order to restore the underground water table, the suggestions for reducing amount of groundwater exploitation, increasing the underground water, implementing abstraction permits and taking the intelligent management are proposed.

water resources; groundwater table; countermeasure;Minqin Oasis

10.13524/j.2095-008x.2014.01.005

2013-12-24；

2014-01-15

陕西省重点学科建设专项资金项目

李开继(1987-)，男，甘肃武威人，硕士研究生,研究方向：水力学及河流动力学，E-mail:348285456@qq.com;*通讯作者： 宁利中(1961-)，男，陕西西安人，教授,博士， 研究方向：高速水力学、河流动力学，E-mail:ninglz@xaut.edu.cn。

TV211

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2095-008X(2014)01-0023-05