敦煌盆地地下水开发利用产生的环境效应分析

周　斌

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)



敦煌盆地地下水开发利用产生的环境效应分析

周斌

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

[摘要]敦煌盆地地处疏勒河流域与党河流域的下游，是敦煌市城镇和农业绿洲主要分布区。盆地内水资源经过2000多年的开发利用，使得盆地的自然环境和人文景观也经历了显著的变化。尤其是新中国建立后的50多年中，由于经济发展、人口增长和耕地面积不断增加，对地表水的过度开发和对地下水的大量超采，使得整个盆地区水资源“收支”平衡被打破，使得盆地内产生了诸如：地下水位持续下降、湿地萎缩、植被退化、土地沙漠化和土壤盐碱化等不良生态环境效应。初步分析敦煌盆地内地下水的开发利用状况和由此产生的不良生态环境效应，并有针对性的提出了治理生态环境效应的方法与对策。

[关键词]敦煌盆地；地下水；开发利用；环境效应

敦煌盆地近几十年来，随着经济发展、人口增长和耕地面积不断增加，对水资源的需求日益扩大。在水资源开发利用过程中，对地表水的过度开发和对地下水的大量超采，使得整个盆地区水资源“收支”平衡被打破，出现了负均衡，引起地下水位持续下降，泉水逐年减少，85%以上的湖泊产生干枯[1]，喜水、湿植物大量死亡，世界闻名的月牙泉不得不靠人工渗水来维持“生存”等环境恶化现象。

1地下水资源开发利用

敦煌盆地地处疏勒河与党河流域下游地区，地下水资源的利用已有2000多年的历史。2000多年来，盆地的自然环境和人文景观也经历了显著的变化，人类的生活和生产活动，大致经历了游牧为主～农牧交替～农业为主的演替变化。

特别是新中国成立至今，研究区内人口激增，耕地面积不断扩大，地下水开采量逐年猛增。此外,由于渠道的高标准衬砌和节水措施的实施，地下水的利用率越来越高。地下水资源的开发利用，对区内工农业生产的发展起到了很大的促进作用。

2007年敦煌盆地地下水总开采量13 908×104m3(农业灌溉开采量10 541×104m3，农林场1 417×104m3，生活用水1 523×104m3，工业用水131×104m3)[1]；地下水主要用于农田补充灌溉(灌溉面积2.781 3×104hm2)及城市生活、人畜饮用和部分乡镇企业用水。通过水资源均衡计算，考虑到保护区内的绿洲、湿地、湖泊，在没有获得外流补给水源的情况下，今后要逐步减少地下水的开采，限制超采地下水，最后达到采补平衡为止。

2地下水资源开发利用的环境效应

近几十年来，党河流域地表、地下水资源的开发利用取得了巨大的社会效益和经济效益。但从经济和社会发展的要求来看，地下水的开发利用亦产生了诸多的环境效应。

2.1地下水位持续下降

近50多年的断续观测资料表明，区内地下水位呈现大范围整体下降的趋势(泉水溢出带除外)，下降幅度总体表现为南部大于北部，东部大于西部；下降速度表现为逐年增大。

党河灌区南部的月牙泉泉湖水位从上世纪50年代至2004年水位累计下降9～10 m，最大水深由50年代的10 m左右，降至目前的1.2 m左右，水位下降速度也由70年代的年均下降几厘米、十几厘米逐渐增至现在的二三十厘米，致使著名的月牙泉面临消亡的困境[1](图1)。

七里镇、郭家堡一带1966～1980年水位下降了4.99～5.90 m，1997～2003年下降1.03 m，年均下降0.15 m；东部五墩乡一带1999～2004年水位下降1.88 m，降幅 0.38 m。玉门关～马迷兔一带2003～2004年地下水位下降0.03～0.09 m，降幅不大，基本稳定。近10年党河灌区南部水位累计下降0.64～4.0 m，近50年来局部水位累计下降5～10 m。

2.2湿地萎缩

湿地在调节气候，净化环境，维持生物多样性和生态平衡，提供资源等方面具有十分重要的作用，被誉为“地球之肾”、“生命的摇篮”、“物种基因库”“气候调节器”等，受到全世界的广泛关注[2]。

盆地内湖泊湿地零星分布于流域下游的玉门关、后坑等地。沼泽湿地主要分布于党河扇前地下水溢出带的湾窑、马迷兔、后坑、玉门关及大方盘等地湖泊湿地外围。

近几十年来，由于地下水资源的不断减少所引起的地下水位持续下降和泉水资源大幅度削减，导致区内湿地大面积萎缩。而今随着大面积垦荒(相当一部分是开发的湿地、草地)，地表水已经远远不能满足农灌需水要求，在此情况下大量开采地下水，10年时间地下水位累积下降了0.6～4 m，导致部分泉眼干枯，湖泽消失，湿地萎缩[1]。目前敦煌盆地湿地面积从1950年的25×104hm2减少到现在的不足2×104hm2[1]，胡杨、柽柳大部分死亡，湿地周边芦苇等植被生长不良，而且地下水位仍在不断下降，湿地萎缩的趋势并没有得到有效遏制。

图1　月牙泉泉域变化对比照片

2.3植被退化

区域性地下水位下降和泉水资源的大幅度衰减直接导致了区内植被生态系统的衰退[1]。近几十年来，由于河流的干涸和河道迁移，使原来沿疏勒河、党河河岸发育的林带及灌丛迅速退化乃至消失，沿泉水溢出带广为分布的沼泽及喜水植被随着泉水减少而衰亡，代之而起的是旱生、沙生和盐生草甸。

此外，水质恶化也是造成植被退化的主要原因之一。由表1[1]可以看出：地下水矿化度小于3～3.5 g/L，植物大多生长良好，大于6～10 g/L，植物稀疏退化，大于10 g/L以上，植物枯萎死亡。

表1　主要植物生长状态与地下水矿化度的关系[1]　g/L

由水质恶化引起的植被退化主要发生在河流中下游区。随着地下水矿化度逐渐增高，植物也由不耐盐的退化为耐盐的，由生长茂密变为生长稀疏，进而枯萎死亡，最后留下大片的盐壳。如哈拉诺尔、哈拉池、波罗湖、干海子和敦煌伊塘湖等都因地下水矿化度过高而使植被死亡，地表积盐形成了大片的盐壳。

2.4沙漠化问题严重

2.4.1土地沙漠化趋势加重

土地沙漠化与人类过度垦荒，大量开发利用水资源引起的地下水位下降、植被衰亡关系十分密切[1]。自从双塔水库修建以后，河流下游来水量减少甚至断流，绿洲萎缩或整体消亡，荒废的河流故道，包括河流归缩的尾闾湖细土沉积被风蚀演化为风蚀地，河道变为流动沙丘[1][3]。同样由于水位下降，植被退化、衰亡，使区内风蚀作用不断加强，土地沙漠化进程加快。此外，近些年实施的移民工程破土面积较大，毁坏和扰动了原地貌，使地表细颗粒物质松散，形成新的沙源。安西的七墩滩乡移民开发区，原来的荒漠草地新出现高近2 m的沙丘和小型风蚀沙地。

2.4.2阳关与玉门关面临被吞噬危险

阳关和玉门关为中国古代陆路对外交通咽喉之地，是著名的“丝绸之路”必经的关隘，其遗址处于中度沙漠化地带。沙漠化对敦煌文物遗迹造成严重危害，敦煌沙漠化的加剧导致阳关和玉门关遗址墙基向内凹和墙体表面剥蚀严重，残存的阳关、玉门关遗址也正一天天地被吞噬，最终将会消失在人类视线之内。因此，防治敦煌沙漠化，保护好残存的阳关、玉门关遗址具有重要的历史意义。

2.4.3病害累累的莫高窟四面楚歌

敦煌莫高窟是我国珍贵的文化艺术宝库，在中国文化史和世界文化史上占有重要的地位。其主要病害问题有洞窟围岩裂隙问题、洞窟壁画酥碱问题、风沙侵蚀问题。

敦煌盆地素有“世界风库”之称，大风和沙暴频繁，多年平均大风(五级以上)日80 d左右，沙尘暴约20次。风力一般2～4级，风速17 m/s，而且呈逐年加剧趋势。沙尘暴使空气挟带沙量加大，莫高窟风沙侵蚀问题严重。

2.5土壤盐渍化

2.5.1盐渍化土的分布及特征

盆地降水稀少、蒸发强烈、水位浅埋，分布有大片的盐渍化土地，盐渍化程度在不同地段差别较大，但总体表现出自南而北，从东到西，沿地表坡降和河流流向土壤含盐量逐渐增高的趋势。

盐渍土对农作物的生长有强烈的抑制作用。据有关资料，轻、中盐渍化土一般产量仅为非盐渍土的60%～70%，而重盐渍土中仅能生长红柳、芨芨草等耐盐碱植物。重、特重盐土大多寸草难生，呈现一片颓废景观。

2.5.2地下水资源开发利用对土壤盐渍化的影响

地下水资源开发利用对土壤盐渍化的影响主要表现在两个方面：一是大量开采高矿化的地下水(矿化度大于3 g/L)灌溉，在强烈的蒸发浓缩作用下，表层土壤积盐速度加快，土壤盐渍化程度加重；二是地下水浅埋区大量引灌地表水、泉水资源(大水漫灌抬高了地下水位)，加之排水不畅，盐份在土壤上层聚集产生次生盐渍化现象或使原生盐渍土盐渍化程度加重。

1)开采微咸水灌溉，使土壤盐渍化程度加重

党河等河流出山口后带入区内的盐分随地表水和地下水从河流上游到下游，从地形高到低的区段迁移，沿途由于蒸发浓缩、土壤颗粒吸附等作用，致使地表水、地下水矿化度逐渐增高。一般条件下，地表水、地下水矿化度越高，土壤积盐程度越大[1][3]。

水资源的利用过程是土壤不断积盐，土壤向盐渍化土发育的过程；而长期大量开采咸水微咸水进行灌溉，其结果必将加快土壤表层积盐的速度，使土壤盐渍化程度进一步加重。

2)灌溉引起地下水位上升，土壤盐渍化程度加重

区内部分地段由于只重视增加地表水的引用，而节水工程灌溉技术落后，部分灌区为了洗盐压盐，不断提高灌溉定额，人为地抬高了地下水位，到来年春夏随着蒸发强度的增大，土壤含盐量急剧上升，反而加重了土壤的盐渍化程度，形成了恶性循环。此外，由于地下水位上升，原生盐渍土区蒸发量增大，使盐渍化程度进一步加重。

2.5.3土壤盐渍化的防治

区内盐渍土的形成大部分属于自然因素长期作用的结果，但原生盐渍土盐渍化程度的加重和次生盐渍土的产生与人类不合理利用水资源所导致的水资源分布格局和水、盐关系的改变密切相关。因此，灌区土壤盐渍化的防治必须在农灌节水的基础上，对区内水、盐动态进行调控。主要措施如下：

1)大力推广节水灌溉技术，有效降低地下水位

在中上游区采用先进合理的灌溉技术，改大水漫灌为畦灌，按农业用水量调控灌溉定额，控制地表水的供给量，减少地下水的入渗补给量；在中下游区加大地下水的开采量，发展竖井排灌，以灌代排，或开挖排水沟(主要是矿化度大于3 g/L的浅埋区)，降低并控制地下水位，使地下水位处于临界深度2.5～3.0 m以下。

未来一年，赵明武还将进一步调整种植结构，摸索更加完善的种植模式，解决小岗村稻米种植规模小、品种单一、无法形成统一品牌的问题。

2)增加植被覆盖率，使恶性的地表蒸发变为良性的植物蒸腾

植树造林、种植耐盐的苜蓿等不但可美化环境，而且能降低地下水位，防止土壤表层积盐。新疆阿克苏的观测资料表明，一条成年钻天杨林带蒸腾水量(200 d)为8 364 m3，每株蒸腾量1.4 m3，一条成年沙枣林带在生长期200 d中蒸腾量30 150 m3，平均每株蒸腾量为6 m3，相当于一条排水沟排水量。种植苜蓿具有增加绿肥、减少地面蒸发和使土壤脱盐的多种作用。黄花农场试验观测资料表明，种植苜蓿3年后潜水位可降低0.93 m，在1.0 m深度内平均脱盐33%。

3)采用农业技术，减少盐分向土壤表层聚集

农业措施主要有：精耕细作，深翻晒垡、平田压沙、增加肥料，种植绿肥，培肥土壤，种植耐盐作物等，它们都可以消除土壤板结硬化，增加孔隙率，减少毛细作用，对防止土壤表层积盐有显著作用。

3生态环境保护措施

3.1西湖国家自然保护区生态恢复措施

综合考虑和分析西湖自然保护区生态环境与需水量及敦煌地区对西湖自然保护区的生态补水能力。将西湖生态维持在2007年现状生态环境面貌不退化的基础上，在2015～2020年使保护区生态恢复到1990年左右的生态环境水平，保护区内湖泊沼泽地面积由目前的108 km2增加到达到140 km2。

要实现上述目标，在现状水文地质环境条件不变的情况下，根据研究在2015年保证双塔水库下泄5 600×104m3生态水量，进入敦煌境内双墩子断面水量达到2 000×104m3，另一方面由党河调水4 000×104m3通过南湖山水沟河道入渗补给生态区地下水；2020年通过疏勒河灌区的节水改造，增加双塔水库下泄水量至7 500×104m3，并3 500×104m3进入敦煌境内，再加上从党河调水4 000×104m3由山水沟河道入渗补给西湖保护区地下水，这样采取南、北两个方向同时向西湖保护区补水的措施，以保证西湖保护区生态得到恢复，湿地面积得到扩大。

3.2月牙泉水位恢复措施

月牙泉恢复的关键在于增加月牙泉区域地下水的补给，局部抬升周边地下水水位。

要实现上述目标，除了灌区内部节水措施外，将灌区地下水开采量由目前的13 084×104m3减少到6 000×104m3以内，同时需要从党河水库调水4 000×104m3/a，通过党河河道或鸣沙山南侧的低洼地带进行自然渗漏补给月牙泉湖周围地下水水含水层，根据初步预测分析到2020年使敦煌城区以南大约100 km2的范围内地下水位上升2～3 m左右。

3.3敦煌灌区绿洲和湿地保护措施

保持和恢复敦煌灌区外绿洲和湿地的根本措施在于实现疏勒河下游及党河下游下泄足够的生态用水进入古疏勒河下游河道，生态恢复所需生态补给水源主要为利用双塔水库下泄水量以期进入西湖自然保护区的过路水入渗补给灌区北部生态保护区，同时在敦煌城区以南部月牙泉湖周围补水的过程中，通过地下水自然径流进入灌区生态保护区，达到最终保护灌区东部生态及湿地的作用。

3.4阳关与玉门关生态保护措施

阳关与玉门关的生态环境保护任务主要为稳定和恢复其绿洲规模，阳关的保护可通过南湖灌区节水改造以补充生态用水，考虑到南湖灌区有限的节水潜力，以及阳关与西湖自然保护区之间的相应关系，其生态建设任务为使其恢复1990年左右生态环境面貌。玉门关生态保护主要靠疏勒河水经过时自然补给该区生态用水量。

参考文献

[1]甘肃省地质环境监测院.敦煌盆地地下水资源调查与评价报告(内部资料)[R]. 2010.3.

[2]甘肃省地质调查院.河西走廊典型地区地下水资源合理开发利用调查评价报告[R].(内部资料).2007.1.

[3]张宗祜,李烈荣.中国地下水资源(甘肃卷)[M].中国地图出版社.北京.2005.12.

[中图分类号]P641.8

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0070-03

[作者简介]周斌(1975-)，男，甘肃山丹人，工程师，主要从事水工环方面的地质调查、勘查与研究工作。

[收稿日期]2015-11-16