民勤盆地地下水资源开采潜力评价

甘 雨，王晓玮

(中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083)



民勤盆地地下水资源开采潜力评价

甘 雨，王晓玮

(中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083)

民勤盆地位于我国甘肃省河西走廊石羊河流域的下游，上个世纪九十年代以后，该区域由于地下水大规模的开采，造成了水质恶化、植被退化、沙漠入侵等一系列的严重的生态和环境问题。为准确评价民勤盆地的地下水资源开采潜力,采用相对完整的地下水综合潜力评价方法，对民勤盆地地下水开采潜力进行定量评价。结果表明，民勤盆地地下水开采潜力指数P为1.16，潜力系数为1.18，地下水综合潜力模数为0.31，从综合地下水开发利用现状来看，地下水潜力一般，地下水开发利用处于临界值，地下水开发利用在保证当地国民经济规划用水中已处于极限状态。为今后地下水资源开发利用提供依据，保证民勤盆地生态环境安全。

民勤盆地；地下水资源；开采潜力评价

民勤盆地位于甘肃省河西走廊石羊河流域的下游，上个世纪九十年代以后，由于地下水大规模的开采，民勤盆地地下水水位迅速下降，造成了水质恶化、植被退化、沙漠入侵等一系列的严重的生态和环境问题。在合理评价地下水资源可开采量的基础上，对地下水资源开采潜力进行评价，可以为今后的地下水资源开发利用提供依据，保证民勤生态环境的安全。

原有地下水潜力评估是以“开采程度”进行的。王贵玲[1]提出了地下水开采潜力的统一概念，是指一个特定地区, 具一定评价深度，在一定技术经济条件和环境约束下的地下水可增加的利用量；地下水潜力可从现状潜力、环境潜力和技术经济潜力三个方面进行综合评价；同时提出了地下水开采潜力系数的概念。程斌等[2]在此定义的基础上根据民勤盆地地下水历史开采数据分析评价地下水开采潜力。目前常用的地下水开采潜力评价方法有地下水剩余系数[3]、开采潜力指数等[4]。目前的潜力评价基本是建立在历史开采数据上，对变化条件下的地下水资源可开采量以及现行实施的水利规划方案的结合较少，不能真正反映地下水的开采潜力。

本文在前期地下水资源可开采量评价工作的基础上，基于《地下水潜力评价技术要求》(GW I-D4)提出的地下水综合潜力评价方法，对民勤盆地地下水开采潜力进行定量评价。为了验证定量评价结果的准确性，定性分析开采潜力与生态环境、地下水开采来源、多年均衡之间的关系，并将评价结果与已有评价结果进行对比。研究表明，此次采用的数据来源可靠，评价结果满足内陆西北河流域“三水”转换的客观规律，具有较强的参考价值。

1 评价方法

中国地质调查局2004年针对全国地下水资源极其环境问题调查评价项目，提出了《地下水潜力评价技术要求》(GW I-D4)，提出了一套相对完整的地下水综合潜力评价方法。其地下水开采潜力和超采程度评价指标主要包括：

1.1 现状开采潜力指数

现状开采潜力指数是反映地下水现状开发利用条件下开采潜力，其计算公式为：

P=Q可采/Q开采

(1)

式中：P为地下水开采潜力指数；Q可采为评价的地下水可开采量(104m3/a)；Q开采为地下水现状开采量，指通过调查统计获得的实际开采量(104m3/a)。

1.2 利用潜力

利用潜力是指规划期内地下水资源利用过程中节约出来可供再利用以缓解地下水开采压力的数量，以Q利用潜力表示，其计算公式为：

Q利用潜力=T农+T工+T生

(2)

式中：T农为农业节约的地下水量(104m3/a)；T工为工业节约的地下水量(104m3/a)；T生为生活节约的地下水量(104m3/a)。

1.3 开采潜力

开采潜力由可扩大的开采资源量和开采盈余量组成，以Q开采潜力表示，其计算公式为：

Q开采潜力=Q可扩大开+Q盈余

(3)

其中可扩大的开采资源主要指规划期内非常规水(包括雨水、咸水微咸水、污水、矿排水等)的合理改造利用扩大的、依靠环境容量扩大的以及改变评价标准(如最大允许降深增加)扩大的地下水资源量，以Q可扩大开表示，其计算公式为：

Q可扩大开=A非+A环+A评

(4)

式中：A非为非常规水利用扩大的水资源量(104m3/a)；A环为环境容量扩大的水资源量(104m3/a)；A评为评价标准改变扩大的水资源量(104m3/a)。

开采盈余量为地下水可开采量减去现状开采量后盈余的部分，以Q盈余表示，其计算公式为：

Q盈余=Q可采-Q开采

(5)

1.4 地下水潜力系数

地下水潜力系数是反映规划期内地下水开采和利用潜力的相对系数，以α表示，其计算公式为：

(6)

1.5 地下水综合潜力和地下水综合潜力模数

地下水综合潜力是反映规划期内地下水资源实际存在的可开采潜力，以Q综合表示，其计算公式为：

Q综合=Q利用潜力+Q开采潜力

(7)

地下水综合潜力模数反映的是单位面积上地下水的利用潜力和开采潜力总量，其计算公式为：

(8)

式中：M综合为地下水综合潜力模数(104m3/km2·a)；F为评价区面积(km2)。

利用上述指标，定量研究水资源利用对地下水开采的影响，确定地下水开采盈余量、地下水可扩大的可开采量和地下水利用节约水量，从而达 到地下水开采潜力和超采程度定量综合评价的目的。

1.6 现状开采潜力和超采程度评价

依据计算的P值，依照表1对现状开采潜力和超采程度进行评价和分级。根据地下水开采量调查和评价的可开采量，依据国民经济和社会发展规划、节水社会建设规划、生态环境保护规划等成果，采用给定的计算公式，计算Q利用潜力和Q开采潜力。利用计算的α和M综合，依照表2对规划期内地下水开采潜力进行综合评价分级。

表1 现状开采潜力和超采程度分级标准

表2 开采潜力分级表

2 民勤盆地地下水潜力评价

2.1 民勤地下水开发利用现状

民勤盆地位于石羊河下游，平均气温为7.8℃，年平均降水量110 mm，年平均蒸发量为2 604.3 mm。上个世纪九十年代以后，由于大规模的垦荒造成地下水开采量急剧增加，再加上上游工农业生产的发展，用水量不断增加，红崖山水库上游来水急剧减少，民勤盆地地下水水位平均下降速率为0.56 m/a。2001年—2010年平均补排差为-1.06亿 m3/a。随着民勤蔡旗断面来水量不断增大，最近几年有所好转。在2010年出现0.2亿 m3节余。

2.2 定量评价结果

依据水利部最新一次的评价结果[5]，民勤盆地Q可采为10 000×104m3/a；依据民勤县2014水资源公报，民勤县红崖山灌区范围内工业、农业和生活用地下水开采量为8 624×104m3，即Q开采为8 624×104m3/a。

依据《民勤县水资源综合规划》[6]，2010年民勤盆地内红崖山灌区的坝区、湖区和泉山三个灌区，地下水总用水量12 690×104m3，占灌区总用水量33 404×104m3的38.0%，占全县总用水量35 107×104m3的36.2%。依据石羊河流域综合规划[7]，在现状节水水平基础上，考虑用水定额和用水量的变化趋势，所确定的2002年和2030年两个水平年的需水方案为“基本方案”，并以此进一步加大节水投入力度，强化需水管理，抑制需水过快增长，进一步提高用水效率和节水水平等各种措施后，所确定的需水方案为“强化节水方案”。以“强化节水方案”比“基本方案”的节水量作为计算依据，2020年的生活、和二三产业的节水量为1 012×104m3，通过提高灌溉水利用系数和节灌率，相对于“基本方案”农业灌溉用水可以节约2 610×104m3。基于上述结果，计算可得规划到2020年，民勤县节水量为3 622×104m3。以前述比例计算，民勤盆地红崖山灌区范围内可节约地下水1 311×104m3，平均每年节水131×104m3。

目前缺乏民勤县关于非常规水资源利用的资料，暂定A非为0；由于民勤盆地本身不产流，因此通过环境容量扩大产生的可扩大开采量A环为0；在民勤盆地，由于地下水的生态作用异常重要，因此通过改变允许最大降深增加可扩大开采资源的途径短期内无法实现，即A评为0。

依据上述数据，可以计算得到Q利用潜力=131×104m3/a，Q可扩大开=0，Q盈余=1 376×104m3/a。

根据超采区开采潜力和超采程度评价方法，可以得到如下评价结论；

民勤盆地地下水开采潜力指数P=1.16，潜力和超采程度划分基本属于采补平衡阶段；

民勤盆地地下水潜力系数α=1.18，地下水综合潜力为1 507×104m3/a，地下水综合潜力模数为0.31，综合评价结果为地下水潜力一般，地下水开发利用处于临界值，不能进一步加大开发利用强度。

3 评价结果的验证和讨论

3.1 开采潜力定性分析

在收集有关资料和地下水资源评价的基础上，对民勤盆地的生态条件、补给来源以及多年均衡进行分析，开展开采潜力定性分析。以便对定量分析进行验证和佐证。

3.1.1 生态条件下开采潜力分析

在民勤盆地，随着九十年代后地下水人超采，地下水位大幅度下，已经远远低于生态水位，地下水维持的天然植被范围极小，民勤盆地在现有开采条件下，即适宜天然植被生长的范围衰减明显，民勤盆地地下水的生态功能已经处于非常薄弱的状态，即使少量增加开采量仍然会导致生态条件的进一步恶化。地下水资源从生态方面来看已经没有开采潜力，处于超采状态。

3.1.2 地下水开采来源与开采潜力关系

根据同位素分析结果，认为民勤盆地目前使用的灌溉地下水均为地质时期封存或入渗补给年代久远的古水。目前降水及民勤渠系田间灌溉入渗对民勤地下水补给作用甚微[8]。随着节水灌溉的推广实施，地下水的补给条件发生变化，地下水补给只有洗压盐碱的苗水灌溉入渗可对地下水形成有效补给, 并使浅层地下水在补给过程中转化为咸水。民勤现在开采地下水主要为上游侧向补给资源量及储存资源量，从此方面看无开采潜力。

3.1.3 多年均衡与开采潜力关系

民勤盆地2001—2010年多年地下水平均补给量为2.06亿 m3/a，而地下水开采量为3.13亿 m3/a，平均开采系数为1.52，盈余量-1.06亿 m3/a。说明补给资源量和袭夺的排泄量无法满足目前对地下水的需求，开采已经开始动用储存资源量，最直观的反映就是无论补给资源量如何变化，地下水位呈现持续下降状态。因此目前盆地尺度上地下水仍处于超采状态，基本无开采潜力。

3.2 与已有评价结果的对比

程斌[2]评价的2000年民勤盆地开采潜力，湖区灌区基本平衡，泉山坝区潜力严重不足。本研究结合民勤水资源综合规划和红崖山来水量的基础上根据民勤盆地地下水利用情况对民勤盆地地下水开采潜力进行评价。评价结果更能真实反映民勤盆地真实的地下水开采潜力据《甘肃省超采评价报告》[9]，将民勤盆地划分为浅层大型一般超采区。与此成果相比，本文虽然对超采的严重程度评价有所减弱，但是主要原因在本文是从水量角度对超采进行评价，并使用了更新的资料结合了石羊河流域重点规划，考虑西北内陆河流域“三水”转化，体现了流域重点治理的成果。而且本文使用的开采潜力的评价指标，与已有超采区评价技术方法主要评价过去时间段的超采程度不同，除了可以评价现状超采程度外，更重要的是未来的开采潜力进行了定性分析评价，定量化评价精度得到保障，有助于地方水资源管理部门开展决策。因此，综合来看，本研究评价的地下水开采潜力的评价结果是合理的和可行的。

4 结语

(1)本文采用中国地质调查局提出的地下水综合潜力评价方法，对民勤盆地地下水开采潜力进行了评价。民勤盆地地下水开采潜力指数P=1.16，潜力和超采程度划分基本属于采补平衡阶段；地下水潜力系数α=1.18，地下水综合潜力为1 507×104m3/a，地下水综合潜力模数为0.31，综合评价结果为地下水潜力一般，地下水开发利用处于临界值，不能进一步加大开发利用强度。

(2)通过定性分析对定量评价的结果进行了分析验证，确定了民勤盆地地下水开采潜力一般，地下水开发利用在保证当地国民经济规划用水中已处于极限状态，不能再加大对民勤地下水的开采。

(3)在进行地下水开采潜力评价的过程中，不能仅仅只着眼于现状年的分析，同时应该考虑历史上大规模的超采引起各类问题的治理和修复，在可开采资源量中要扣除地下水恢复的资源量，同时也要参考流域规划，开发地下水潜力。

(4)民勤盆地现状地下水开采主要用于农业灌溉，未来应通过调整产业结构，增大二、三产业的比例，加强水资源的循环利用，提高非常规水资源利用水平。

[1]王贵玲, 刘志明, 刘花台, 等.地下水潜力评价方法[J].水文地质工程地质.2003(1):63 -66.

[2]程斌, 李志杰,蔡明科, 等.民勤盆地地下水开发潜力分析[J].安徽农业科技.2009(29):14301-14302.

[3]孙才志, 陈光, 杨静, 等. 山西省黄河流域地下水资源分布特征、开采潜力与用水对策分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版). 2004(03):410-414.

[4]明强, 高宗军, 赵玉祥. 青岛市主要供水水源地地下水资源开采潜力分析[J].地下水.2010(01):56-58.

[5]中国地质大学(北京).西北内陆河流域典型地下水超采地区总量控制指标制定及合理性分析报告[R].2015.

[6]兰州大学. 民勤县水资源综合规划[R].2013.

[7]甘肃省水利厅，甘肃省发展和改革委员会. 石羊河流域重点治理规划[R].2007.

[8]李丁, 马金珠, 南忠仁. 民勤盆地地下水水位下降特征与可持续利用评价[J].中国沙漠.2004,24(6):734-739.

[9]甘肃省水文水资源局. 甘肃省地下水超采区评价报告[R].2012.

Exploitation potential evaluation of groundwater resources in Minqin Basin

GAN Yu，WANG Xiao-wei

(School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 10083,China)

Minqin Basin is located in the lower reaches of Shiyang river basin in hexi corridor of genus province. after the 90s of last century, due to the large-scale exploitation of groundwater in the area, have caused a series of serious ecological and environmental problem such as deterioration of water quality, vegetation degeneration and desert-invasion and so on. In order to accurately evaluate the exploitation potential of groundwater resources in Minqin basin, we quantitatively evaluate groundwater exploitation potential in Minqin basin by a comprehensive evaluation method of groundwater comprehensive potential. Results show that the potential index of groundwater exploitation in Minqin basin is 1.16 and potential coefficient is1.18 and the groundwater potential modulus is 0.31 .Based on the present situation of comprehensive groundwater development and utilization, groundwater exploitation and utilization at critical value has been in the limit state amongst ensuring the local national economic planning with water and groundwater potential is commonly. This provides the basis for the development and utilization of groundwater resources and ensures the ecological environment security.

Minqin Basin；groundwater resources；exploitation potential evaluation

2017-01-03

水利部行政事业性项目：“西北内陆河流域地下水超采区总量控制与管理制度建设”(1261521610010)

甘雨(1991-)，男，河南邓州人，在读硕士研究生，主攻方向：水文地质学。

[通讯简介] 王晓玮(1982-)，男，山东泰安人，博士，研究方向：地下水资源管理。

P641.8

A

1004-1184(2017)03-0008-03