灌区地下水生态存在问题与修复治理措施

庹世华

(甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000)

1 基本情况

高台县位于甘肃省河西走廊中部的张掖市境内，骆驼城灌区位于高台县西南25km处，承担着1个镇、13个行政村、80个社、113个农场、11.89万亩的灌溉任务，其中耕地10.13万亩；林草地1.76万亩。灌区年平均气温7.6℃，极端最高气温38.7℃，极端最低气温-31℃，年日照时数达3118.3h，全年无霜期149d，太阳辐射总量为148.2kcal/(cm·a)。年平均降水量105.8mm，年蒸发量1966.7mm，是年降水量的18.6倍。区内除每年雨季偶尔形成暂时性洪流外，无常年性地表水流。南部的黑河西总干渠于1998年建成通水，从黑河草滩庄水利枢纽按比例取水输入骆驼城灌区，为本灌区的辅助水源。目前渠灌面积1.92万亩，井灌9.97万亩。配套机电井728眼，其中农业机井718眼，工业机井10眼。是以提取地下水灌溉为主，引黑河西干渠水灌溉为辅的水资源严重短缺的灌区。

2 灌区水生态环境现状分析

2.1 灌区水文地质条件

2.1.1地下水类型、含水层和补排特征

骆驼城灌区地处马营河-摆浪河山前复合洪积扇裙东翼前缘，地下水属第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于中上更新含水层中，大部分为潜水，仅在灌区北部分布有潜水-承压水。第四系厚度250～500m之间，水位埋深14.57～100m，自南而北渐浅，含水层岩性主要以砂砾卵石、砂砾石、含砾中粗砂、中细砂为主，局部夹有亚砂土、亚黏土，颗粒由南而北渐细，含水层厚度100～300m，区内机井深度多在120m以内。含水层渗透系数1～9m/d，降深5m的单井涌水量南部为3000～5000m3/d，北部1000～3000m3/d。

灌区由于地下水埋藏较深，接受洪流入渗及降凝水入渗补给量是非常少的，因此地下水的补给主要是以侧向径流为主，占灌区总补给量的90%；其次是渠系渗漏补给，仅占总补给资源量的10%。区内地下水的主要排泄方式为人工开采，占排泄总量的75%，其余水量向东北侧向补给相邻灌区。骆驼城灌区位置示意图如图1所示。

图1 骆驼城灌区位置示意图

2.1.2地下水化学动态及年内动态

灌区内地下水溶解性总固体值在0.5～1.0g/L之间，由南向北变大，水化学类型主要以硫酸-重碳酸-钠-镁型和硫酸-钠-镁型水为主，区内地下水化学特征变化不大，TDS多年平均变幅为255.94mg/L，氟离子多年平均变幅0.25mg/L。区内地下水动态类型属开采型，其动态特征严格地对应于开采的强弱变化，呈现单谷单峰型。高水位期出现于12月—翌年4月非开采期，低水位期出现于6—11月的开采期，年变幅1.24—6.8m。截至2018年，区内共有地下水环境动态监测孔3眼，编号分别为水11、水12、水13，根据3眼监测孔1985—2018年动态监测资料分析，骆驼城灌区为区域性水位持续下降区，平均每年下降0.1～0.5m，其中最大年份下降0.68m。1996年与1973年水位对比，非灌溉期水位下降8～13m，灌溉期水位下降10～15m。以水11监测井的2016年数据为例，水位变幅动态过程如图2所示。

图2 11号动态监测井2016年动态曲线

2.2 地下水质量评价

依据GB/T14848—2017《地下水质量标准》要求，对灌区内的2个取样点的水质进行地下水质综合评价，评价因子选取嗅和味、肉眼可见物、pH、溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、高锰酸盐指数、氨氮、铁、氟化物等13项。

评价结果表明，区内地下水水质较差，主要是硫酸盐及亚硝酸盐含量超标。

2.3 地下水允许开采量

根据调查，骆驼城灌区面积112.9km2，超采区面积77.8km2，区内地下水天然补给量为2471.53万m3/a，天然排泄量1153.42万m3/a，可动用储存量为万1162.53m3/a，灌区地下水允许开采量2481.03万m3/a，实际开采量3452.2万m3/a，灌区超采量971.17万m3/a。

3 灌区存在的主要生态问题

3.1 地下水水质变化

地下水水质变化的主要原因是山前倾斜平原区的地貌特征使地下水向下游灌区汇集，加之灌区水重复利用，使得灌区地下水在自然蒸发下水中盐分富集，二者共同作用引起硫酸盐、亚硝酸盐等项目超标，指标均大于Ⅲ类水质标准。

3.2 超采区引发的环境生态问题

由于该灌区无序的地下水开采和水资源无效管理，超采量超过了允许超采量的40%，造成超采区的主要生态环境问题是土地沙漠化、植被退化及水环境污染，并且有逐年扩展的趋势。

3.3 区域性水位持续下降

在1990年以前，灌区地下水以径流型为主，水位动态基本处于天然状态，虽然地下水位也呈下降趋势，但降幅较小，平均每年下降0.12m；1991年以后，随着灌溉面积不断扩大，对水资源的需求量日趋增加，开始大规模开采地下水，使区内地下水位大幅度下降。据长期观测资料，1991—2002年地下水位共下降了3.54～6.69m，平均每年下降了0.29～0.55m，使区内形成了降落漏斗。近些年来随着工农业的发展，需水量增加，地下水开采量直线增加。根据观测资料，2002—2015年灌区内地下水位共下降了5.34～9.51m，平均每年下降了0.38～0.68m。随着地下水的超采，20世纪80年代的机井一半以上出水量只有30m3/h，部分机井因掉泵而不得不更换大扬程泵型。

4 灌区水生态修复与治理措施

4.1 治理目标

根据高台县骆驼城灌区地下水资源基本条件、开发利用现状、超采情况，采取综合治理措施，治理目标为：通过各种措施压减骆驼城灌区地下水量971.17万m3/a，恢复超采区面积77.8km2，现状超采得到有效治理，预计区域性地下水水位维持现状，不再下降并且缓慢回升，地下水水质不再恶化，灌区内土地沙漠化和植被退化现象消失，生态环境得到明显改善。

4.2 治理措施

骆驼城灌区地下水超采区水生态修复与治理措施可结合问题类型和治理修复需要，选择相应措施制定修复治理方案。措施主要有：种植结构调整、高效节水工程、替代水源工程、地下水取水工程封存等工程措施，不断减少超采区地下水开采量；通过总量控制、经济调节、计量监控、监督考核等非工程措施，促进工程措施的实施，不断强化超采区管理，保障超采区治理效果。

4.2.1农业种植结构和规模调整

通过调整农业种植结构和产业结构，有效减少地下水开采需求。骆驼城灌区现状种植作物主要有制种玉米、大田玉米、洋葱、瓜菜等其他经济作物和林草，其中以洋葱耗水最大，经济作物次之。通过减少洋葱等耗水较高作物的种植面积，改种耗水相对较小、市场经济效益较好的制种玉米，减少农业灌溉用水量。

4.2.2节水工程

根据骆驼城灌区用水特点，农业用水占总用水量的80%，现状灌区属以井灌为主的灌区，因此大力推广应用高效节水新技术改进农业灌溉方式。计划发展高效节水面积1.73万亩，全部为滴灌，其中地下水滴灌0.44万亩，地表水滴灌1.29万亩。维修骆驼城干渠9.2km，改建衬砌支渠6条16.2km；改建斗渠3km；改建农渠27.0km。

4.2.3替代水源工程

通过地表水水源置换地下水的开采，减少地下水开采量。计划新建山水河水库1座，库容323万m3，水库利用黑河西总干渠下段引取分配给骆驼城灌区的水量。山水河水库位于骆驼城灌区东南约8km，修建山水河水库后，骆驼城灌区地表水供水量增加至1981万m3，地下水开采量较现状减少980万m3，地下水超采得到有效治理。

4.2.4开采井封填

在山水河水库建成通水的前提下，对纳入压采范围的地下水开采井，计划关闭33眼，保证替代水源工程发挥预期效果。对11眼建于1985年以前，小时出水量小于40m3，机电设备老化、成井条件差的井进行永久性封填；对22眼建于1985年以后，小时出水量大于40m3，机电设备相对较好、但群井间距较小且比较密集的井封存备用，并建立封存备用井的登记、建档、管理、维护和监督制度。在特殊干旱年，地表水资源不能满足人饮和部分灌溉要求时，按照规定程序启用，发挥应急供水作用。

4.2.5地下水取用水管理

强化地下水超采区的取水设施登记管理，严格地下水取用水的监管和调度。对超采区现有的地下水取水设施逐步实行严格的登记管理制度，严格核定和控制现有用水户的地下水开采量与用水定额，对超量、超定额取用地下水的用水户及时采取限制或禁止措施。对新增地下水开采的取水设施，实施严格的水资源论证制度等措施予以控制，在地下水超采严重区域，禁止新建的地下水取水设施。计划新建地下水计量设施200套，准确计量地下水开采量。

4.2.6地下水监测能力建设

积极完善地下水资源监测体系，加密地下水超采区的地下水水位、水质监控站点，逐步扩大地下水开采用水户的水量计量设施安装覆盖范围。在国家水资源监控能力建设项目的基础上，建立集水资源动态监测、水质动态监测预警、取用水定量计量等功能为一体的地下水资源监控与管理信息系统，及时掌握地下水开采井取水状况。完善地下水监测体系和地下水监测能力建设，安装地下水监测站点15处。

5 结语

高台县骆驼城灌区水资源十分紧缺，灌区地处地表水灌溉区域的末梢，地表水利用保证程度很低，较长时间都以抽取地下水灌溉为主，以地表水灌溉为补充，所以地下水资源的开发利用，对于当地社会的经济发展起到了重要的支撑作用，但也带来诸多的生态环境问题。近些年通过因地制宜的采取各种工程措施和非工程措施，提高地表水利用的保证程度，优化地下水利用管理方式，系统治理，精准施策，对于治理地下水超采、改善地下水水质、恢复灌区生态环境、实现水资源的可持续利用起到了重要作用。