甘肃省地下水资源开发利用特点分析

马宝强，王 潇，汤 超，刘恩丽，李 莉

(甘肃省生态环境科学设计研究院，甘肃 兰州 730020)

甘肃省是我国最缺水的省份之一，人均水资源量仅为1 231 m3，已接近世界重度缺水线[1-2](1 000 m3/人)，水资源供需矛盾十分突出，水资源匮乏是制约经济社会持续发展的重要因素。地下水作为全省水资源的重要组成部分，分布广泛，占全省供水量的26%，全省14个市州都在开发利用地下水，特别是在干旱的河西走廊平原等地区，居民生活用水基本全部依赖地下水资源，因此地下水在保障全省生活及工农业等方面用水发挥着不可替代的作用。然而，地下水的重要作用及其保护意义并没有得到广泛认同，甚至经常处于被忽视的状态。近几十年以来，随着经济社会的快速发展以及人类活动对地下水资源环境的过度影响，地下水超采与环境污染等问题已经成为地下水可持续开发利用和生态文明建设的障碍。为全面推进地下水资源超采与环境污染问题的系统治理，原环境保护部印发了《地下水污染防治规划(2011-2020)》，国务院印发《水污染防治行动计划》明确提出地下水超采区控制和地下水污染防治目标，生态环境部等五部门印发了《地下水污染防治实施方案》。此外，国务院在2021年10月21日颁布了第一部国家级层面地下水方面的专项法规《地下水管理条例》，该条例已于2021年12月1日正式实施，进一步强化了地下水节约保护与污染防治。因此，为防止本省地下水资源过度开发与生态环境破坏或水质污染，阐明地下水在推动全省经济发展中的重要作用以及保护地下水资源的重要意义，本文系统梳理了全省地下水资源开发利用状况及其特点，旨在为全省地下水环境保护提供专业依据。

1 甘肃省水文地质概况

甘肃省地下水资源主要分为黄河、长江和内陆河流域三大系统分区(图1)。根据地质构造、地貌特征以及含水层孔隙介质，全省地下水类型主要包括山前及山间平原区第四系松散岩类孔隙水、黄土孔隙水、基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸岩岩溶裂隙水[3](图1)。山前(山间)平原区第四系松散岩类孔隙水主要分布在河西走廊平原区的一系列山前拗陷或山间断陷盆地内，主要由酒泉盆地、武威盆地、张掖盆地等9个第四系盆地组成[4]，盆地内第四系中上更新统—全新统松散层厚度可达数百米至千米，为地下水的赋存和运移提供了良好的天然场所[5]。黄土孔隙水主要分布在陇东黄土丘陵地区的黄土塬区，例如董志塬、正宁塬等，含水层为第四系中更新统离石黄土，该类地下水在陇东盆地、秦王川盆地和兰州盆地等新生代盆地底部赋存新生代碎屑岩裂隙承压水，自称一个独立的承压水流动系统。基岩裂隙水主要分布在甘肃省西北部祁连山区、北山以及南部的陇南山地等地区。碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布在河西、甘南和陇南地区。碳酸岩岩溶裂隙水在省内分布较少，主要在陇南地区以及祁连山西段有所分布。

图1 甘肃省地下水系统分区及类型分布图

2 甘肃省地下水资源现状

根据2019年甘肃省水资源公报，甘肃省水资源总量为325.88亿 m3，人均水资源量为1 231 m3，仅占全国人均水资源[6](1 972 m3)的62%，水资源非常匮乏。其中，地表水资源总量为312.15亿 m3，地下水资源总量为148.68亿 m3，与地表水不重复的地下水资源量为13.73亿 m3，地下水资源约占全省水资源量总量的46%。按照三大流域地下水系统分区，其中内陆河流域地下水资源量为54.6亿 m3，最为丰富；其次为黄河流域，地下水资源量为 50.08亿 m3；最贫乏为长江流域，地下水资源量为 43.99亿 m3。在全省14个市州中(图2)，地下水资源呈现“两头多，中间少”的分布格局，即南部的陇南、甘南和北部的河西地区地下水资源丰富，而兰州、白银、庆阳等陇中陇东地区地下水资源较为缺乏，但是河西地区地下水资源主要为储存资源量[7-8]，补给资源量相对较少，因此在持续超采情况下，地下水资源面临枯竭的危险。地下水资源最丰富的市州是陇南市和甘南州，即位于甘肃省的南部地区，属于长江上游嘉陵江流域和黄河流域甘肃段上游地带；其次是位于河西走廊平原区的张掖市、酒泉市和武威市；地下水资源最为匮乏的是嘉峪关市、白银市和兰州市等地区。

图2 甘肃省各市州地下水资源量分布图

图3 甘肃省2005-2020年水资源利用情况

图4 甘肃省各市州地下水利用情况分布

3 甘肃省地下水开发利用状况

3.1 甘肃省地下水开发利用整体情况

全省共有规模以上机井5万余眼[9]，地下水资源整体开发利用程度较高，并呈现北高南低的特点，南部长江流域水多地少，水资源利用程度仅为3%[10]。分析2005-2020年甘肃省水资源公报及《2021甘肃发展年鉴》供水用水数据(图3)，全省水资源利用主要以地表水为主，其次是地下水，地下水资源的利用规模基本多年保持不变，介于23～29亿 m3。分析近十六年水资源利用量的平均值发现(图3)，地表水多年平均利用量为90.82亿 m3，占水资源总利用量的76%；地下水多年平均利用量为26.10亿 m3，占水资源总利用量的22%，占比高于全国平均水平[11](18.7%)；其它水资源多年平均利用量为2.35亿 m3，仅占水资源总利用量的2%。说明地下水在全省水资源利用的占比长期保持在1/5左右(图3)，在保障全省水资源安全利用方面发挥着重要作用。分市州来看(图4)，地下水利用规模最大的地区主要在酒泉市、张掖市、武威市、金昌市等河西走廊平原地区，占全省地下水利用总量的81%，而临夏、陇南、甘南等地区地下水利用量非常少，这主要是因为降水量的差异造成的。河西走廊平原地区，位于石羊河、黑河和疏勒河三大内陆河流域，深居西北内陆，干旱少雨，平均降水量小于250 mm，导致地表水资源非常匮乏，但是河西地区存在张掖盆地、酒泉盆地、武威盆地等地下水资源丰富的大型沉积盆地[5]，因此该地区的生产生活用水非常依赖地下水资源。临夏、陇南、甘南等地区降水量都大于600 mm，地表水资源非常丰富，因此地下水依赖程度比较低。兰州、白银等地区由于位于黄河干流沿岸，主要依赖黄河水作为主要的生活及工农业用水水源，例如兰州市城区的供水水源目前主要来自黄河上游刘家峡水库的水资源。

3.2 甘肃省地下水开发利用结构分析

分析2013-2020年甘肃省水资源公报统计数据(图5)，全省地下水开采量主要用以农田灌溉，用水量介于17.22～23.06亿 m3，多年平均用水量为19.70亿 m3，占全省地下水利用总量的76%；其次是工业用水，用水量介于1.88～3.17亿 m3，多年平均用水量为2.52亿 m3，占全省地下水利用总量的10%；然后是生态用水和居民生活用水，多年平均用水量分别为1.35亿 m3和1.20亿 m3，分别占全省地下水利用总量的5%和4%。由于干旱少雨，地表水资源匮乏，在生活用水方面，酒泉、嘉峪关、张掖、武威等内陆河流域地区非常依赖地下水(图6)，地下水所占比例接近100%；其次是甘南藏族自治州，生活用水中地下水所占比例较大，占比约31%；平凉市、庆阳市、陇南、天水等地区生活用水中地下水所占比例次之，占比分别为16%、13%、14%、6%，除此以外，白银、定西等市州生活用水对地下水的依赖度都非常低，占比小于1%。由于金昌、兰州、临夏等地区生活用水中无地下水统计数据，本次不予分析。虽然，整体而言，全省地下水开采主要用以农业灌溉和工业用水，二者占全省地下水利用总量的86%，但是在河西走廊平原等干旱少雨地区，地下水在供应当地生活用水方面所占比例几乎接近100%，因此在省内部分市州地区，地下水在保障居民饮水安全中具有非常重要的价值，亟需政府部门加强对地下水监测管理，防止地下水超采和发生污染。地下水作为主要饮用水的现象在全球都比较普遍，由于地下水的水质通常比较优良，并且不易污染，欧美等大部分国家饮用水都以地下水为主[2]，其中，奥地利、丹麦等国家饮用地下水的比例几乎接近100%。

3.3 甘肃省地下水资源超采情况分析

地下水超采是全球地下水开发利用进程中普遍存在的问题，特别是美国、墨西哥、沙特阿拉伯、巴基斯坦、印度和中国等国家地下水超采最为严重[12]，其中我国地下水超采区主要集中分布在华北平原、长江三角洲、汾渭盆地和淮北平原等地区[13]。甘肃省内大部分市州地表水资源紧缺，因此地下水的开发利用程度都较高，导致地下水超采问题比较严重。为落实水污染防治行动计划，保护地下水资源，促进水资源的可持续利用，目前全省已经开展了有效的地下水压采行动。目前全省共有地下水超采区47个[14](图7)，超采区总面积为1.64万 km2。其中，一般超采区43个，面积为1.44万 km2，主要分布在河西走廊平原区，几乎占全省超采区总面积的90%；严重超采区4个，面积为0.2万km2，主要分布在武威市民勤县(1785.78 km2)、定西市安定区(101.51 km2)、兰州市榆中县宛川河(51.85 km2)和白银市平川区(14.02 km2)。由于武威市民勤县湖区地下水超采非常严重，因此划为地下水禁采区，面积为301 km2；禁采区以外的一般超采区、严重超采区均为地下水限采区，面积为1.61万 km2。

图5 甘肃省2013-2020年地下水利用结构分析图

图6 甘肃省各市州生活用水量中地下水占比

图7 甘肃省地下水超采区分布图

河西走廊平原区的石羊河流域地下水超采最为严重，武威盆地、民勤盆地地下水位累积降幅超过[15]20 m，因此为解决该地区地下水不合理开发问题，甘肃省人民政府专门研究制定了《石羊河流域地下水管理办法》(甘肃省人民政府令第109号)[16]。全省积极开展了地下水超采区治理，并编制了《甘肃省地下水超采区治理方案》，严格实行地下水压采计划[17]，近几年已关闭机井1 365眼，共压减水量4.06亿 m3，地下水超采区面积大为缩减，但是针对地下水超采成因分析及其引起地面沉降等方面的监测与基础研究非常匮乏。李平平[9](2019)基于全省30多年的地下水位监测数据，对省内酒泉市瓜州县等16个区域进行了地面沉降控制区分级研究，结果均为三级控制区，说明全省地面沉降发育程度和危害程度整体较弱。从全球来看，地下水超采主要是因为过量抽取地下水用以农业灌溉造成的[12]。地下水超采不仅会造成地面沉降，而且还会导致地表水流量减少、海水入侵、土地荒漠化等生态环境问题[18]。例如，我省敦煌盆地由于地下水的过度开发[19]，导致沙漠第一泉—月牙泉的水体面积大为缩减，后采取人工补给和减少地下水开发利用量，才使得月牙泉水体面积有所恢复。

4 结语

(1)地下水是全省水资源的重要组成部分，占全省水资源总量的46%和用水总量的22%。全省地下水资源量呈现“两头多、中间少”的特点，整体南多北少。南部地下水资源丰富归因于降雨量多、地下水补给资源大，北部地下水资源丰富的地方主要位于河西走廊平原地区，主要为地下水储存量，目前整体超采严重。

(2)全省地下水开发利用程度呈现北高南低，开发利用程度高的地方主要位于西北部河西走廊平原地区，主要因为西北部降雨少，地表水资源匮乏。全省地下水开采主要用以农田灌溉和工业用水，分别占地下水利用总量76%、10%；其次是生态用水、居民生活用水、城镇公共用水和林牧渔畜用水，分别占地下水利用总量的5%、4%、3%、2%。在干旱少雨的河西走廊平原地区，酒泉、张掖、武威等地区生活用水基本全部来自地下水，地下水依赖程度很高。由于过度抽取地下水，导致地下水超采问题突出。目前全省共有43个地下水限采区和4个禁采区，地下水超采区主要分布在河西走廊平原区，占全省超采区总面积的90%。