甘 雨，王曉瑋

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

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民勤盆地地下水資源開采潛力評(píng)價(jià)

甘 雨，王曉瑋

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

民勤盆地位于我國(guó)甘肅省河西走廊石羊河流域的下游，上個(gè)世紀(jì)九十年代以后，該區(qū)域由于地下水大規(guī)模的開采，造成了水質(zhì)惡化、植被退化、沙漠入侵等一系列的嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問題。為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)民勤盆地的地下水資源開采潛力,采用相對(duì)完整的地下水綜合潛力評(píng)價(jià)方法，對(duì)民勤盆地地下水開采潛力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P為1.16，潛力系數(shù)為1.18，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，從綜合地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀來(lái)看，地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，地下水開發(fā)利用在保證當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃用水中已處于極限狀態(tài)。為今后地下水資源開發(fā)利用提供依據(jù)，保證民勤盆地生態(tài)環(huán)境安全。

民勤盆地；地下水資源；開采潛力評(píng)價(jià)

民勤盆地位于甘肅省河西走廊石羊河流域的下游，上個(gè)世紀(jì)九十年代以后，由于地下水大規(guī)模的開采，民勤盆地地下水水位迅速下降，造成了水質(zhì)惡化、植被退化、沙漠入侵等一系列的嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問題。在合理評(píng)價(jià)地下水資源可開采量的基礎(chǔ)上，對(duì)地下水資源開采潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以為今后的地下水資源開發(fā)利用提供依據(jù)，保證民勤生態(tài)環(huán)境的安全。

原有地下水潛力評(píng)估是以“開采程度”進(jìn)行的。王貴玲[1]提出了地下水開采潛力的統(tǒng)一概念，是指一個(gè)特定地區(qū), 具一定評(píng)價(jià)深度，在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境約束下的地下水可增加的利用量；地下水潛力可從現(xiàn)狀潛力、環(huán)境潛力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力三個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；同時(shí)提出了地下水開采潛力系數(shù)的概念。程斌等[2]在此定義的基礎(chǔ)上根據(jù)民勤盆地地下水歷史開采數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)地下水開采潛力。目前常用的地下水開采潛力評(píng)價(jià)方法有地下水剩余系數(shù)[3]、開采潛力指數(shù)等[4]。目前的潛力評(píng)價(jià)基本是建立在歷史開采數(shù)據(jù)上，對(duì)變化條件下的地下水資源可開采量以及現(xiàn)行實(shí)施的水利規(guī)劃方案的結(jié)合較少，不能真正反映地下水的開采潛力。

本文在前期地下水資源可開采量評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)上，基于《地下水潛力評(píng)價(jià)技術(shù)要求》(GW I-D4)提出的地下水綜合潛力評(píng)價(jià)方法，對(duì)民勤盆地地下水開采潛力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。為了驗(yàn)證定量評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，定性分析開采潛力與生態(tài)環(huán)境、地下水開采來(lái)源、多年均衡之間的關(guān)系，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與已有評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究表明，此次采用的數(shù)據(jù)來(lái)源可靠，評(píng)價(jià)結(jié)果滿足內(nèi)陸西北河流域“三水”轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

1 評(píng)價(jià)方法

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2004年針對(duì)全國(guó)地下水資源極其環(huán)境問題調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目，提出了《地下水潛力評(píng)價(jià)技術(shù)要求》(GW I-D4)，提出了一套相對(duì)完整的地下水綜合潛力評(píng)價(jià)方法。其地下水開采潛力和超采程度評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：

1.1 現(xiàn)狀開采潛力指數(shù)

現(xiàn)狀開采潛力指數(shù)是反映地下水現(xiàn)狀開發(fā)利用條件下開采潛力，其計(jì)算公式為：

P=Q可采/Q開采

(1)

式中：P為地下水開采潛力指數(shù)；Q可采為評(píng)價(jià)的地下水可開采量(104m3/a)；Q開采為地下水現(xiàn)狀開采量，指通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)獲得的實(shí)際開采量(104m3/a)。

1.2 利用潛力

利用潛力是指規(guī)劃期內(nèi)地下水資源利用過程中節(jié)約出來(lái)可供再利用以緩解地下水開采壓力的數(shù)量，以Q利用潛力表示，其計(jì)算公式為：

Q利用潛力=T農(nóng)+T工+T生

(2)

式中：T農(nóng)為農(nóng)業(yè)節(jié)約的地下水量(104m3/a)；T工為工業(yè)節(jié)約的地下水量(104m3/a)；T生為生活節(jié)約的地下水量(104m3/a)。

1.3 開采潛力

開采潛力由可擴(kuò)大的開采資源量和開采盈余量組成，以Q開采潛力表示，其計(jì)算公式為：

Q開采潛力=Q可擴(kuò)大開+Q盈余

(3)

其中可擴(kuò)大的開采資源主要指規(guī)劃期內(nèi)非常規(guī)水(包括雨水、咸水微咸水、污水、礦排水等)的合理改造利用擴(kuò)大的、依靠環(huán)境容量擴(kuò)大的以及改變?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(如最大允許降深增加)擴(kuò)大的地下水資源量，以Q可擴(kuò)大開表示，其計(jì)算公式為：

Q可擴(kuò)大開=A非+A環(huán)+A評(píng)

(4)

式中：A非為非常規(guī)水利用擴(kuò)大的水資源量(104m3/a)；A環(huán)為環(huán)境容量擴(kuò)大的水資源量(104m3/a)；A評(píng)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改變擴(kuò)大的水資源量(104m3/a)。

開采盈余量為地下水可開采量減去現(xiàn)狀開采量后盈余的部分，以Q盈余表示，其計(jì)算公式為：

Q盈余=Q可采-Q開采

(5)

1.4 地下水潛力系數(shù)

地下水潛力系數(shù)是反映規(guī)劃期內(nèi)地下水開采和利用潛力的相對(duì)系數(shù)，以α表示，其計(jì)算公式為：

(6)

1.5 地下水綜合潛力和地下水綜合潛力模數(shù)

地下水綜合潛力是反映規(guī)劃期內(nèi)地下水資源實(shí)際存在的可開采潛力，以Q綜合表示，其計(jì)算公式為：

Q綜合=Q利用潛力+Q開采潛力

(7)

地下水綜合潛力模數(shù)反映的是單位面積上地下水的利用潛力和開采潛力總量，其計(jì)算公式為：

(8)

式中：M綜合為地下水綜合潛力模數(shù)(104m3/km2·a)；F為評(píng)價(jià)區(qū)面積(km2)。

利用上述指標(biāo)，定量研究水資源利用對(duì)地下水開采的影響，確定地下水開采盈余量、地下水可擴(kuò)大的可開采量和地下水利用節(jié)約水量，從而達(dá) 到地下水開采潛力和超采程度定量綜合評(píng)價(jià)的目的。

1.6 現(xiàn)狀開采潛力和超采程度評(píng)價(jià)

依據(jù)計(jì)算的P值，依照表1對(duì)現(xiàn)狀開采潛力和超采程度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分級(jí)。根據(jù)地下水開采量調(diào)查和評(píng)價(jià)的可開采量，依據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、節(jié)水社會(huì)建設(shè)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等成果，采用給定的計(jì)算公式，計(jì)算Q利用潛力和Q開采潛力。利用計(jì)算的α和M綜合，依照表2對(duì)規(guī)劃期內(nèi)地下水開采潛力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分級(jí)。

表1 現(xiàn)狀開采潛力和超采程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 開采潛力分級(jí)表

2 民勤盆地地下水潛力評(píng)價(jià)

2.1 民勤地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

民勤盆地位于石羊河下游，平均氣溫為7.8℃，年平均降水量110 mm，年平均蒸發(fā)量為2 604.3 mm。上個(gè)世紀(jì)九十年代以后，由于大規(guī)模的墾荒造成地下水開采量急劇增加，再加上上游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量不斷增加，紅崖山水庫(kù)上游來(lái)水急劇減少，民勤盆地地下水水位平均下降速率為0.56 m/a。2001年—2010年平均補(bǔ)排差為-1.06億 m3/a。隨著民勤蔡旗斷面來(lái)水量不斷增大，最近幾年有所好轉(zhuǎn)。在2010年出現(xiàn)0.2億 m3節(jié)余。

2.2 定量評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)水利部最新一次的評(píng)價(jià)結(jié)果[5]，民勤盆地Q可采為10 000×104m3/a；依據(jù)民勤縣2014水資源公報(bào)，民勤縣紅崖山灌區(qū)范圍內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用地下水開采量為8 624×104m3，即Q開采為8 624×104m3/a。

依據(jù)《民勤縣水資源綜合規(guī)劃》[6]，2010年民勤盆地內(nèi)紅崖山灌區(qū)的壩區(qū)、湖區(qū)和泉山三個(gè)灌區(qū)，地下水總用水量12 690×104m3，占灌區(qū)總用水量33 404×104m3的38.0%，占全縣總用水量35 107×104m3的36.2%。依據(jù)石羊河流域綜合規(guī)劃[7]，在現(xiàn)狀節(jié)水水平基礎(chǔ)上，考慮用水定額和用水量的變化趨勢(shì)，所確定的2002年和2030年兩個(gè)水平年的需水方案為“基本方案”，并以此進(jìn)一步加大節(jié)水投入力度，強(qiáng)化需水管理，抑制需水過快增長(zhǎng)，進(jìn)一步提高用水效率和節(jié)水水平等各種措施后，所確定的需水方案為“強(qiáng)化節(jié)水方案”。以“強(qiáng)化節(jié)水方案”比“基本方案”的節(jié)水量作為計(jì)算依據(jù)，2020年的生活、和二三產(chǎn)業(yè)的節(jié)水量為1 012×104m3，通過提高灌溉水利用系數(shù)和節(jié)灌率，相對(duì)于“基本方案”農(nóng)業(yè)灌溉用水可以節(jié)約2 610×104m3?；谏鲜鼋Y(jié)果，計(jì)算可得規(guī)劃到2020年，民勤縣節(jié)水量為3 622×104m3。以前述比例計(jì)算，民勤盆地紅崖山灌區(qū)范圍內(nèi)可節(jié)約地下水1 311×104m3，平均每年節(jié)水131×104m3。

目前缺乏民勤縣關(guān)于非常規(guī)水資源利用的資料，暫定A非為0；由于民勤盆地本身不產(chǎn)流，因此通過環(huán)境容量擴(kuò)大產(chǎn)生的可擴(kuò)大開采量A環(huán)為0；在民勤盆地，由于地下水的生態(tài)作用異常重要，因此通過改變?cè)试S最大降深增加可擴(kuò)大開采資源的途徑短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，即A評(píng)為0。

依據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到Q利用潛力=131×104m3/a，Q可擴(kuò)大開=0，Q盈余=1 376×104m3/a。

根據(jù)超采區(qū)開采潛力和超采程度評(píng)價(jià)方法，可以得到如下評(píng)價(jià)結(jié)論；

民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P=1.16，潛力和超采程度劃分基本屬于采補(bǔ)平衡階段；

民勤盆地地下水潛力系數(shù)α=1.18，地下水綜合潛力為1 507×104m3/a，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，不能進(jìn)一步加大開發(fā)利用強(qiáng)度。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果的驗(yàn)證和討論

3.1 開采潛力定性分析

在收集有關(guān)資料和地下水資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)民勤盆地的生態(tài)條件、補(bǔ)給來(lái)源以及多年均衡進(jìn)行分析，開展開采潛力定性分析。以便對(duì)定量分析進(jìn)行驗(yàn)證和佐證。

3.1.1 生態(tài)條件下開采潛力分析

在民勤盆地，隨著九十年代后地下水人超采，地下水位大幅度下，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生態(tài)水位，地下水維持的天然植被范圍極小，民勤盆地在現(xiàn)有開采條件下，即適宜天然植被生長(zhǎng)的范圍衰減明顯，民勤盆地地下水的生態(tài)功能已經(jīng)處于非常薄弱的狀態(tài)，即使少量增加開采量仍然會(huì)導(dǎo)致生態(tài)條件的進(jìn)一步惡化。地下水資源從生態(tài)方面來(lái)看已經(jīng)沒有開采潛力，處于超采狀態(tài)。

3.1.2 地下水開采來(lái)源與開采潛力關(guān)系

根據(jù)同位素分析結(jié)果，認(rèn)為民勤盆地目前使用的灌溉地下水均為地質(zhì)時(shí)期封存或入滲補(bǔ)給年代久遠(yuǎn)的古水。目前降水及民勤渠系田間灌溉入滲對(duì)民勤地下水補(bǔ)給作用甚微[8]。隨著節(jié)水灌溉的推廣實(shí)施，地下水的補(bǔ)給條件發(fā)生變化，地下水補(bǔ)給只有洗壓鹽堿的苗水灌溉入滲可對(duì)地下水形成有效補(bǔ)給, 并使淺層地下水在補(bǔ)給過程中轉(zhuǎn)化為咸水。民勤現(xiàn)在開采地下水主要為上游側(cè)向補(bǔ)給資源量及儲(chǔ)存資源量，從此方面看無(wú)開采潛力。

3.1.3 多年均衡與開采潛力關(guān)系

民勤盆地2001—2010年多年地下水平均補(bǔ)給量為2.06億 m3/a，而地下水開采量為3.13億 m3/a，平均開采系數(shù)為1.52，盈余量-1.06億 m3/a。說明補(bǔ)給資源量和襲奪的排泄量無(wú)法滿足目前對(duì)地下水的需求，開采已經(jīng)開始動(dòng)用儲(chǔ)存資源量，最直觀的反映就是無(wú)論補(bǔ)給資源量如何變化，地下水位呈現(xiàn)持續(xù)下降狀態(tài)。因此目前盆地尺度上地下水仍處于超采狀態(tài)，基本無(wú)開采潛力。

3.2 與已有評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比

程斌[2]評(píng)價(jià)的2000年民勤盆地開采潛力，湖區(qū)灌區(qū)基本平衡，泉山壩區(qū)潛力嚴(yán)重不足。本研究結(jié)合民勤水資源綜合規(guī)劃和紅崖山來(lái)水量的基礎(chǔ)上根據(jù)民勤盆地地下水利用情況對(duì)民勤盆地地下水開采潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果更能真實(shí)反映民勤盆地真實(shí)的地下水開采潛力據(jù)《甘肅省超采評(píng)價(jià)報(bào)告》[9]，將民勤盆地劃分為淺層大型一般超采區(qū)。與此成果相比，本文雖然對(duì)超采的嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)有所減弱，但是主要原因在本文是從水量角度對(duì)超采進(jìn)行評(píng)價(jià)，并使用了更新的資料結(jié)合了石羊河流域重點(diǎn)規(guī)劃，考慮西北內(nèi)陸河流域“三水”轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了流域重點(diǎn)治理的成果。而且本文使用的開采潛力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，與已有超采區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)方法主要評(píng)價(jià)過去時(shí)間段的超采程度不同，除了可以評(píng)價(jià)現(xiàn)狀超采程度外，更重要的是未來(lái)的開采潛力進(jìn)行了定性分析評(píng)價(jià)，定量化評(píng)價(jià)精度得到保障，有助于地方水資源管理部門開展決策。因此，綜合來(lái)看，本研究評(píng)價(jià)的地下水開采潛力的評(píng)價(jià)結(jié)果是合理的和可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本文采用中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提出的地下水綜合潛力評(píng)價(jià)方法，對(duì)民勤盆地地下水開采潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。民勤盆地地下水開采潛力指數(shù)P=1.16，潛力和超采程度劃分基本屬于采補(bǔ)平衡階段；地下水潛力系數(shù)α=1.18，地下水綜合潛力為1 507×104m3/a，地下水綜合潛力模數(shù)為0.31，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為地下水潛力一般，地下水開發(fā)利用處于臨界值，不能進(jìn)一步加大開發(fā)利用強(qiáng)度。

(2)通過定性分析對(duì)定量評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行了分析驗(yàn)證，確定了民勤盆地地下水開采潛力一般，地下水開發(fā)利用在保證當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃用水中已處于極限狀態(tài)，不能再加大對(duì)民勤地下水的開采。

(3)在進(jìn)行地下水開采潛力評(píng)價(jià)的過程中，不能僅僅只著眼于現(xiàn)狀年的分析，同時(shí)應(yīng)該考慮歷史上大規(guī)模的超采引起各類問題的治理和修復(fù)，在可開采資源量中要扣除地下水恢復(fù)的資源量，同時(shí)也要參考流域規(guī)劃，開發(fā)地下水潛力。

(4)民勤盆地現(xiàn)狀地下水開采主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，未來(lái)應(yīng)通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增大二、三產(chǎn)業(yè)的比例，加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用，提高非常規(guī)水資源利用水平。

[1]王貴玲, 劉志明, 劉花臺(tái), 等.地下水潛力評(píng)價(jià)方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2003(1):63 -66.

[2]程斌, 李志杰,蔡明科, 等.民勤盆地地下水開發(fā)潛力分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科技.2009(29):14301-14302.

[3]孫才志, 陳光, 楊靜, 等. 山西省黃河流域地下水資源分布特征、開采潛力與用水對(duì)策分析[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2004(03):410-414.

[4]明強(qiáng), 高宗軍, 趙玉祥. 青島市主要供水水源地地下水資源開采潛力分析[J].地下水.2010(01):56-58.

[5]中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京).西北內(nèi)陸河流域典型地下水超采地區(qū)總量控制指標(biāo)制定及合理性分析報(bào)告[R].2015.

[6]蘭州大學(xué). 民勤縣水資源綜合規(guī)劃[R].2013.

[7]甘肅省水利廳，甘肅省發(fā)展和改革委員會(huì). 石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃[R].2007.

[8]李丁, 馬金珠, 南忠仁. 民勤盆地地下水水位下降特征與可持續(xù)利用評(píng)價(jià)[J].中國(guó)沙漠.2004,24(6):734-739.

[9]甘肅省水文水資源局. 甘肅省地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)報(bào)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

水利部行政事業(yè)性項(xiàng)目：“西北內(nèi)陸河流域地下水超采區(qū)總量控制與管理制度建設(shè)”(1261521610010)

甘雨(1991-)，男，河南鄧州人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文地質(zhì)學(xué)。

[通訊簡(jiǎn)介] 王曉瑋(1982-)，男，山東泰安人，博士，研究方向：地下水資源管理。

P641.8

A

1004-1184(2017)03-0008-03