王曉瑋，邵景力，甘 雨

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

基于數(shù)值模擬的西北地下水總量控制指標(biāo)確定研究

王曉瑋，邵景力，甘 雨

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

針對(duì)目前西北內(nèi)陸河流域地下水總量控制指標(biāo)制定方法的不足，提出了一套完整的確定區(qū)域/流域地下水總量控制指標(biāo)的技術(shù)方法，主要步驟包括：以生態(tài)保護(hù)/恢復(fù)為約束條件，轉(zhuǎn)換為定量化的判據(jù)；使用數(shù)值模擬方法確定地下水可開(kāi)采量；進(jìn)行供需平衡分析，分階段定量確定地下水總量控制指標(biāo)。應(yīng)用此方法在甘肅省石羊河流域下游的紅崖山灌區(qū)進(jìn)行了實(shí)例研究，評(píng)價(jià)得到研究區(qū)2020年中期規(guī)劃地下水總量控制指標(biāo)為10 833×104m3，2030年遠(yuǎn)期規(guī)劃的指標(biāo)為10 700×104m3，與已有的控制指標(biāo)相比相對(duì)寬松，在技術(shù)方法上也具有合理性。

西北內(nèi)陸河流域；地下水總量控制指標(biāo)；生態(tài)地下水位；紅崖山灌區(qū)

水是西北內(nèi)陸河流域賴以生存和發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，更是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因子。20世紀(jì)70年代以來(lái)，對(duì)地下水資源的超采程度不斷加大，超出了其合理承載能力。根據(jù)全國(guó)超采區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果，西北內(nèi)陸河流域共有超采區(qū)46個(gè)，面積54 022.59 km2。超采區(qū)天然植被退化、土地沙漠化、湖面萎縮甚至干涸等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯[1]，嚴(yán)重威脅著內(nèi)陸河流域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全?？偭靠刂谱鳛椤叭龡l紅線”之首，是實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度的基礎(chǔ)，界定了基于水資源承載能力的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)取耗水的外部邊界，體現(xiàn)了水資源配置管理要求[2]。《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》明確提出，實(shí)行地下水取用水總量和水位雙重控制管理?？偭靠刂频暮诵氖谴_定總量控制指標(biāo)，而地下水總量指標(biāo)的確定是地下水雙重控制管理的重中之重。西北地區(qū)獨(dú)特的水文地質(zhì)特點(diǎn)決定了如果地下水總量控制指標(biāo)偏大，將導(dǎo)致地下水超采；若指標(biāo)偏小. 就難以充分發(fā)揮地下水的調(diào)蓄作用，并影響土壤鹽漬化治理成效[3]。

理論界對(duì)如何設(shè)定合理的用水總量指標(biāo)開(kāi)展了大量的研究，已有研究主要針對(duì)國(guó)家層面、省市級(jí)和流域?qū)用婧涂h市級(jí)層面的用水總量指標(biāo)自上而下的分解[4～9]。總體來(lái)說(shuō)，對(duì)地下水總量控制指標(biāo)確定的研究仍然較少，特別是在西北地區(qū)，雖然新疆、甘肅已經(jīng)分解確定了市縣級(jí)地下水取用水總量指標(biāo)，但多是對(duì)省級(jí)指標(biāo)的直接分解，如位于石羊河流域的民勤縣，根據(jù)《石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》、《甘肅省石羊河流域水資源分配方案》及《2005—2006年度水量調(diào)度實(shí)施計(jì)劃》等技術(shù)文件，直接確定出民勤縣各灌區(qū)地下水開(kāi)采量的控制指標(biāo)[10]。

將數(shù)值模擬方法與供需平衡方法結(jié)合，可以較為合理的確定某一個(gè)區(qū)域/流域的地下水總量控制指標(biāo)，但目前少有采用此類方法確定總量控制指標(biāo)的研究。本研究針對(duì)西北內(nèi)陸河流域的水文地質(zhì)特點(diǎn)和水資源開(kāi)發(fā)利用特殊情況，提出具體的地下水總量控制指標(biāo)確定方法，以中下游的天然生態(tài)保護(hù)/恢復(fù)作為約束條件并轉(zhuǎn)化為定量化的判據(jù)，采用數(shù)值模擬方法計(jì)算評(píng)價(jià)地下水允許開(kāi)采量；考慮未來(lái)不同規(guī)劃年對(duì)地下水需求量的變化，通過(guò)供需平衡分析確定地下水總量控制指標(biāo)，指標(biāo)的確定是通過(guò)公式定量化求取。以甘肅省石羊河流域下游的民勤盆地紅崖山灌區(qū)為例進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果證明該方法確定的總量控制指標(biāo)更為合理，有利于資源-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。該方法可以為今后開(kāi)展地下水“雙控”管理提供必要的技術(shù)保障，同時(shí)也為國(guó)家構(gòu)筑西北生態(tài)安全屏障、堅(jiān)持綠色發(fā)展、加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 技術(shù)方法

根據(jù)研究目的，結(jié)合數(shù)值模擬和供需平衡分析等技術(shù)，總量控制指標(biāo)確定方法應(yīng)遵循步驟見(jiàn)圖1。

圖1 西北地下水總量控制指標(biāo)確定方法的概念模型Fig.1 Conceptual model for determine the control indicators of total groundwater use in northwest China

步驟1：依據(jù)“天然植被保護(hù)與恢復(fù)”這個(gè)生態(tài)目標(biāo)，確定約束條件，并將其轉(zhuǎn)化為定量化的判據(jù)用于篩選地下水可開(kāi)采量；

步驟2：構(gòu)建超采區(qū)的地下水流數(shù)值模型，采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)不同的地下水開(kāi)采量情景下的流場(chǎng)、水位等的變化，并與判據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從中篩選做出最合理的地下水開(kāi)采量作為地下水可開(kāi)采量；

步驟3：結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的需求，對(duì)地下水資源進(jìn)行供需平衡分析，確定最終的地下水總量控制指標(biāo)。

1.1 確定判據(jù)

本研究以地下水生態(tài)需水量和地下水生態(tài)水位作為中下游天然生態(tài)保護(hù)/恢復(fù)的約束條件。將西北內(nèi)陸河流域超采區(qū)綠洲帶及過(guò)渡帶范圍內(nèi)，可以被植被利用進(jìn)行自然修復(fù)的地下水量定義為地下水生態(tài)需水量[11]。地下水生態(tài)水位可以理解為維持綠洲地帶和過(guò)渡帶范圍內(nèi)地帶性自然植被生長(zhǎng)所需水分的淺層地下水位。約束條件的滿足程度應(yīng)轉(zhuǎn)換為量化的指標(biāo)，才能代入數(shù)值模型中。本研究確定以下三個(gè)判定指標(biāo)，作為下一階段開(kāi)采量篩選的判據(jù)：

(1)受區(qū)域流場(chǎng)控制的地下水位變幅

用λ1表示，在研究區(qū)選擇有代表性的地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)分布在超采區(qū)漏斗中心和邊緣地區(qū)及重要的生態(tài)敏感地區(qū)。當(dāng)研究區(qū)范圍較小時(shí)，可采用算術(shù)平均法計(jì)算區(qū)內(nèi)地下水位變幅：

(1)

式中：n——選定的有代表性地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)； △hi——第i地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)多年平均水位變幅/m。

當(dāng)研究區(qū)范圍較大，地下水位變幅差異較大時(shí)，可對(duì)子流域/區(qū)域分別計(jì)算平均水位變幅，再對(duì)其賦予不同的權(quán)重：

(2)

式中：m——子流域/區(qū)域個(gè)數(shù)；ωj——第j子流域/區(qū)域的權(quán)重；λ1j——第j子流域/區(qū)域采用算數(shù)平均法計(jì)算的區(qū)內(nèi)地下水位變幅。

(2)水位埋深小于5 m的空間范圍

不同的開(kāi)采量和開(kāi)采方案會(huì)在區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不同的地下水流場(chǎng)，特定區(qū)域內(nèi)地下水流場(chǎng)的變化影響生態(tài)系統(tǒng)的健康程度。根據(jù)已有研究成果，在西北地區(qū)，當(dāng)?shù)叵滤裆钤?～6 m左右時(shí)，土壤含水量接近多數(shù)植被的凋萎系數(shù)[12]。以流域/區(qū)域內(nèi)生態(tài)脆弱地區(qū)(通常為下游)規(guī)劃期末地下水位埋深等值線5 m為邊界圈定的閉合區(qū)域的空間范圍作為判別指標(biāo)，用λ2表示。

(3)規(guī)劃期末年水量均衡狀態(tài)

將規(guī)劃期末，年度地下水均衡狀態(tài)作為地下水系統(tǒng)的判別指標(biāo)，以λ3表示。

1.2 評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采量

地下水可開(kāi)采量的計(jì)算評(píng)價(jià)主要采用數(shù)值模擬方法：

(1)建立地下水流數(shù)值模型，能夠充分模擬研究區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水開(kāi)發(fā)利用條件下地下水流場(chǎng)和動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；

(2)首先假設(shè)規(guī)劃期內(nèi)年開(kāi)采量不變，設(shè)置不同的年開(kāi)采量情景條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，模擬穩(wěn)定開(kāi)采條件下地下水系統(tǒng)運(yùn)行的情況，篩選出在模擬期末滿足三個(gè)判據(jù)的開(kāi)采情景條件；

(3)對(duì)篩選后的開(kāi)采情景，以穩(wěn)定開(kāi)采量為初始開(kāi)采量，設(shè)置等額減少情景模式(模擬逐年減采)進(jìn)行第二輪模擬預(yù)測(cè)，模擬更接近實(shí)際情況的在人類影響下的地下水系統(tǒng)運(yùn)行情況，篩選出在模擬期末滿足三個(gè)判據(jù)的開(kāi)采情景條件作為最終的可開(kāi)采量。

1.3 確定總量控制指標(biāo)

(1)預(yù)測(cè)規(guī)劃期地下水的需水量

(3)

式中：W需水i——第i規(guī)劃期地下水需水量/(104m3·a-1)；W總需水i——第i規(guī)劃期總國(guó)民經(jīng)濟(jì)需水量/(104m3·a-1)，對(duì)于已有區(qū)域/流域水資源配置規(guī)劃成果的，經(jīng)合理性分析后，直接采用規(guī)劃成果；

δ——現(xiàn)狀地下水用水量占總用水量的比重。

(2)預(yù)測(cè)規(guī)劃期地下水的可供應(yīng)量

(4)

式中：W可供——地下水可供應(yīng)量/(104m3·a-1)；W可采——評(píng)價(jià)的分階段地下水可開(kāi)采量/(104m3·a-1)。

(3)確定總量指標(biāo)

(5)

式中：W總量指標(biāo)i——第i規(guī)劃期地下水總量控制指標(biāo)/(104m3·a-1)；

k——計(jì)算系數(shù)，0 ≤k≤1。

(4)總量控制指標(biāo)計(jì)算系數(shù)k的確定，應(yīng)符合如下規(guī)定：

①當(dāng)?shù)叵滤晒?yīng)量大于等于地下水需水量時(shí)，則以需水量作為總量控制指標(biāo)，即W總量指標(biāo)=W需水。

②當(dāng)?shù)叵滤晒?yīng)量小于地下水需水量時(shí)，可參考表1分階段設(shè)置k。

表1 k值設(shè)置參考Table 1 References for the threshold of k

2 實(shí)例研究

紅崖山灌區(qū)位于甘肅省河西走廊東段，石羊河下游民勤盆地內(nèi)，屬典型的大陸性氣候，多年平均降水量110 mm，年均蒸發(fā)量2 604.3 mm，是我國(guó)典型的荒漠綠州之一(圖2)。石羊河是區(qū)內(nèi)的唯一地表水源，盆地入口蔡旗斷面過(guò)水量，二十世紀(jì)五十年代平均4.6×108m3，2005年為1.06×108m3，隨著流域綜合治理的實(shí)施，2014年恢復(fù)到3.19×108m3。地表來(lái)水量逐漸減少，使得區(qū)內(nèi)對(duì)地下水資源的開(kāi)發(fā)力度逐年加大。目前，民勤縣城東北部，以羊路、六壩、雙茨科為中心，已形成一長(zhǎng)形降落漏斗，漏斗長(zhǎng)達(dá)30 km，寬達(dá)15 km，中心與外圍水位差5 m。民勤北部的湖區(qū)以中興為中心，形成一降落漏斗，漏斗范圍波及西渠、東鎮(zhèn)一帶。地下水位形成的漏斗型曲面下降，下降最嚴(yán)重的地區(qū)和開(kāi)采最強(qiáng)烈的地區(qū)重合，各漏斗范圍相對(duì)獨(dú)立，相互之間沒(méi)有重疊。各漏斗中心下降深度基本相同(20 m)，整個(gè)地下水下降區(qū)和灌區(qū)范圍相符。

圖2 紅崖山灌區(qū)位置示意圖Fig.2 Location of Hongyashan irrigation district

根據(jù)甘肅省最新的超采區(qū)劃分成果，研究區(qū)所在的民勤盆地被劃分為“武威市民勤淺層大型嚴(yán)重超采區(qū)”，超采區(qū)面積1 785.78 km2，可開(kāi)采量12 143.3×104m3/a，超采量183.02×104m3/a。超采的結(jié)果是地下水位持續(xù)下降，并且?guī)?lái)了嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題，自然生態(tài)被破壞后極難恢復(fù)原狀。多年來(lái)國(guó)家有關(guān)部門以及許多專家學(xué)者對(duì)民勤盆地生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究,最終認(rèn)為中下游人類的不合理生產(chǎn)行為是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素之一[13]，綠洲邊緣天然植被的衰敗和土地的荒漠化與綠洲地下水水位的下降有著直接的關(guān)系。

2.1 判據(jù)的確定

《石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》[14]確定民勤生態(tài)保護(hù)的水資源支撐目標(biāo)具體為：“2020年水平年治理目標(biāo)：……地下水開(kāi)采量穩(wěn)定在2010年的4.18×108m3左右。實(shí)現(xiàn)民勤盆地地下水位持續(xù)回升，北部湖區(qū)預(yù)計(jì)將出現(xiàn)總面積大約70 km2左右地下水埋深小于3 m的淺埋區(qū)，……全流域地下水采補(bǔ)實(shí)現(xiàn)正均衡0.94×108m3……下游民勤盆地實(shí)現(xiàn)正均衡0.26×108m3，……”。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和計(jì)算需要，對(duì)上述目標(biāo)進(jìn)行定量化描述，可以得到如下判定指標(biāo)(表2)，作為地下水資源評(píng)價(jià)的篩選依據(jù)。

表2 研究區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)不同預(yù)測(cè)方式判定指標(biāo)的設(shè)定Table 2 Criterion for assessment of groundwater resources in different scenarios for the study area

2.2 地下水資源評(píng)價(jià)

(1)地下水流數(shù)值模型

研究區(qū)含水層是由第四系松散堆積物構(gòu)成的單一巨厚含水層-多層結(jié)構(gòu)含水層。自上而下由潛水逐漸過(guò)渡為微承壓含水層。潛水含水層的厚度自南向北從150 m變?yōu)?20 m左右，導(dǎo)水性較弱。在潛水和微承壓含水層之間存在總厚度約為50 m的分布比較完整的弱透水黏土層(圖3)。含水層富水性較差，單井涌水量1 000～2 000 m3/d，西渠以北的山前地帶單井涌水量小于1 000 m3/d，由潛水逐漸過(guò)渡到承壓水。綠洲平原區(qū)地下水位15～40 m，綠洲邊緣5～20 m，水位由南向北、由西向東漸淺。地下水接受渠系和田間灌溉水入滲及降水凝結(jié)水入滲等的補(bǔ)給，由南西向北東徑流，以潛水蒸發(fā)蒸騰及機(jī)井開(kāi)采為主要排泄方式，大部分開(kāi)采集中在潛水含水層。

圖3 研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖Fig.3 The hydrogeological cross of section of study area

數(shù)值模型模擬面積約為4 800 km2，西南部以紅崖山水庫(kù)壩基為界，西部以民勤盆地和昌寧盆地地下水分水嶺為界，北部以低緩剝蝕山地山前為界，東部和東南部以騰格里沙漠邊緣為界。模型的上邊界為潛水面，地下水通過(guò)上邊界獲得降水入滲補(bǔ)給，以人工開(kāi)采、蒸發(fā)等形式排泄地下水；底部邊界根據(jù)水文地質(zhì)資料，以弱透水層為底界，處理為隔水邊界，模擬深度范圍內(nèi)概化為一個(gè)潛水含水層。根據(jù)已有成果[15]，經(jīng)過(guò)計(jì)算校正擬合，將研究區(qū)劃分為19個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)。

本次模擬采用有限差分法，進(jìn)行矩形剖分，網(wǎng)格的大小為400 m×400 m，活動(dòng)單元格30 029個(gè)。以2001—2010年數(shù)據(jù)作為模擬數(shù)據(jù)，共分120個(gè)應(yīng)力期，每個(gè)應(yīng)力期3個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)。模型經(jīng)檢驗(yàn)，流場(chǎng)和觀測(cè)孔擬合情況較好(圖4、圖5)，可以用于預(yù)測(cè)模擬。

圖4 2010年末流場(chǎng)擬合效果圖Fig.4 Flow-filed fitting of the aquifer at the end of the verification period

圖5 漏斗中心大灘附近典型長(zhǎng)觀孔DTBX水位擬合過(guò)程線Fig.5 Observation and simulation curves in borehole DTBX near the depression cone

(2)穩(wěn)定開(kāi)采量情景預(yù)測(cè)模擬結(jié)果

在現(xiàn)狀模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變模型的應(yīng)力期、源匯項(xiàng)等，建立預(yù)測(cè)模型。在預(yù)測(cè)模型中，降雨強(qiáng)度和蒸發(fā)強(qiáng)度根據(jù)氣象資料，選取1953—2010年共58年的多年平均值。根據(jù)《甘肅省石羊河流域重點(diǎn)治理調(diào)整實(shí)施方案》[16]，在模型預(yù)測(cè)中，紅崖山水庫(kù)的入庫(kù)量約為29 000×104m3/a，出庫(kù)量約為24 800×104m3/a，研究區(qū)內(nèi)渠道襯砌完成后渠系滲漏量約為4 228×104m3/a。穩(wěn)定開(kāi)采量預(yù)測(cè)模型以2011年1月—2030年12月為預(yù)測(cè)期，以月為應(yīng)力期，共240個(gè)應(yīng)力期，每個(gè)應(yīng)力期一個(gè)步長(zhǎng)。多年開(kāi)采量為定值，將不同開(kāi)采量水平代入模型測(cè)算判據(jù)滿足情況，初始取值為當(dāng)前年份的18 000×104m3/a，測(cè)算間距為1 000×104m3/a，渠灌和井灌滲漏量隨著節(jié)水灌溉推廣和研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，通過(guò)改變農(nóng)業(yè)灌溉量和有效入滲系數(shù)來(lái)反映。

在壩區(qū)、湖區(qū)、泉山三個(gè)灌區(qū)各選取兩個(gè)監(jiān)測(cè)孔的水位波動(dòng)值求取λ1；對(duì)模型運(yùn)行得到的地下水流場(chǎng)使用surfer軟件進(jìn)行求解獲得λ2；以2030年的地下水均衡量作為λ3。根據(jù)穩(wěn)定開(kāi)采量預(yù)測(cè)結(jié)果(表3)，當(dāng)測(cè)算至開(kāi)采量為13 000×104m3/a時(shí)，開(kāi)始同時(shí)滿足λ1≥0、λ2≥0和λ3≥0判據(jù)，以小于13 000×104m3/a的開(kāi)采量進(jìn)行階段壓采情景驗(yàn)證。

表3 穩(wěn)定開(kāi)采量情景預(yù)測(cè)模擬成果表Table 3 Assessment of criterions in the scenarios of steady abstraction

(3)階段壓采情景預(yù)測(cè)模擬結(jié)果

預(yù)測(cè)模型的其他源匯項(xiàng)設(shè)置與穩(wěn)定開(kāi)采量情景下相同?？紤]國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，階段壓采預(yù)測(cè)模型以2011年1月—2020年12月為預(yù)測(cè)期，以月為應(yīng)力期，共120個(gè)應(yīng)力期，每個(gè)應(yīng)力期一個(gè)步長(zhǎng)。初始開(kāi)采量為2010年的28 000×104m3/a，等差額壓采到目標(biāo)開(kāi)采量。保險(xiǎn)起見(jiàn)，最終開(kāi)采量初始取值為12 500×104m3/a，測(cè)算間距縮小為500×104m3/a。

根據(jù)階段壓采情景預(yù)測(cè)結(jié)果(表4)，當(dāng)測(cè)算至最終開(kāi)采量為10 000×104m3/a時(shí)，開(kāi)始同時(shí)滿足λ1≥0.05、λ2≥100和λ3≥2 600的判據(jù)，因此選擇此階段最終開(kāi)采量10 000×104m3/a作為地下水可開(kāi)采量。

2.3 總量控制指標(biāo)的確定

(1)確定規(guī)劃期

以2020年為規(guī)劃近期水平年，2030年為中期規(guī)劃水平年，暫不考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年。

(2)預(yù)測(cè)規(guī)劃期地下水的需水量

本研究根據(jù)《民勤縣水資源綜合規(guī)劃》[17]，對(duì)社會(huì)需水量采用情景分析法進(jìn)行預(yù)測(cè)，民勤盆地近期和中期W總需水1=28 896×104m3/a，W總需水2=30 918×104m3/a。δ取0.38，得到研究區(qū)W需水1=10 980×104m3/a，W需水2=11 749×104m3/a。

表4 階段壓采情景預(yù)測(cè)模擬成果表Table 4 Assessment of criterions in the scenarios of limited abstraction

(3)預(yù)測(cè)規(guī)劃期地下水的可供應(yīng)量

根據(jù)民勤縣水資源公報(bào)，2013年后，民勤盆地地下水開(kāi)采量已經(jīng)控制在8 636×104m3，本研究評(píng)價(jià)的地下水可開(kāi)采量大于現(xiàn)狀地下水開(kāi)采量。根據(jù)現(xiàn)有開(kāi)采能力不存在未來(lái)新增地下水供水設(shè)施的情況。研究區(qū)W可采=10 000×104m3/a，即W可供=10 000×104m3/a。

(4)確定計(jì)算系數(shù)k

研究區(qū)現(xiàn)狀地下水開(kāi)采90%以上用于農(nóng)業(yè)灌溉，主要發(fā)展方向是提高二三產(chǎn)業(yè)增加值在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值中的比重，提高農(nóng)業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益促進(jìn)人與自然和諧相處。k的選取要既能保證地下水總量控制指標(biāo)對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的驅(qū)動(dòng)力和壓力，又不至于指標(biāo)過(guò)于嚴(yán)格影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。研究區(qū)近期和中期的k分別選取為0.85和0.4。

(5)確定總量控制指標(biāo)

經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)近期規(guī)劃年2020年和中期規(guī)劃年2030年的總量控制指標(biāo)分別為：W總量指標(biāo)1=10 833×104m3，W總量指標(biāo)2=10 700×104m3。

3 結(jié)論和建議

(1)本研究以生態(tài)保護(hù)/恢復(fù)為約束條件，轉(zhuǎn)換為定量化的判據(jù)用于評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量，并采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)供需平衡分析，定量化確定西北內(nèi)陸河流域分區(qū)地下水總量控制指標(biāo)。以石羊河流域紅崖山灌區(qū)為例進(jìn)行了驗(yàn)證。計(jì)算得到的2020年和2030年地下水總量控制指標(biāo)分別為10 833×104m3和10 700×104m3。

(2)本研究得到的指標(biāo)與已有指標(biāo)相比較為寬松。通過(guò)模型的驗(yàn)證，當(dāng)開(kāi)采量為大于10 000×104m3/a時(shí)，判據(jù)結(jié)果顯示雖然存在一定的超采，但地下水基本處于采補(bǔ)平衡的區(qū)間。由于民勤已經(jīng)在壓減耕地、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展了大量的工作，繼續(xù)大幅度壓減耕地可能會(huì)產(chǎn)生糧食安全和社會(huì)安定等問(wèn)題。所以在生態(tài)保證、地下水均衡、水位持續(xù)恢復(fù)的前提下，適度寬松的指標(biāo)更有利于地方發(fā)展。本研究計(jì)算出的指標(biāo)基本是合理的，也具有較強(qiáng)的可操作性。

(3)設(shè)定地下水總量控制指標(biāo)是地下水總量管理工作的基礎(chǔ)。應(yīng)進(jìn)一步研究完善地下水的監(jiān)測(cè)和計(jì)量、地下水開(kāi)采的優(yōu)化布局、總量控制落實(shí)的監(jiān)督考核等方面的管理制度，配合水市場(chǎng)、水權(quán)交易、水價(jià)改革等經(jīng)濟(jì)措施，完善地下水總量控制體系。今后，西北內(nèi)陸河流域各地區(qū)應(yīng)根據(jù)流域/區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和水資源綜合利用推進(jìn)情況，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候應(yīng)對(duì)地下水取水總量控制指標(biāo)體系進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，以利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展。

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責(zé)任編輯：張若琳

Study on the determination of indicators of groundwater total amountcontrol in northwest of China based on numerical simulation

WANG Xiaowei, SHAO Jingli, GAN Yu

(SchoolofWaterResourcesandEnvironment,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083，China)

An integral methods were proposed to determine the indicators of groundwater total use amount control for one area/ basin in the arid & semiarid inland river basins of northwest of China with the problem of lacking of relational methods. The main procedure includes: identifying the ecosystem protection & restoration to the limited conditions and then transforming them to quantitative criterions; determining the groundwater safe yield by numerous simulation; calculating the periodicity total amount control index according to supply and demand balance analysis. The methods were applied in the Hongyashan Irrigation District in the down stream of Shiyang River Basin of Gansu Province. The calculated groundwater use total amount control index are 10 833×104m3for planning period 2020 and 10 700×104m3for 2030. The results are loose compared with current indicators and show that the methods are rational and functional.

inland river basins of northwest of China; indicators of groundwater total amount control; ecological groundwater level; Hongyashan Irrigation District

2016-10-05;

2016-12-16

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)

王曉瑋(1982-)，男，博士研究生，主要從事地下水資源管理研究。E-mail: wangxw@cugb.edu.cn

邵景力(1959-)，男，教授，博士生導(dǎo)師,主要從事水文學(xué)及水資源專業(yè)的教學(xué)和科研工作。E-mail: jshao@cugb.edu.cn

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.03.03

P641.8

A

1000-3665(2017)03-0012-07