石羊河流域近几十年水资源利用变迁过程

摘要：甘肃省石羊河流域内水资源总量为15.39亿m3左右，按现有人口和耕地计，人均755 m，每公顷平均4050m3，属典型的资源型缺水地区。从上世纪 50 年代开始人为控制了水资源的分配，中游大量的截留导致流入下游民勤红崖山水库的水量逐年减少。2000～2012中游截留达到了水资源总量的90～94%之间导致到达下游的水量从50年代占总量的30～40%逐步减少到了2012年的不足10%。下游为维持经济发展，进而大量超采地下水，导致中下游地下水位持续下降，泉水干涸，形成了大面积的降落漏斗，2003年地下水位10～20m区域已达到85万公顷，低于20m的区域已达35万公顷。水资源决定了流域的土地资源利用总量和流域的生态，优化配置灌溉用水与河湖生态用水，构建生态水利综合调控体系，保障生态需水，逐步恢复流域内生态环境是该流域唯一的出路。

关键词：石羊河 水资源 生态

石羊河流域位于甘肃河西走廊东部，是走廊三大内陆河流域之一。流域包括武威、金昌、张掖市的8个县（区），总面积约4.2万km2。该流域是河西内陆河流域中人口最多、经济较发达、水土资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区。内陆干旱区特殊的地理环境，形成了其独具特色的水循环系统，使水资源在流域水循环中形成、运移、转化和消耗，水资源的特征直接影响着流域水土资源的开发利用，也影响着流域社会经济的可持续发展和生态环境的良性循环。 从上世纪 50 年代开始陆续在祁连山出山口及流域中游修建了20多座水库，人为控制了水资源的分配，加之人口增加和政策、经济、技术刺激阶段性开荒，使流域地下水开采量、生产生活用水量和中游用水量从 70 年代开始呈倍数增长，造成下游人工林和天然植被大面积减少，耕地盐碱化、地下水急速下降，地下水矿化度增加。流域生态环境持续恶化引起了社会各界的高度重视，2006年以来开始了石羊河流域生态综合治理过程。研究流域水土资源环境变迁过程，对科学规划流域水土资源开发利用，实施生态环境综合治理具有重要的指导意义。

1. 资料与方法

近几十年来流域出山口及下游民勤红崖山水库的来水量资料，来源于甘肃省水文管理部门，地下水观测井数据来源于水文地质、地矿部门在流域设立和观测的1985—2003年的整编资料，共计28眼观测井数据，据此用ARC/GIS生成地下水埋深区域图，提取水位面积信息。

2. 水资源环境变迁过程

2.1地表水

石羊河流域水文网比较发育，发源于冷龙岭北坡，全部集中在祁连山区。其中较大的出山河流从东到西依次为大靖河、古浪河、黄羊河、金塔河、杂木河、西营河、东大河、西大河八条。八条河流多年平均出山径流量15.39亿m3。从八条河流1956～2012年径流量变化趋势图分析（图1），径流过程的年际变化分为4个阶段：l956～1968年总体趋势下降段、1969-1990年总体趋势平稳段、1991～2002年总体趋势下降段和2003-2012年总体趋势平稳段。1956年～1985年30年间基本完成了一个丰平枯的循环周期，1985～2012年又开始进人第二个循环的30年平水期。其丰水时段长一般为1～3年，枯水时段长一般为3～9年，平水时段长一般为l5～20年，各年代平水出现的几率最大，枯水次之，丰水最少，如1968-1988年出现的平水年组持续了20年，1994-2002年的枯水年组持续了9年。流域径流多数时间处在平水、枯水状态可以看出，干旱缺水是该流域内水文现象的自然规律。

流域出山口水资源总量有限，但中游大量的截留导致流入下游民勤红崖山水库的水量逐年减少（图1），中游截留的水量1956～1969年占总量的60～70%，1970～1975年为70～80%，1976～1987年超过了80%，在80～85%之间，1988～1999年达到了85～90%，2000～2012则超过了90%，在90～94%之间。到达下游的水量从50年代占总量的30～40%逐步减少到了2012年的不足10%。

2.2地下水

石羊河流域1980年以前水利建设过于强调山水灌溉，千方百计提高河水的利用率，渠系利用系数逐年提高，使地下水的补给来源减少， 从而造成地下水位大幅度下降，泉水流量逐年减少。中游武威盆地上世纪50年代中期泉水年径流量达8亿m3以上，60年代以后由于高标准渠道的防渗衬砌和泉水溢出带附近大量打井抽水， 造成泉眼泉沟成群干涸，盆地南部1977年地水位与1958年相比普遍降低10～15m，泉水溢出带位移1km左右，在西大河下游宁远堡、下四分、双湾一带地下水位降低10～15m，下游民勤昌宁、坝区、泉山区下降3～5m，湖区下降1～2m不等。流域北部民勤灌区， 金昌灌区的泉水早在1965年就已干涸。武威盆地20世纪50年代已有的291条泉沟到90年代有230条相续干涸，单泉流量由2～5L/S减少到0.3～0.6L/S，泉眼普遍上移2～5km，泉水资源1955年为4.47×108m3，到70年代末减为2.03×108m3，1999年减少到1.04×108m3，年均衰减762.22×104m3，削减幅度达276.73%。值得注意的是，上述区域水位下降在井灌尚未开采之前已开始， 而且水位下降幅度最大的主要分布在戈壁地区补给带。

如表1所示：在1983～1992年间，全流域大部分地区降深在0～1m之间，其中民勤地区除了北部约1/3的区域降深达到6～10m，极少部分达到10m以上之外，大部分在3～6m之间，部分地区为0～1m。而到了1994～2003年，石羊河流域中游和下游地区地下水降深下降很快，一般为6～10m，部分地区达到10m以上。从不同地下水位埋深所占面积可以看出，1994～2003年地下水位降深相比于1983～1992年地下水位降深，在0～2m及2～5m间的面积均有所减少。而降深在5～10m，10 - 20m及> 20m的面积均有所增加，其中降深在10～20m间的降深面积增长了300%。

2.3水资源利用变迁过程

2.3.1 1949年以前

这一阶段为促进石羊河中游武威盆地灌溉农业的发展，中游农牧民为了保证足够的灌溉用水，分段截引了石羊河中上游的水量，使石羊河下游的民勤盆地灌溉用水量更加不足，甚至在春夏之交的自然河流早已不能流至民勤盆地。对于石羊河流域来说，水资源是极其有限稀缺的，因此在可利用水资源总量已经确定的情况下，水资源在上下游之间进行分配时必然引起利益冲突。

2.3.2 1949年到上世纪50年代

这一阶段经过对流域旧灌区的改造和改建，灌溉效益大大提高，有效灌溉面积达到16.13万hm2，保灌面积6.87万hm2，渠系利用系数为0.3～0.35。全流域地下水天然补给资源量为15.9亿m3/a，泉水溢出带的泉水量大而稳定，达8.6亿m3/a，泉水灌溉面积为3.33万hm2，石羊河下游民勤地区4.67余万hm2耕地，亦无缺水之虞。

2.3.3上世纪60年代到70年代初期

这一时期水利工程建设继续以较大规模进行，修建山区水库，衬砌渠道，使渠系有效利用系数提高到0.35～0.45。有效灌溉面积和保灌面积都有所扩大，其中有效灌溉面积为20.67万hm2，保灌面积为12.31万hm2。但在这一时期，地下水天然补给资源降至12.0亿m3/a，引起流域地下水位下降和泉水量减少，泉水灌区也因水源不足而打井和引进部分河水补充，由此变为河水、井水混灌区。下游民勤盆地在这一时期也因地表水源减少而掀起轰轰烈烈的打井大潮，开始用柴油机大量开采地下水，仅1976年全县共新打机井1052眼，至1978年时已经达到8557眼，民勤县的井灌面积由1965年的0.64万hm2猛增至1973年3.44万hm2。

2.3.4上世纪70年代中后期到80年代初期

这一时期石羊河流域上游山区河流除杂木河流外均修建了山区调节水库，地表水源的控制和调节能力大为提高。渠系有效利用系数提高到0.45～0.56。1979年流域有效灌溉面积和保灌面积分别达到24.53万hm2和14.23万hm2。由于河水保灌面积和非回归性耗水大幅度增加，渠道衬砌减少对地下水的补给，超量开采地下水等，地下水位继续下降，泉水量更加减少，泉灌区因缺水而几乎全部变成井灌区；下游民勤地下水的利用量已占总灌溉用水量的50%左右，而随着地下水位的下降，柴油机井已无法提水，70年初期开始代用人工打锅锥井，深30～40m；70年代中期到末期，用电机打井，深60～70m，机井数量一直持续稳定在8000眼到9000眼之间。

2.3.5上世纪80年代到90年代初期

这一时期流域总有效灌溉面积为28.5万hm2，保灌面积为20.0万hm2，渠系有效利用系数为0.52～0.72。流域地下水开采量继续增加，已由50年代的1.50亿m3/a增加到90年代初的11.16亿m3/a，40年中地下水开采量扩大了7倍多，而下游民勤地下水的开采量就占整个流域地下水开采量的52%，民勤由于缺水而引起的生态环境问题在这一时期显得越来越突出。80年代中后期，民勤开始用深井泵打井，井深为80～100m；90年代换做钻机钻井，井深达300m。进入90年代之后，民勤打井的势头又有所抬升，1997年突破了9000眼大关，2002年已经达到9902眼。

2.3.6上世纪90年代到现在

这一时期流域有效灌溉面积和保灌面积仍然不断扩大，而且流域内的生态环境也进一步恶化，亟待解决。由于上游祁连山区植被严重破坏，水源涵养能力大幅降低以及中游用水的急剧增加，下游的来水量急剧下降，红崖山水库的来水量急剧减少。这导致石羊河下游的民勤绿洲为维持生存必须大量开采地下水。民勤地下水在现状条件下补给量为3.4亿 m3/年（民勤县人民政府，2002），但年开采量达4.5～5.0亿m3，累计超采3.628×109m3，形成9.86万公顷的降落漏斗，地下水位累计下降10～26m，局部地方达40 多m，使大批机井报废，更新换代达5次之多。

3. 讨论

3.1水资源决定了流域水土资源利用

石羊河流域水资源短缺，流域内水资源总量为15.39亿m3左右，按现有人口和耕地计，人均755 m，每公顷平均4050m3，属典型的资源型缺水地区。总水资源的最大可能利用率为75.7%，则最大可能利用的净水量为11.65亿m3。扣除饮水等生活用水量0.5亿m3，工业用水量1.31亿m3，则净可用于农林业的水量为9.84亿m3。按照净耗水定额4500 m3/hm2计，最大可能灌溉面积为21.87万hm2。而流域耕地面积从20世纪70年代开始持续增长，到2010年流域中下游耕地面积达到了58.5万hm2，超过水资源最大负担面积一倍还多。这些超载面积只能依靠超采地下水和重复利用水资源来满足灌溉用水需求，导致流域水资源开发利用过度，使地下水开采量逐年增加，掠夺式开采地下水资源，仍不能满足灌溉需要。随着经济社会的发展，流域水循环已发生了明显的变化，上中下游用水严重失衡，矛盾日益突出，流域地下水长期超采，严重威胁了水资源的可持续利用，威胁着整个流域绿洲安全。为了使有限的水资源发挥更大的社会效益和环境效益，调整产业结构，发展节水灌溉，促进流域水资源的良性循环、实现可持续发展具有重要的指导作用。

3.2水资源决定了流域生态环境

作为典型的干旱内陆河流域，人类社会发展和水土资源开发利用不当引起区域生态环境的一系列变化是必然结果。水利输水工程的建设，改变了流域内水循环格局，导致地下水补给量减少；地下水持续超采灌溉，又导致了地下水位大幅度下降，水矿化度升高，土壤盐碱地面积迅速扩大，生态环境严重恶化。石羊河流域生态环境持续恶化，尾闾脆弱生态系统濒于崩溃，山区水源涵养林严重退化。众多河流的干涸和河道迁移，使原来沿河岸发育的林带及灌丛草场迅速退化乃至消失，沿泉水溢出带广为分布的沼泽及喜水植被随着泉水减少而衰亡，代之而起的是旱生、沙生和盐生草甸。水资源是维系绿洲生态系统安全的唯一纽带，红崖山水库位于石羊河流域的最下游，与民勤生态环境息息相关，通过全流域实行节水灌溉、节水农业，将上游来水和外调水通过闸坝调节向下游生态灌区和河湖分别供水，优化配置灌溉用水与河湖生态用水，构建生态水利综合调控体系，恢复地下水位，打通与地下水联系通道，保障生态需水，恢复河湖已丧失的生态功能，修复民勤绿洲生态，逐步恢复流域内生态环境。

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