内蒙古额济纳盆地地下水亏缺问题及其对策探讨（乔茂云,孙林,郭雨春）

时间：2022-02-20 15:17:54 浏览量：次

额济纳盆地位于内蒙古自治区额济纳旗境内，黑河是盆地内唯一河流，发源于祁连山，全长821km，下游（正义峡以下）长约260km，从狼心山分为东、西河两个支流系统，分别注入东、西居延海。80年代以来，河西地区过度开发利用水资源严重影响了下游的生态环境，导致额济纳盆地2500多km2的湿地、水域消失，地下水位急剧下降。地表植被干枯退化，生物量下降；水土流失和土壤沙化、退化、盐渍化等一系列问题，导致生态环境更加恶化。黑河水量锐减，额济纳盆地春季土壤含水量低，扬尘风速也大为下降，是近年沙起额济纳的重要因素之一。

盆地总面积3.4万km2，以荒漠和戈壁为主，绿洲仅占10%左右，而这片绿洲资源性缺水与工程性缺水并存、生态系统十分脆弱。在这种情况下，如何利用水资源，抑制绿洲生态环境进一步恶化，成为社会各界关注的焦点。

一、自然地理概况

1.1地理位置

额济纳盆地地处内蒙古自治区最西端，地理坐标为：东经99°25＇~102°00＇，北纬40°10＇~42°30＇，是黑河流域最下游，南与甘肃鼎新盆地相邻，西以马鬃山剥蚀山地东麓为限，东接巴丹吉林沙漠，北抵中蒙边界。

1.2地质地貌

额济纳盆地南、西、北三面为低山环抱，东为巴丹吉林沙漠。盆地内地势低平，海拔高度为900~1127m，最低点为盆地北部的西居延海，最高点为南部的狼心山。总体上自南向北、自东向西缓慢倾斜，地面坡降为1‰~1.5‰，盆地内第四纪地层发育较为齐全，组成盆地的主体地层，具有重要的水文地质意义。

1.3气候与植被

盆地深居内陆腹地，降水稀少、蒸发强烈，多年平均降水量为37mm，多年平均蒸发量为3653mm，是典型的大陆性干旱气候区。绿洲面积3328km2，主要有胡、沙枣、红柳、梭梭等乔灌树种和苦豆子、芦苇、芨芨草等草类，现存胡杨、沙枣林52万亩，红柳林124万亩，对绿洲的存在和畜牧业发展至关重要。

二、地下水的赋存条件与分布规律

2.1含水系统结构

根据钻孔资料，以白墩东梁至木吉湖断块隆起带为界，可将额济纳盆地分为南北两部分，各有一个沉积中心，南部塔布呼都格沉积中心的深部为粘土夹中细砂、砂砾石，北部赛汉桃来沉积中心为冲积湖积的粘土、砂质粘土及粘土夹粉细砂。沉积物的粒度自南而北由粗变细，即由粗砂、砂砾卵石逐渐变为中粗砂、中细砂、亚粘土至湖盆中心的粘土。沉积厚度由山前到湖盆中心逐渐加厚，总厚度由几米到三百多米不等。在盆地沉积形成过程中，由于冰期、间冰期的交替作用，黑河水量大小变化以及下游河道的变迁的影响，沉积层在垂直方向上岩性结构及颗粒粗细交替多变。

地貌和地层岩性决定了地下水的赋存和分布。根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，盆地地下水主要分为四大类型：碎屑岩类裂隙孔隙潜水含水层、基岩裂隙含水层、第四系潜水含水层、第四系承压水层及相对隔水的第四系弱含水层。碎屑岩类潜水含水层和基岩裂隙潜水含水层，呈条带状分布于盆地周围，总面积1512km2，由于其所处位置及补给条件制约，一般不具供水意义，目前利用的地下水主要是后两种类型。

2.2地下水分布规律

地质结构决定了地下水的分布，南部主要是单层结构的潜水，在老西庙、阎家井、木吉湖一带以北，由于隔水层的存在，地下水形成了双层或多层的结构。根据第四系含水层间的迭置关系，在平原上可将其划分为单一含水层区、双层结构含水层区和多层结构含水层区。

（1）单一结构的第四系潜水含水层。主要分布在盆地的西南部地区，其次是盆地的西部边沿戈壁区和北部中蒙边界——东西居延海一带，总面积约14580km2。位于河流的上段的含水层主要由河流形成的冲洪积砾石、砂砾石所组成，厚度150~200m，局部可达到250m，颗粒较粗，加之包气带透水性好，有利于接受河流的渗漏补给，因此含水层的透水性和富水性较好。盆地西部边沿和北部的第四系潜水含水层厚度较小，富水程度较差。

（2）双层结构的第四系含水层。分布于盆地的中部地区，夹于单一结构含水层与多层结构含水层之间，呈条带状分布，总面积9420km2。双层结构的含水层区位于单一结构含水层与多层结构含水层的过渡地带，含水层介质由粗变细，含水层的渗透性由大变小，地下水流速变缓，因此该区极有利于地下水的富集。

（3）多层结构的第四系含水层。分布于盆地东南部的古日乃地区和盆地北部的赛汗桃来——达来呼布一带，基本与第四纪下更新统的沉积中心相一致，总面积8950km2。第一承压含水层顶面的埋藏深度为40～50m，第二承压含水层的顶面埋藏深度为80～120m，含水层的总厚度一般为150～180m，局部地区可达300m。多层结构的含水层位于盆地的中心，所处的位置相对较低，是盆地内各含水层地下水的汇集区，潜水层埋藏深度小，一般1～5m，土壤水分条件良好，有利于不同类型植被的生长和繁衍。

对含水层区的科学划分，对地下水资源的合理开发科学利用具有十分重要的意义。多层结构的含水层区基本与盆地内的绿洲分布范围相一致，古日乃地区是梭梭林、红柳林及芦苇等植被生长区，赛汗桃来——达来呼布一带是胡杨、沙枣、红柳等植被的生长区。因此，该区是研究地下水的重点区域。

三、地下水资源的补给、排泄与水量平衡

3.1地下水的补给

地下水的补给来源主要为黑河季节性河水的渗漏补给，其次为大气降雨、西部山地形成的洪流入渗补给以及地下径流补给。

（1）黑河水渗漏补给。黑河河床浅而宽，包气带岩性为砂和砂砾石，入渗条件好。实测当正义峡下泄11.32亿m3时，河水渗入补给量为6.4766亿m3，按照黑河“九二”分水方案，当正义峡下泄9.5亿m3时，狼心山来水5.34亿m3，河水渗入量约为4.42亿m3（包括包气带损失水量）。

（2）大气降水补给，按如下公式计算：

Q降=M·C·F

式中：

Q降 ——大气降水渗入补给量

M——渗入系数，取0.01

C ——降雨量

F——计算面积

盆地大气降水量，根据达来呼布气象站资料，多年平均降水量37mm，按降雨面积33987.5km2，入渗系数按0.01计，则大气降水补给量为0.126亿m3。

（3）侧向径流补给。主要是来自东南部巴丹吉林沙漠潜水的径流补给，其次是盆地上游鼎新盆地向额济纳盆地的潜流补给。根据不同地段的钻孔资料计算结果，地下水的侧向径流补给及来自北部其他地段的侧向补给，总量为1.40亿m3。

以上各项合计，地下水总补给量为5.946亿m3。

3.2地下水的排泄

潜水大部分以垂向排泄消耗于地面蒸发及植物蒸腾；承压水越流补给上部潜水，最终也消耗于地面蒸发及植物蒸腾。浅层承压水在局部地段由于隔水顶板的缺失和人为因素的破坏，如混合开采的机井，使潜水与承压水彼此沟通，发生水力联系。因此浅层承压水的补给、径流、排泄条件与潜水有相似的规律，只是浅层承压水基本上不受盆地内气象、水文因素的直接影响。

（1）植被蒸腾排泄。绿洲区地下水排泄在植被生长期间以植被的蒸腾消耗为主，在植被非生长期以蒸发消耗为主。蒸腾量按如下公式计算：

Z=a·d·F

式中：

Z——植被蒸腾量（m3/年）

a——蒸腾系数，根据经验，胡杨为12 m3/年·棵，红柳、梭梭为0.3 m3/年·棵

d——植被生长密度（棵/km2）

F——植被生长面积，依据植被分布图计算

注：胡杨、沙枣林平均密度为100,000（棵/km2），红柳、梭梭林为50,000（棵/km2）。

（2）地面蒸发排泄。在无植被生长的裸地区，根据潜水位不同埋深的面积和蒸发强度，计算出潜水蒸发排泄量。潜水地面蒸发量计算公式：

Z=M·F

式中：

Z——潜水地面蒸发量（m3/年）

M——潜水蒸发强度，当地下水埋深分别为1.0m、2.5m、4.0m时，蒸发量分别取320mm、58mm、15mm

F——含水层蒸发面积，根据水文地质图计算

根据不同种类植被生长密度和单株耗水量以及生长面积，计算出植被生长期蒸腾排泄量为2.43亿m3/年，植被非生长期蒸发排泄总量为0.473亿m3。裸地蒸发排泄量计算结果为5.722亿m3/年，人工开采排泄量约为0.41亿m3/年，合计地下水排泄总量为9.035亿m3/年。

3.3维持绿洲需水量估算及地下水总量平衡计算

（1）按潜水蒸发蒸腾排泄量计算。黑河水的渗漏补给是地下水系统的主要补给来源，潜水的蒸发蒸腾是地下水系统的主要排泄途径。地下水年补给总量为5.946亿m3，排泄总量为9.035亿m3，地下水亏缺达3.089亿m3/年。

（2）根据兰州沙漠所80年代绿洲地下水位调查分析估算。地下水位变动面积为638.82万亩，其中林草滋润区为333.48万亩，外围带面积305.34万亩。根据地下水位变动及变动区面积计算蓄水量的年变动量，计算结果为9.463亿m3，地下水亏缺3.517亿m3，详见表1。

3.4地下水资源量减少对绿洲环境的影响

在古日乃湖盆地、额济纳河两岸和东西居延海地区，生长着成片成带的天然荒漠河岸林，乔灌木树种有胡杨、沙枣、红柳、梭梭等，草本有白刺、苏枸杞、苦豆子、甘草等，以及喜水禾草、芦苇、芨芨草等，这些植物靠降水和地下水维持着生长和繁殖。近年来由于上游用水增加，黑河下泄水量锐减，地下水补给量也随之减少，绿洲不断萎缩，现存绿洲面积3328km2，比50年代缩小了1倍。

黑河正义峡水文站50年代平均年下泄水量为11.32亿m3，80年代平均年下泄量为10.63亿m3，至90年代平均年下泄水量为7.7亿m3。90年代狼心山断面年均接收水量仅有3.703亿m3，地下水位急剧下降，东西河尾闾湖反映最为明显。

西居延海是黑河下游现代最大的尾闾湖，1958年资料显示水域面积267km2，最大水深为2.16m，1961年秋全部干涸。根据中科院兰州沙漠研究所观测资料，西河末端地下水位22年中下降5m，平均每年下降20cm以上。

东居延海位于西居延海以东30km，是东河支流的末端，1958年水域面积达35.5km2，1982年测得最大水深1.8m，1992年干涸。东河末端地下水位也在下降，年均下降10cm，因时而有洪水泄入，加之不同含水层的越流补给调整，植被退化现象较西居延海周围速度稍慢。

河流末端地区地下水位下降，直接影响到整个盆地的地下水位，并导致绿洲内生态环境的严重退化。一般禾本科草类根深仅40~80cm，地下水位下降，它首先退化枯亡；乔灌木根系一般深1.5~2.5m，当地下水位降至此深度以下，也会退化枯亡。根据额济纳旗水务局15眼土井14年间的观测资料分析，东西河上段地下水埋深2.58m，中部地区地下水埋深2.9~3.0m左右，下游部分地区枯水季节达5.04m。中下游地下水位均低于生态限制水位，植被退化也十分明显：郁闭度或盖度降低、枯梢、叶片变薄变小、生物量下降。

4、解决地下水资源亏缺问题的对策

4.1提高节水意识

流域水资源是有限的，它与人类的生存、生产、生活密切相关，因此要广泛提倡节约用水，并且在政策和技术上采取积极的措施。农业生产上，减少耗水量大的粮食作物种植面积，适当发展经济作物，大力推广退耕还林还草和节水灌溉；慎重选择发展工业项目，选择用水效率和效益都比较高的企业，并注重水资源的循环利用。

4.2建立健全黑河流域水资源分配制度

应依据《黑河干流水量调度管理办法》《黑河干流省（区）际用水水事协调规约》以及《黑河流域取水许可制度实施细则》等有关法规进一步协调规范黑河流域水资源分配调度。2003年，黑河流域成功实现了“九二”分水方案确定的分水目标，很大程度上依赖于行政干预，而缺乏法律支持。为确保水资源的科学合理调度，应按照国家立法程序尽快出台《黑河流域管理条例》，将黑河水资源的合理分配与有效利用提升到法律的高度。

4.3加大投资力度，尽快上马内蒙古输水干渠工程

根据水利部天津水利水电勘测设计研究院编制的《黑河正义峡水利枢纽可行性研究报告》指出，通过天然河道将8.45亿m3的水量由大峂门输至巴彦宝格德水闸（即狼心山水闸）时，水量损失（包括渗漏和蒸发）为3.11亿m3，短渠至哨马营末端以上河道段损失量为2.47亿m3。内蒙古输水干渠工程投资7.47亿元，单位节水量投资3.11元，是目前解决额济纳绿洲地下水亏缺的重要途径。

4.4加大科技投入，科学合理用好现有水资源

水是时效性很强的自然资源，“九二”分水方案近期分水目标虽已实现，但黑河来水时间仍受自然的控制，作物需水季节河道断流，非需水季节河道里来水，下游地区水资源供需时间矛盾突出。因此需要加大科技投入，寻求解决上下游用水矛盾、下游用水时效等问题的方法。如何科学合理用好水资源，使其发挥更大效益，是解决绿洲地下水亏缺的长期任务。

5、有关地下水利用问题的探讨

5.1关于居延海湖水排泄问题的探讨

根据现有资料，我们认为当前的索果淖尔（东居延海）湖水是由地表水和地下水两方面补给的，它的排泄主要是蒸发消耗。蒸发量按最大水面43.0km2计算为1.6176亿m3/年。湖水靠间歇性的额济纳河水流入、降水以及孔隙潜水补给，根据钻孔资料计算结果，越流补给0.8428亿m3/年。计算公式如下：

Q越 = 365·F·K·Δh / M

式中：

Q越——越流补给量（m3/年）

F——越流补给区面积，即东居延海水域面积

K——隔水岩层（亚粘土层）渗透系数，经验值为0.01mm/d

Δh——同期下游孔隙承压水与东居延海水位之差

M——隔水层厚度，依据钻孔资料

按2003年水域面积23.9km2计算，每年天然蒸发耗水0.5亿m3，若考虑地下径流补给，每年净补水量0.5亿m3，可以维持该湖泊常年不干。稳定湖泊水体存在，有利于湖边水草生长，并招引鸟类，对维持绿洲有一定意义。建议尽快实现“九二”分水方案长期目标，增加正义峡下泄水量和入湖水量。

5.2关于额济纳盆地地下水资源量的探讨

（1）第四系孔隙水静储量。计算公式为：

QC =F·H·a

式中：

QC ——静储量

F——含水层面积

H——最低水位以下含水层厚度，据钻孔资料分层计算

a——含水层岩层给水系数，取经验值0.2

计算结果为3038.8亿m3。

（2）调节储量。调节储量和静储量在地下水开采过程中起到调节和稳定开采量的作用。计算公式：

Q调=F·Δh·a

式中：

Q调——调节储量（m3/年）

F——第四系潜水含水层面积，依据水文地质图计算

Δh——地下水位变幅。根据观测，平均变幅为0.40m，远离河床的戈壁为0.08m

a——含水岩层给水系数，取0.2

计算结果为7.687亿m3。

5.3可开采水量与可动用水量

根据《黑河流域水资源合理开发利用》中“黑河干流水系地下水资源统计表”列：黑河下游冲积扇，可采资源量为6.791亿m3，可动用储量为1.767亿m3。其中，可采储量人工灌溉绿洲临界深度按2.50m计算，天然绿洲临界深度以1.0m计算；可动用储量人工绿洲按3.0m计算，天然绿洲按1.5m计算，而且其开采的极限应以黑河水年补给量位界。可开采水资源量中，东河区为2.886亿m3，西河区为2.202亿m3。因此，近几年额济纳旗一批较大工业项目的上马要充分考虑当地水资源条件。

参考文献

[1]○○九二九部队，中华人民共和国区域水文地质普查报告，1980.

[2]武选民，西北黑河下游额济纳盆地地下水系统研究，水文地质工程地质，2002年第1期.

[3]高前兆，黑河流域水资源合理开发利用，甘肃科学技术出版社，1990.

作者简介乔茂云，男，1961年生，1983年毕业于内蒙古农牧学院水利系，高级工程师，一直从事水利工作。

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