中國西北地區(qū)苦咸水資源及其分布特征

陳 文，鄭自寬，謝軍健，趙永剛，扈家昱

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

苦咸水是一個由來已久的通俗稱法，是非常規(guī)水源的一種，其口感苦澀，很難直接飲用的水體。目前，苦咸水沒有統(tǒng)一的界定標準，一般將礦化度作為界定苦咸水的主要依據(jù)，是指由于礦化度高而無法直接利用或利用范圍大大受限的天然劣質水資源。根據(jù)《地表水資源質量評價技術規(guī)程》，當水體礦化度或氯化物、硫酸鹽濃度超過標準限值時稱其為苦咸水。根據(jù)《地下水質量標準》，當溶解性總固體(亦稱礦化度)指標大于2 000 mg/L時，即為Ⅴ類水體，屬苦咸水，其化學組分含量高，不宜作為生活飲用水水源。需經(jīng)適當?shù)幚砗?，達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》，即溶解性總固體小于1 000 mg/L時，才可作為生活飲用水。

在水質評價中，我國學者常用礦化度(或溶解性總固體)指標評價水體質量的優(yōu)劣。綜上所述，把礦化度在2 000～50 000 mg/L、或氯化物大于450 mg/L、硫酸鹽大于400 mg/L的水體稱為苦咸水。

針對中國西北地區(qū)淡水資源短缺、苦咸水廣泛分布、水資源供需矛盾突出的現(xiàn)狀，已有部分省(區(qū))對個別苦咸水河流、或苦咸水湖泊、或淺層地下苦咸水進行了調查和分析研究[1-7]，但多為研究某一苦咸水河流、或苦咸水湖泊的基本特征，至今未見到對西北地區(qū)包括地表苦咸水河流和苦咸水湖泊及地下苦咸水在內的較為全面的苦咸水資源及其分布特征研究成果。

隨著西北地區(qū)社會經(jīng)濟快速發(fā)展和人民生活水平逐步提高，針對苦咸水分布地區(qū)淡水資源短缺、水資源需求日益增加、供需水矛盾突出等問題，研究非常規(guī)水源—苦咸水資源數(shù)量及其分布特征，對優(yōu)化區(qū)域水資源配置，緩解區(qū)域水資源供需矛盾，保障用水安全等都具有極其重要的意義。

1 中國西北地區(qū)概況

西北地區(qū)深居歐亞大陸的內陸地區(qū)，面積廣闊，生態(tài)脆弱，人口稀少，地形地貌特點突出。依據(jù)自然地理是指昆侖山—阿爾金山(祁連山)—秦嶺以北的干旱半干旱地區(qū)，包括的行政區(qū)域為新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西5省(區(qū))，面積共306.6萬 km2，約占全國總面積的32%(約1/3)，人口共10 186萬人，占全國總人口的7.3%，人口密度33人/km2，約為全國平均人口密度的1/5。

1.1 自然地理概況

西北地區(qū)屬溫帶季風氣候區(qū)，遠離海洋，加之山脈阻隔等影響，降水量稀少，蒸發(fā)量大，該區(qū)域多年平均降水量331.9 mm，多年平均蒸發(fā)量1 380.4 mm，且有明顯的年際年內變化。常年平均氣溫在0℃～24℃之間(冬季普遍在0℃以下，夏季在16℃～24℃上下)。河湖眾多，外流河主要有黃河、長江、瀾滄江、額爾齊斯河等及其支流；內流河主要有塔里木河、伊犁河、烏倫古河、柴達木河、疏勒河、黑河、石羊河等及其支流；著名湖泊有青海湖(咸)、艾比湖(鹵)、蘇干湖(咸)、沙湖(咸)、賽里木湖(咸)、烏倫古湖(咸)、博斯騰湖(咸)、鄂陵湖(淡)、扎陵湖(淡)等。

西北地區(qū)多山脈、多盆地，且多為高原區(qū)和沙漠區(qū)。主要山脈有天山、阿爾泰山、昆侖山、阿爾金山、祁連山、秦嶺等；主要盆地有塔里木盆地、準噶爾盆地、吐魯番盆地、柴達木盆地等；主要高原有黃土高原，內蒙古高原、青海高原、河西走廊等；主要沙漠有塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、庫姆塔格沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、毛烏素沙漠等；該區(qū)域內包括了高山、盆地、平原、沙漠、戈壁、山間河谷地等復雜多樣的地形地貌特征。

1.2 水資源分布概況

西北5省(區(qū))范圍內水資源總量為2 190.13億 m3，人均占有水資源量為2 150 m3，接近國際公認的中度缺水指標。水資源在該區(qū)域內分部呈極度不平衡狀態(tài)，寧夏屬極度缺水區(qū)，甘肅和陜西屬嚴重缺水省，新疆接近輕度缺水指標(區(qū)內水資源分布極不平衡，山區(qū)多，平原區(qū)少)，青海位居三江源區(qū)，水資源豐富，人口稀少，人均占有水資源量最多，詳見表1。

表1 中國西北省區(qū)水資源特征統(tǒng)計表

2 西北地區(qū)現(xiàn)有苦咸水資源量

2.1 苦咸水資料來源

本文研究苦咸水資源及其分布特征依據(jù)資料，主要來源有三方面：一是多年來水文系統(tǒng)有關單位調查監(jiān)測資料；二是收集已有專項調查評價成果和專著等資料(包括苦咸水河流、苦咸水湖泊、淺層地下苦咸水水文地質單元等資料。如：《中國河湖大典》[1](2014.8)，《中國湖泊志》[2](1998.9)，《中國地下水資源圖》[3](2017.6)，《鄂爾多斯盆地地下水勘查研究》[4](2008.6)，《銀川平原地下水資源合理配置調查評價》[5](20089.12)，《青海地質環(huán)境》[6](2009.9)；三是第三次全國水資源調查評價成果[7](2019)有關苦咸水翔實資料。

2.2 苦咸水河流徑流量

西北地區(qū)苦咸水河流分布于多年平均降水量小于350 mm(陜北定邊為323.6 mm)的西北干旱、半干旱地區(qū)，并與其所在的流域地質巖性有著密切的關系。以黃河流域上中游地區(qū)和長江源頭區(qū)最具代表性。中國境內現(xiàn)有常流水的苦咸水河流比較少。研究得知：中國西北地區(qū)現(xiàn)有苦咸水河流54條，多年平均徑流量140.583億 m3/a，流域總集水面積20.519萬 km2，平均礦化度4.460 mg/L，詳見表2。

表2 中國西北省(區(qū))苦咸水河流徑流量統(tǒng)計表

2.3 苦咸水湖泊蓄水量

湖泊為陸地上重要的生態(tài)系統(tǒng)，具有蓄水、灌溉、供水、調節(jié)空氣濕度、調節(jié)洪峰及水產(chǎn)養(yǎng)殖等多重功能。湖泊水體的化學成分不僅直接影響到湖泊內棲居生物以及受體人群的身體健康，同時，其礦化度和化學成分的變化則表示湖泊所處的環(huán)境發(fā)生變化[8]。

根據(jù)湖泊水體礦化度的大小分為淡水湖、咸水湖和鹽湖?？嘞趟词侵负V化度在2～50 g/L之間的湖泊。通常系湖水無外排通道或排出不暢，蒸發(fā)造成湖水鹽分富集而形成，多位于干旱半干旱地區(qū)的內流區(qū)。依據(jù)湖泊調查等專著資料研究得出：中國西北地區(qū)現(xiàn)有苦咸水湖泊157個，占第一次全國水利普查苦咸水湖泊總數(shù)(945個)的16.6%，苦咸水湖泊總蓄水量1 406.124億 m3，湖面總面積1.113萬 km2，平均礦化度15.844 g/L，詳見表3。

表3 中國西北省(區(qū))苦咸水湖泊蓄水量統(tǒng)計表

2.4 地下苦咸水資源量

西北地區(qū)地下苦咸水分布區(qū)域因受不同地區(qū)的自然地質和地理條件影響，地下水形成的主導因素各不相同，造成地下苦咸水的形成和分布有著顯著差異。地下水按其埋藏條件的不同、形成特點和循環(huán)更新的特性不同分為兩類，一類是埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層之上，具有自由水面的重力水，并且參與現(xiàn)代陸地水循環(huán)，在循環(huán)交替過程中不斷接受補給和更新，并且在各種自然因素和人為因素作用下，水質和水量的變化與現(xiàn)代氣候密切相關，這類地下水稱為地下潛水。另一類是地質時期形成的地下水，其補給和運動極其緩慢，多賦存于兩個隔水層之間，稱其為承壓水。

在瓷面上“打玻璃白”也是一項講究的工藝活，玻璃白是水溶性顏料，而彩瓷是先要用油性顏料鉤線和畫底色，這個過程必然會使瓷面沾上油，這樣水溶性的玻璃白就無法打在含油的瓷面上。這就需要用到“鍋灰”鍋灰具有吸油作用。在需要上玻璃白的位置先抹上少許鍋灰，然后再把鍋灰輕輕掃除，這樣玻璃白就可以打在瓷面上。

根據(jù)《第三次全國水資源調查評價成果》(2019年)、《中國地下水資源圖》(2017年)和《鄂爾多斯盆地地下水勘查研究》(2008年)等成果中的淺層地下苦咸水資料研究得出：中國西北5省(區(qū))淺層地下苦咸水水文地質單元(盆地)有25個，地下苦咸水資源量50.556億 m3，分布范圍的面積約16.669萬 km2，占西北5省(區(qū))總面積的5.4%，涉及縣級行政區(qū)92個，詳見表4。

表4 中國西北省(區(qū))淺層地下苦咸水資源量統(tǒng)計表

2.5 西北地區(qū)苦咸水資源量

研究得出西北5省(區(qū))現(xiàn)有苦咸水資源量為1 597.263億 m3，其中，地表苦咸水河流年徑流量為140.583億 m3，占區(qū)域苦咸水資源量的8.8%；苦咸水湖泊蓄水量為1 406.124億 m3，占區(qū)域苦咸水資源量的88%；淺層地下苦咸水資源量為50.556億 m3，占區(qū)域苦咸水資源量的3.2%，詳見表5。

表5 中國西北5省(區(qū))苦咸水資源量統(tǒng)計表

3 西北地區(qū)苦咸水資源分布特征

苦咸水包括地表苦咸水河流、苦咸水湖泊和淺層地下苦咸水。中國自然條件十分復雜，苦咸水分布廣泛，主要分布在西北干旱半干旱區(qū)。通過研究得出：中國西北5省(區(qū))現(xiàn)有地表苦咸水河流、苦咸水湖泊和淺層地下苦咸水資源分布面積約38.301萬 km2，涉及縣級行政區(qū)176個，影響用水人口約1 500萬人，約占西北5省(區(qū))總人口的14.7%。

3.1 西北地區(qū)苦咸水河流分布及其特征

西北地區(qū)苦咸水河流多分布于多年平均降水量小于350 mm的干旱、半干旱地區(qū)，并與其所在的流域地質巖性有著密切的關系。主要分布于黃河中游一級支流(祖厲河、苦水河、清水河、無定河上游段)、二、三級支流(涇河的支流馬蓮河、渭河的支流葫蘆河、大咸河、散渡河)、長江源頭通天河及一級支流(沱沱河、北麓河、楚瑪爾河)和內陸河流域的烏圖美仁河、臺吉乃爾河、塔里木河(上游段)、水磨溝河、吐曼河等。在黃河中游區(qū)的甘肅、寧夏和陜西北部的黃土溝壑梁峁區(qū)分布45條(最多)，在長江源頭區(qū)分布4條，在內陸河區(qū)分布5條。流域總集水面積20.519萬 km2，占5省(區(qū))總面積的6.7%，涉及縣級行政區(qū)48個。中國西北省(區(qū))苦咸水河流分布圖見圖1。

3.2 西北地區(qū)苦咸水湖泊分布及其特征

西北地區(qū)境內均有苦咸水湖泊，現(xiàn)有苦咸水湖泊157個。青海省境內99個(湖泊數(shù)量最多，蓄水量最大)，新疆自治區(qū)境內46個(湖泊數(shù)量和蓄水量均次之)，甘肅、寧夏、陜西境內湖泊較少。主要分布于羌塘高原區(qū)、柴達木盆地、塔里木盆地、準噶爾盆地、艾比湖水系、烏倫古湖水系、青海湖水系、黃河水系(上中游支流區(qū))、長江水系(源頭區(qū))等區(qū)域?？嘞趟此诘厣婕翱h級行政區(qū)(縣、區(qū)、市、旗)36個。中國西北省(區(qū))苦咸水湖泊分布圖見圖1。

圖1 中國西北省(區(qū))苦咸水河湖分布圖

苦咸水湖泊的顯著特征：(1)多分布于多年平均降水量在350 mm以下的干旱半干旱地區(qū)。(2)多屬于內陸封閉湖泊或終點(端)湖泊。(3)湖水僅有流入補給水量，無流出水量或流出不暢(僅進不吐)。

3.3 西北地區(qū)地下苦咸水分布及其特征

圖2 中國西北地區(qū)地下苦咸水水文地質單元(盆地)分布圖

4 西北地區(qū)苦咸水開發(fā)利用現(xiàn)狀與建議

4.1 苦咸水開發(fā)利用現(xiàn)狀

苦咸水是干旱半干旱缺水地區(qū)一種可用的非常規(guī)水資源。目前，西北地區(qū)在苦咸水開發(fā)利用方面：(1)苦咸水河流和苦咸水湖泊的水資源開發(fā)利用量小，利用率低；(2)苦咸水開發(fā)利用多為淺層地下微咸水和半咸水；(3)淺層地下苦咸水開發(fā)利用量趨于減少[9](隨著我國農(nóng)村飲水安全與提質增效工程、灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程的實施，淺層地下苦咸水利用量在下降)。

(1)苦咸水河流徑流和苦咸水湖泊蓄水量的利用，多系旁河湖區(qū)域的小面積農(nóng)業(yè)灌溉；畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖；生態(tài)用水(植樹造林、草地、環(huán)境綠化)；總用水量比較小。

(2)西北地區(qū)開采利用淺層地下水總量68.76億 m3/a，約80%(55億 m3)的地下水(淡水)可直接利用；約13%(8.94億 m3)的(微咸水)經(jīng)適當處理后可以利用；約7%(4.81億 m3)屬地下苦咸水[10]，需采取必要的淡化工藝處理后利用。中國西北地區(qū)開采利用淺層地下苦咸水較多的省(區(qū))有新疆和甘肅，其他省(區(qū))利用的很好，青海省基本不用地下苦咸水。西北省(區(qū))開采利用地下苦咸水情況見表6。

表6 西北地區(qū)省(區(qū))開采利用地下水與苦咸水量統(tǒng)計表

(3)直接利用苦咸水的有農(nóng)業(yè)灌溉、林草地灌溉及生態(tài)用水等。一般利用礦化度在1.5～3 g/L或3～5 g/L微咸水或咸水。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)對水質的不同要求，對苦咸水采取不同的淡化措施，使其滿足用水工藝要求。生活飲用水對淡化處理工藝要求比較高，需要處理達到生活飲用水標準，方可飲用。

4.2 苦咸水開發(fā)利用建議

當前，中國西北地區(qū)水資源供需矛盾日益突出，苦咸水淡化技術比較成熟，亟待依據(jù)缺水實際情況，選擇適宜技術和設備，解決部分縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村及分散居民點的水質型生活飲用水及部分工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、畜牧養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生態(tài)綠化等用水需求。在苦咸水資源淡化利用中，還存在許多亟待政府頂層政策設計問題，特別是水資源配置與監(jiān)管部門，應分區(qū)域，出臺鼓勵使用苦咸水的政策，提高苦咸水配置額度和利用率。

(1)加強苦咸水淡化處理技術與設備研究?？嘞趟幚矸椒ㄝ^多，主要有電滲析(ED)、反滲透(BWRO)和納濾(NF)等。近年來，苦咸水淡化技術得到社會普遍認可，但不同區(qū)域地表苦咸水、地下苦咸水的水質特點差別大，在淡化處理工藝設計、設備選型和維護保養(yǎng)等方面的針對性和實效性，還有待深入研發(fā)及政策支持。

(2)推廣納濾技術在苦咸水淡化處理中的應用。納濾技術用于苦咸水淡化處理是未來趨勢。納濾膜介于反滲透和超濾膜之間，反滲透膜幾乎對所在溶質都有很高的脫除率，而納濾膜對不同價態(tài)離子脫除率有所不同。納濾過濾是一個低壓滲透過程，能耗較低，既節(jié)約了能耗又有效脫除含鹽量。應積極推廣納濾技術在苦咸水淡化處理中的應用，開發(fā)國產(chǎn)化的納濾膜，是促進苦咸水資源利用的產(chǎn)業(yè)需求。

(3)擴大苦咸水利用范圍。對極度缺少水源的地區(qū)，微咸水經(jīng)處理后，可作為人畜飲用水源；在適宜地區(qū)，推廣微咸水農(nóng)業(yè)灌溉；推廣苦咸水養(yǎng)殖和種植；提倡植樹造林、環(huán)境綠化利用苦咸水。大力推廣缺水地區(qū)使用苦咸水的范圍。

(4)優(yōu)化水資源配置，制定鼓勵使用苦咸水政策。

國家和省級水資源管理部門應制定鼓勵使用苦咸水的政策，以配額制優(yōu)化水資源配置，提高苦咸水利用率。根據(jù)不同地區(qū)水資源緊缺程度和苦咸水資源情況，對苦咸水利用量或比例做出強制性規(guī)定，并配套相應政策，切實推進苦咸水資源充分利用。