甘肅省地下水資源開發(fā)利用特點(diǎn)分析

馬寶強(qiáng)，王 瀟，湯 超，劉恩麗，李 莉

(甘肅省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730020)

甘肅省是我國最缺水的省份之一，人均水資源量僅為1 231 m3，已接近世界重度缺水線[1-2](1 000 m3/人)，水資源供需矛盾十分突出，水資源匱乏是制約經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展的重要因素。地下水作為全省水資源的重要組成部分，分布廣泛，占全省供水量的26%，全省14個(gè)市州都在開發(fā)利用地下水，特別是在干旱的河西走廊平原等地區(qū)，居民生活用水基本全部依賴地下水資源，因此地下水在保障全省生活及工農(nóng)業(yè)等方面用水發(fā)揮著不可替代的作用。然而，地下水的重要作用及其保護(hù)意義并沒有得到廣泛認(rèn)同，甚至經(jīng)常處于被忽視的狀態(tài)。近幾十年以來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展以及人類活動(dòng)對地下水資源環(huán)境的過度影響，地下水超采與環(huán)境污染等問題已經(jīng)成為地下水可持續(xù)開發(fā)利用和生態(tài)文明建設(shè)的障礙。為全面推進(jìn)地下水資源超采與環(huán)境污染問題的系統(tǒng)治理，原環(huán)境保護(hù)部印發(fā)了《地下水污染防治規(guī)劃(2011-2020)》，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確提出地下水超采區(qū)控制和地下水污染防治目標(biāo)，生態(tài)環(huán)境部等五部門印發(fā)了《地下水污染防治實(shí)施方案》。此外，國務(wù)院在2021年10月21日頒布了第一部國家級層面地下水方面的專項(xiàng)法規(guī)《地下水管理?xiàng)l例》，該條例已于2021年12月1日正式實(shí)施，進(jìn)一步強(qiáng)化了地下水節(jié)約保護(hù)與污染防治。因此，為防止本省地下水資源過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境破壞或水質(zhì)污染，闡明地下水在推動(dòng)全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用以及保護(hù)地下水資源的重要意義，本文系統(tǒng)梳理了全省地下水資源開發(fā)利用狀況及其特點(diǎn)，旨在為全省地下水環(huán)境保護(hù)提供專業(yè)依據(jù)。

1 甘肅省水文地質(zhì)概況

甘肅省地下水資源主要分為黃河、長江和內(nèi)陸河流域三大系統(tǒng)分區(qū)(圖1)。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征以及含水層孔隙介質(zhì)，全省地下水類型主要包括山前及山間平原區(qū)第四系松散巖類孔隙水、黃土孔隙水、基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和碳酸巖巖溶裂隙水[3](圖1)。山前(山間)平原區(qū)第四系松散巖類孔隙水主要分布在河西走廊平原區(qū)的一系列山前拗陷或山間斷陷盆地內(nèi)，主要由酒泉盆地、武威盆地、張掖盆地等9個(gè)第四系盆地組成[4]，盆地內(nèi)第四系中上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)松散層厚度可達(dá)數(shù)百米至千米，為地下水的賦存和運(yùn)移提供了良好的天然場所[5]。黃土孔隙水主要分布在隴東黃土丘陵地區(qū)的黃土塬區(qū)，例如董志塬、正寧塬等，含水層為第四系中更新統(tǒng)離石黃土，該類地下水在隴東盆地、秦王川盆地和蘭州盆地等新生代盆地底部賦存新生代碎屑巖裂隙承壓水，自稱一個(gè)獨(dú)立的承壓水流動(dòng)系統(tǒng)?；鶐r裂隙水主要分布在甘肅省西北部祁連山區(qū)、北山以及南部的隴南山地等地區(qū)。碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在河西、甘南和隴南地區(qū)。碳酸巖巖溶裂隙水在省內(nèi)分布較少，主要在隴南地區(qū)以及祁連山西段有所分布。

圖1 甘肅省地下水系統(tǒng)分區(qū)及類型分布圖

2 甘肅省地下水資源現(xiàn)狀

根據(jù)2019年甘肅省水資源公報(bào)，甘肅省水資源總量為325.88億 m3，人均水資源量為1 231 m3，僅占全國人均水資源[6](1 972 m3)的62%，水資源非常匱乏。其中，地表水資源總量為312.15億 m3，地下水資源總量為148.68億 m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源量為13.73億 m3，地下水資源約占全省水資源量總量的46%。按照三大流域地下水系統(tǒng)分區(qū)，其中內(nèi)陸河流域地下水資源量為54.6億 m3，最為豐富；其次為黃河流域，地下水資源量為 50.08億 m3；最貧乏為長江流域，地下水資源量為 43.99億 m3。在全省14個(gè)市州中(圖2)，地下水資源呈現(xiàn)“兩頭多，中間少”的分布格局，即南部的隴南、甘南和北部的河西地區(qū)地下水資源豐富，而蘭州、白銀、慶陽等隴中隴東地區(qū)地下水資源較為缺乏，但是河西地區(qū)地下水資源主要為儲存資源量[7-8]，補(bǔ)給資源量相對較少，因此在持續(xù)超采情況下，地下水資源面臨枯竭的危險(xiǎn)。地下水資源最豐富的市州是隴南市和甘南州，即位于甘肅省的南部地區(qū)，屬于長江上游嘉陵江流域和黃河流域甘肅段上游地帶；其次是位于河西走廊平原區(qū)的張掖市、酒泉市和武威市；地下水資源最為匱乏的是嘉峪關(guān)市、白銀市和蘭州市等地區(qū)。

圖2 甘肅省各市州地下水資源量分布圖

圖3 甘肅省2005-2020年水資源利用情況

圖4 甘肅省各市州地下水利用情況分布

3 甘肅省地下水開發(fā)利用狀況

3.1 甘肅省地下水開發(fā)利用整體情況

全省共有規(guī)模以上機(jī)井5萬余眼[9]，地下水資源整體開發(fā)利用程度較高，并呈現(xiàn)北高南低的特點(diǎn)，南部長江流域水多地少，水資源利用程度僅為3%[10]。分析2005-2020年甘肅省水資源公報(bào)及《2021甘肅發(fā)展年鑒》供水用水?dāng)?shù)據(jù)(圖3)，全省水資源利用主要以地表水為主，其次是地下水，地下水資源的利用規(guī)模基本多年保持不變，介于23～29億 m3。分析近十六年水資源利用量的平均值發(fā)現(xiàn)(圖3)，地表水多年平均利用量為90.82億 m3，占水資源總利用量的76%；地下水多年平均利用量為26.10億 m3，占水資源總利用量的22%，占比高于全國平均水平[11](18.7%)；其它水資源多年平均利用量為2.35億 m3，僅占水資源總利用量的2%。說明地下水在全省水資源利用的占比長期保持在1/5左右(圖3)，在保障全省水資源安全利用方面發(fā)揮著重要作用。分市州來看(圖4)，地下水利用規(guī)模最大的地區(qū)主要在酒泉市、張掖市、武威市、金昌市等河西走廊平原地區(qū)，占全省地下水利用總量的81%，而臨夏、隴南、甘南等地區(qū)地下水利用量非常少，這主要是因?yàn)榻邓康牟町愒斐傻?。河西走廊平原地區(qū)，位于石羊河、黑河和疏勒河三大內(nèi)陸河流域，深居西北內(nèi)陸，干旱少雨，平均降水量小于250 mm，導(dǎo)致地表水資源非常匱乏，但是河西地區(qū)存在張掖盆地、酒泉盆地、武威盆地等地下水資源豐富的大型沉積盆地[5]，因此該地區(qū)的生產(chǎn)生活用水非常依賴地下水資源。臨夏、隴南、甘南等地區(qū)降水量都大于600 mm，地表水資源非常豐富，因此地下水依賴程度比較低。蘭州、白銀等地區(qū)由于位于黃河干流沿岸，主要依賴黃河水作為主要的生活及工農(nóng)業(yè)用水水源，例如蘭州市城區(qū)的供水水源目前主要來自黃河上游劉家峽水庫的水資源。

3.2 甘肅省地下水開發(fā)利用結(jié)構(gòu)分析

分析2013-2020年甘肅省水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖5)，全省地下水開采量主要用以農(nóng)田灌溉，用水量介于17.22～23.06億 m3，多年平均用水量為19.70億 m3，占全省地下水利用總量的76%；其次是工業(yè)用水，用水量介于1.88～3.17億 m3，多年平均用水量為2.52億 m3，占全省地下水利用總量的10%；然后是生態(tài)用水和居民生活用水，多年平均用水量分別為1.35億 m3和1.20億 m3，分別占全省地下水利用總量的5%和4%。由于干旱少雨，地表水資源匱乏，在生活用水方面，酒泉、嘉峪關(guān)、張掖、武威等內(nèi)陸河流域地區(qū)非常依賴地下水(圖6)，地下水所占比例接近100%；其次是甘南藏族自治州，生活用水中地下水所占比例較大，占比約31%；平?jīng)鍪?、慶陽市、隴南、天水等地區(qū)生活用水中地下水所占比例次之，占比分別為16%、13%、14%、6%，除此以外，白銀、定西等市州生活用水對地下水的依賴度都非常低，占比小于1%。由于金昌、蘭州、臨夏等地區(qū)生活用水中無地下水統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本次不予分析。雖然，整體而言，全省地下水開采主要用以農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水，二者占全省地下水利用總量的86%，但是在河西走廊平原等干旱少雨地區(qū)，地下水在供應(yīng)當(dāng)?shù)厣钣盟矫嫠急壤龓缀踅咏?00%，因此在省內(nèi)部分市州地區(qū)，地下水在保障居民飲水安全中具有非常重要的價(jià)值，亟需政府部門加強(qiáng)對地下水監(jiān)測管理，防止地下水超采和發(fā)生污染。地下水作為主要飲用水的現(xiàn)象在全球都比較普遍，由于地下水的水質(zhì)通常比較優(yōu)良，并且不易污染，歐美等大部分國家飲用水都以地下水為主[2]，其中，奧地利、丹麥等國家飲用地下水的比例幾乎接近100%。

3.3 甘肅省地下水資源超采情況分析

地下水超采是全球地下水開發(fā)利用進(jìn)程中普遍存在的問題，特別是美國、墨西哥、沙特阿拉伯、巴基斯坦、印度和中國等國家地下水超采最為嚴(yán)重[12]，其中我國地下水超采區(qū)主要集中分布在華北平原、長江三角洲、汾渭盆地和淮北平原等地區(qū)[13]。甘肅省內(nèi)大部分市州地表水資源緊缺，因此地下水的開發(fā)利用程度都較高，導(dǎo)致地下水超采問題比較嚴(yán)重。為落實(shí)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃，保護(hù)地下水資源，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，目前全省已經(jīng)開展了有效的地下水壓采行動(dòng)。目前全省共有地下水超采區(qū)47個(gè)[14](圖7)，超采區(qū)總面積為1.64萬 km2。其中，一般超采區(qū)43個(gè)，面積為1.44萬 km2，主要分布在河西走廊平原區(qū)，幾乎占全省超采區(qū)總面積的90%；嚴(yán)重超采區(qū)4個(gè)，面積為0.2萬km2，主要分布在武威市民勤縣(1785.78 km2)、定西市安定區(qū)(101.51 km2)、蘭州市榆中縣宛川河(51.85 km2)和白銀市平川區(qū)(14.02 km2)。由于武威市民勤縣湖區(qū)地下水超采非常嚴(yán)重，因此劃為地下水禁采區(qū)，面積為301 km2；禁采區(qū)以外的一般超采區(qū)、嚴(yán)重超采區(qū)均為地下水限采區(qū)，面積為1.61萬 km2。

圖5 甘肅省2013-2020年地下水利用結(jié)構(gòu)分析圖

圖6 甘肅省各市州生活用水量中地下水占比

圖7 甘肅省地下水超采區(qū)分布圖

河西走廊平原區(qū)的石羊河流域地下水超采最為嚴(yán)重，武威盆地、民勤盆地地下水位累積降幅超過[15]20 m，因此為解決該地區(qū)地下水不合理開發(fā)問題，甘肅省人民政府專門研究制定了《石羊河流域地下水管理辦法》(甘肅省人民政府令第109號)[16]。全省積極開展了地下水超采區(qū)治理，并編制了《甘肅省地下水超采區(qū)治理方案》，嚴(yán)格實(shí)行地下水壓采計(jì)劃[17]，近幾年已關(guān)閉機(jī)井1 365眼，共壓減水量4.06億 m3，地下水超采區(qū)面積大為縮減，但是針對地下水超采成因分析及其引起地面沉降等方面的監(jiān)測與基礎(chǔ)研究非常匱乏。李平平[9](2019)基于全省30多年的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，對省內(nèi)酒泉市瓜州縣等16個(gè)區(qū)域進(jìn)行了地面沉降控制區(qū)分級研究，結(jié)果均為三級控制區(qū)，說明全省地面沉降發(fā)育程度和危害程度整體較弱。從全球來看，地下水超采主要是因?yàn)檫^量抽取地下水用以農(nóng)業(yè)灌溉造成的[12]。地下水超采不僅會造成地面沉降，而且還會導(dǎo)致地表水流量減少、海水入侵、土地荒漠化等生態(tài)環(huán)境問題[18]。例如，我省敦煌盆地由于地下水的過度開發(fā)[19]，導(dǎo)致沙漠第一泉—月牙泉的水體面積大為縮減，后采取人工補(bǔ)給和減少地下水開發(fā)利用量，才使得月牙泉水體面積有所恢復(fù)。

4 結(jié)語

(1)地下水是全省水資源的重要組成部分，占全省水資源總量的46%和用水總量的22%。全省地下水資源量呈現(xiàn)“兩頭多、中間少”的特點(diǎn)，整體南多北少。南部地下水資源豐富歸因于降雨量多、地下水補(bǔ)給資源大，北部地下水資源豐富的地方主要位于河西走廊平原地區(qū)，主要為地下水儲存量，目前整體超采嚴(yán)重。

(2)全省地下水開發(fā)利用程度呈現(xiàn)北高南低，開發(fā)利用程度高的地方主要位于西北部河西走廊平原地區(qū)，主要因?yàn)槲鞅辈拷涤晟?，地表水資源匱乏。全省地下水開采主要用以農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水，分別占地下水利用總量76%、10%；其次是生態(tài)用水、居民生活用水、城鎮(zhèn)公共用水和林牧漁畜用水，分別占地下水利用總量的5%、4%、3%、2%。在干旱少雨的河西走廊平原地區(qū)，酒泉、張掖、武威等地區(qū)生活用水基本全部來自地下水，地下水依賴程度很高。由于過度抽取地下水，導(dǎo)致地下水超采問題突出。目前全省共有43個(gè)地下水限采區(qū)和4個(gè)禁采區(qū)，地下水超采區(qū)主要分布在河西走廊平原區(qū)，占全省超采區(qū)總面積的90%。