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1、论西北地区地下水的开发利用与保护摘要：本文通过分析西北地区的水资源时空分布特点和水循环特点、地下水开发利用现状以及开发利用中出现的生态环境问题，总结了西北地区多年来水资源开发利用的成功经验和失败教训，提出今后地下水资源合理开发利用的几点建议：即提高社会对西北地区地下水的认识，适度增大地下水开采；充分发挥地下水的一态环境调节作用，水资源开发与生态环境保护并举；遵循地表水与地下水的多次相互转化规律，提高水资源总体利用率；水资源开发利用与水资源涵养相结合；加强西北地区地下水的调查与研究。关键词：地下水情 利用 保护 建议 西北地区西北地区目前经济发展相对落后于全国水平，人均国民经济产值2043元，为
2、全国平均的3/4，粮食平均产量5415kg/hm2，占全国34%的土地面积所生产的粮食只占全国7.4%1。西北地区可供开发的耕地资源丰富，后备耕地面积3.25亿hm2，占全国后备耕地面积的64%，其中宜耕地819万hm21，发展农业在提高单产和扩大耕地面积两方面都很有潜力。西北地区矿产资源丰富，种类多，储量大，已发现矿种130多种，其中已探明储量居全国第一的有30种，储量占全国1/2的有12种。ú炭资源20000亿t，占全国的34%.仅新疆维吾尔自治区石油储量就达200400亿t，天然气储量达30000亿m3，水力资源达8517.7万kW2。西北地区气候干旱，降水稀少，蒸发量大，产水
3、量少，水资源平均只有5.3万m3/km2，不足全国平均数的1/5。降水和地表水时空分布极度不均，降水量分布总体上自南东的1200mm向西北逐渐减少为200mm左右，同时受高程和地形制约，具有明显的垂直分带性，降水主要分布于山区，山区降水量可达300700mm，甚至更高。一部分降水在高山堆积成冰川积雪，西北冰川面积达2.8万km2，储水量28.5亿m3，积雪储水约361亿m33。这些固体水库是平原区水资源的重要补给来源，同时对水资源的时空调节起到一定作用。而平原区降水量大都只有100200mm，盆地中心降水一般小于50mm，而蒸发量达10003500mm，干旱指数可大于50以上，成为极度干旱区，
4、因此形成山区的“湿岛”与平原的“干盆”相间分布的格局。降水分布明显制约着水资源的区域分布，地下水资源各地贫富状况相差极大，这与降水、地形及地面水文网密切相关。东部外流区地下水资源模数平均为5.9万m3km2·a，西部内½区地下水资源平均模数为3.03万m3km2·a4。现就今后西北地区地下水的研究、调查、利用和保护问题谈几点认识，供商榷。1 提高社会对西北地区地下水的认识，适度增大地下水开采地下水以其分布广、蒸发消耗少、储存量大、调节能力强、不易被污染、供水保证程度高等优点倍受世人重视。世界干旱区国家均以地下水作为主要供水水源，像非洲、哈萨克斯坦、中东、美国亚利桑
5、那州、澳大利亚等地区和国家地下水开发利用程度一般在60%以上。以色列修建地下水库，实施地表水和地下水联合调度的有效管理成为干旱区水资源科学利用的典范。西北地区水资源的利用，还处于高耗低效阶段，目前还主要以利用地表水为主，地表水的利用率已达到60%以上，而地下水的利用程度却很低，这与西北地区经济实力不足、开发技术相对落后有关。西北地区地下水平均利用程度仅有26.45%，其中内½区为20.29%，外流区为42.49%4，远远低于其他干旱区国家地下水的开采程度，总体来说地下水开采潜力尚较大。西北地区不少极度干旱地区，地表无径流，降水小于50mm，有的甚至小于10mm,这些地区地下水是人们赖
6、以生存的一水源。新兴的于沙漠地带的石油工业，供水也只能靠地下水。西北地区经济正在崛起，城市迅速发展，对水的需求不但数量上不断增加，而且保证程度的要求也越来越高，客观上要求地下水在来的供水中扮演重要的角色。特别需要指出的是，关于西北地区中新生代盆地内的白垩系、第三系、第四系深层承压含水层中的地下水的可利用价值，目前在国内还引起足够的重视，甚至还存在争议。埋藏较深的承压水，补给条件差，地下水在含水层中的滞留时间达12万年左右，因此开采深层承压水主要消耗的是储存量。国际经验证明深层承压水不但可以利用，而且可以持续利用，世界上许多干旱区国家开发利用的主要是深层承压水，有的已经有几十年，甚至近百年的历史
7、。美国亚利桑那州，60年中在该区各含水层中共* 沙*2250亿m3的地下水，其中90%为深层承压水；澳大利亚大自流盆地中20世纪内已* 沙*350亿m3以上的深层承压水5。我国西北地区地下水总储存量约17.5亿m3，有计划地利用这部分储存量对于满足城市、工业对水的需求增长，以及解决一些极度干旱区的饮水问题有重大的现实意义。1996年原地质矿产部实施的“西北特别找水计划”在西北许多干旱缺水地区打出了深层承压淡水，如新疆维吾尔自治区罗布泊东缘阿奇克谷地钾盐矿区；塔里木盆地沙漠中的塔中KT1井；陕西省乾县旱塬；甘肃省平凉山区的甘沟、鸭儿沟、景泰、腾格里沙漠边缘；宁夏回族自治区的盐池、固原、中宁等地先
8、后打出了36眼深井。在深层承压水开发利用方面，应该吸取国际上的成功经验，采取即积极又谨慎的态度，在开采实践中研究和总结开采布局和采控制量，并结合经济发展需求，采取适当的开采决策方案，随着西北地区经济实力的增强和开采技术水平的提高，末来深层地下水的开发必然会有较大的发展。2 充分发挥地下水的生态环境调节作用，水资源开发与生态环境保护并举潜水和土壤水是地球表面联系岩石圈、生物圈、大气圈的纽带，潜水埋藏深度、潜水矿化度、包气带岩性、包气带含水量、包气带含盐量是直接关系植被生长的生态环境指标。潜水的合理利用可以改善生态环境，不合理利用也可以破坏生态环境。目前西北地区存在的植被退化、土地沙化、土壤盐渍化
9、均与地下水的利用密切相关。西北地区的银川平原、关中盆地、河西走廊、柴达木盆地、准噶尔盆地和塔里木盆地都有盐渍化土地分布，盐渍化面积占全国的13.原因是渠灌区灌溉定额高，高者达1500024000m3/hm2，而地下水开采利用却很少。实践经验表明，将纯渠灌区逐渐改造成井渠结合灌区，区，增加地下水的开采，将地下水降到22.5m以下，就可以减少地下水蒸发，抑制盐分在土壤表层积累，这是根治土壤盐碱化的最主要措施。同时采融约用水措施，降低灌溉定额，调节部分地表水量增加对下游的供水，这既改善了灌区的生态环境，又改善了下游的生态环境。植被退化、土地沙化等生态环境退化的直接原因之一是表层土壤干燥化。植被生长状
10、况与地下水埋深有关，这是因为植物生长与其根系层的土壤含水量有关，地下水埋深和ë细最大上升高度决定了包气带垂直剖面的含水量分布。西北地区开发利用地下水必须考虑控制一定的地下水埋深，不能象东部地区那样过于强调夺取地下水蒸发量，应该保证适当的生态用水，尤其在绿洲边缘、沙漠边缘地带更要注意这点。根据以往对西北地区野生生态系统的调查研究，要维持野生生态系统平衡，乔木、灌木分布区，潜水埋深不能大于78m，而草甸分布区潜水埋深不能大于23m.否则，必然会导致植被退化，生态环境恶化。3 遵循地表水与地下水的多次相互转化规律，提高水资源总体利用率西北地区地下水可以划分为两类完全独立的系统，即外流河地下
11、水系统和内½河地下水系统。外流河地下水系统水循环方向是最终汇集入海。以黄河为例，该地下水系统在花园口以上，属于侵蚀地形范，总的转化规律是地下水向各河排泄，补给地表水。黄河下游断流问题，除了与中、上游地表水过度消耗直接有关外，地下水的开采在一定程度上也加剧了枯季流量的减少。 内½盆地水循环从以水平方向为主逐渐转化为以垂直方向为主，地表水和地下水均汇集于盆地中心被蒸发消耗，地表水和地下水同源、同归宿，但在长距离运移过程中又遵循各自的水力规律，多次相互转化，这种规律反映了地表水与地下水是既相互独立又相互依赖、相互制约的两个子系统。西北地区水资源的开发利用要充分利用地表水
12、和地下水的相互转化关系，促进地表水与地下水相互涵养，提高水资源的总体利用率，而不应该片面强调提高地表水利用率，或者片面强调提高地下水利用率，将地表水和地下水截然分开的做法是绝对错误的。西北内½地区以往开发利用水资源的普遍做法是，在河流出山口修渠直接引河水到绿洲利用，或在细土带修建平原水库。为了提高地表水利用率，渠道衬砌水平不断提高，渠系水有效利用系数从50年代、60年代的0.30.4提高到目前的0.60.7.地表水与地下水转化量的减少使水资源重复利用率降低，也使河渠渗©补给地下水量减少，加上，导致地下水下降、泉水流量减少，进入下游的地表水量随之也减少。由此可见，采取大量经费
13、投入、单方面考虑提高地表水利用率的做法将破坏地下水资源，减少水资源总体利用率，并且造成下游平原供水困难和生态环境退化，是不可取的。4 水资源开发利用与水资源涵养相结合西北地区生态环境十分脆弱，尽管地下水开采程度不高，但部分地区反映出来的水环境问题比较突出，为实现水资源持续利用和生态环境保护的协调，必须实施水资源开发与涵养并举，尤其对山前绿洲带和黄土台塬、梁峁地区的水资源涵养应引起足够的重视。西北山前绿洲带是人口聚集的主要经济带，城市大都集中在这些地方，是用水量、需水量最多的地区，也是地下水的主要开采区，这里水资源的涵养应该重点考虑两个方面：一方面是山前平原渠道的衬砌要适度，让足够的地表水在山前
14、能继续补给地下水，这种转化关系减少了河、渠、平原水库的无效蒸发损耗，涵养了地下水。同时使地下水在绿洲溢出带转化为泉，并汇集成河，补给下游平原，有利于下游平原供水和防止荒漠化向上游扩展而破坏现有的绿洲。另一方面是从现在就开始考虑和研究山前修建地下水库的必要性和可能性。西北山区由于构造运动强烈，高山峡谷，岩石破碎，山区修建水库库容小，渗©严重，造价高，不宜修建水库；而平原水库蒸发和渗©损失却极大，按水面蒸发2000mm计算，则平原水库中ÿ年有2m深的水被白白蒸发损耗，修建平原水库更不可取。西北地区新构造运动强烈，山区和盆地相对升降幅度很大，于是在山前堆积了大厚度、粗颗
15、粒沉积物，有巨大的、良好的储水空间。与东部地区不同，西北山区一般人烟稀少，用水量少，绝大部分地表水流入盆地，所以修建地下水库既有空间，又有水源。山前地下水库修建后，对现有绿洲的地表水、地下水都有较好的涵养作用，既能提高绿洲的供水保证程度，又能保护绿洲生态环境。黄河中上游黄土台塬、梁峁地区，水土流失面积有43万km2，地形支离破碎，是造成黄河下游多泥沙、多灾害的重要原因之一。这些地区地表水产流和地下水补给都不多，水资源少，而流失耗散十分迅速，因此要加大投入，加速小流域治理，迅速增加植树造林、种草的面积，实施坡耕地退耕还林、还草，用以涵养水源。这个地区水土涵养和生态环境的改善，是该地区水资源持续利
16、用的基础，对治理黄河也是至关重要的。5 加强西北地区地下水的调查与研究近十几年来，各个部门先后组织开展了许多调查研究工作，但毕竟经费投入明显不足，对许多问题的研究难以深入，调查研究尚有空白区。就新疆维吾尔自治区来说，120万水文地质普查只完成了全省面积的28%，还有72%的面积尚进行。由于近20年来人为因素的干扰，地下水水循环条件和地下水补给、径流、排泄条件不断发展变化，就现有的工作基础，掌握这些变化，尤其对各要素的定量化确定显得明显不足。为顺应国家开发大西北的需求，为满足来决策、规划和管理的需要，重视和加大对地下水的调查和研究，已成为西北地区水资源问题的重要内容。为了切实取得进展，要改变近年来科研与生产脱节的做法，改变急于求成的短期行为，改变科研队伍的组织形式，应该向调查、勘探、科研一体化的方向发展，同时加大经费投入。西北地区经济发展正处于起步阶段，应该吸取东部地区在水资源开发利用方面的经验教训，坚持“以供定需”的方针，根据水源情况规划经济布局，将高耗水工业要放在水源充足的地方，将优质地下水首先供居民饮用，这对于促进西北地区水资源的持续利用是至关重要的8