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1、第?卷第?期?年?月农 业 工 程 学 报?石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响魏晓妹?康绍忠?粟晓玲?陈俭煌?西北农林科技大学水利与建筑工程学院?杨凌?中国农业大学中国农业水问题研究中心?北京?摘 要?基于绿洲农业发展对水资源的依赖性?分析了天然河道渠网化!灌溉面积扩大!渠道引水量增加!渠系高标准衬砌及地下水大量开采对流域平原区地表水与地下水转化关系的影响结果表明?绿洲农业对水资源的开发利用?在造就了高效和集约化绿洲农业生态系统的同时?也使地表水与地下水之间的转化条件!转化数量及水体质量发生了明显变化?其负面效应已引发了严重的生态环境问题?并直接威胁着绿洲的稳定和发展关键词?
2、石羊河流域?绿洲农业?地表水?地下水?转化关系中图分类号?文献标识码?文章编号?2?2?2?魏晓妹?康绍忠?粟晓玲?等?石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响?农业工程学报?2?收稿日期?2?2?修订日期?2?2?基金项目?国家自然科学基金资助项目?作者简介?魏晓妹?女?甘肃甘谷人?博士?教授?研究方向为农业水资源转化理论与调控技术杨凌 西北农林科技大学水利与建筑工程学院?0 引 言石羊河流域位于甘肃河西走廊东部?是中国西北内陆河区灌溉农业发达!水资源开发利用程度最高!生态环境问题最严重的区域流域走廊平原区土地广阔?光热资源丰富?发源于祁连山区的河水及其转化形成的地下水为农业的发
3、展提供了宝贵水源?经过长期的农业开发活动?如兴修水利!开垦土地!改良土壤!栽培作物!种树种草等?在荒漠中培育了片片绿洲?提高了农业生产能力?建立了高效的人工绿洲生态系统?从而使绿洲农业成为流域国民经济发展的支柱产业然而?在干旱荒漠条件下?绿洲农业的稳定和发展离不开水资源的开发利用?随着绿洲的发展?农业开发活动对流域的水资源转化关系产生了明显的影响?其负面效应已严重影响到了流域生态环境的安全?为此?研究流域绿洲农业开发对水量转化关系的影响?旨在探讨其影响机理和效应?进而为流域水资源的合理调控和生态环境的建设提供依据?1 绿洲农业发展与水资源开发利用石羊河流域绿洲农业主要集中在山前冲洪积平原区?该
4、区年降水量?年蒸发量?受水文地质和气候条件的影响?当地几乎不产流?农业的发展必须依赖于山区来水的灌溉?没有水资源开发利用工程和相应的灌溉体系?绿洲农业就难以维持和发展?自古以来?就有/非灌不殖0之说?因此?可以说绿洲农业的发展就是灌溉农业的发展流域走廊平原区灌溉农业发展历史悠久!水利建设源远流长尤其是新中国成立以来?通过兴修水利工程!扩大灌溉面积!河道渠网化及渠系高标准衬砌等灌区建设与改造?已形成了上游山区水库调节!中游平原输水灌溉!下游井灌或井渠结合灌溉的绿洲农业用水格局根据有关资料?灌区河道引水量已从?世纪?年代的?增加到?年的?地下水开采量从?增加到?渠系利用系数从?提高到?灌溉面积从?
5、扩大到?目前?流域已建成水库?座?总库容?有干!支以上渠道?条?总长度?衬砌率?建成机井?万眼?配套?万眼?有各类灌区?个?有效灌溉面积?农业灌溉用水量?占流域总用水量的?粮食产量?正是由于灌溉农业的发展?造就了流域集约和高效的绿洲农业生态系统?使走廊平原区不仅成为甘肃省重要的商品粮基地?而且也成为流域生态安全的绿色屏障2 基于绿洲农业开发的水资源转化模式流域走廊平原区能够满足和维持人工绿洲?作物和主要生态建设用林草?和天然绿洲生长的土壤水?绝大部分是由出山地表径流灌溉及其转化形成的地下水所提供的?所以?平原区水量转化主要分析山区河川径流与地下水之间的转化关系流域平原区降水稀少!气候干燥?基本
6、不产流?其水资源主要来自于山区的河川径流天然条件下?河流出山口后进入走廊南盆地?武威!永昌盆地?部分洪水漫溢补给地下水?其余经河道在山前冲洪积扇区入渗转化为地下径流?而在冲洪积扇前缘又以泉水的形式溢出?泉水及汛期洪水汇集成河流?东支为石羊河?西支为金?川河?分别流入下游民勤盆地和金川)昌宁盆地?并最终消失于荒漠或流入尾闾湖在灌溉农业开发活动的影响下?天然条件下的水量转化关系发生了巨大的变化?图?山区水库的修建既改变了出山径流的时程分配?也减少了天然河道径流量?河流出山口后?在山前冲洪积平原灌区经河道!人工渠系引水渗漏及田间灌溉入渗转化为地下水?在冲洪积扇前缘和细土平原的沟槽中又以泉水的形式溢出
7、?地下水又转化为地表水?泉水及洪水再次汇合分别流入红崖山水库和金川峡水库?地表水经水库调节后由渠道引入下游盆地?通过渠系渗漏及田间灌溉再次转化为地下水?而地下水经开采灌溉?最终消耗于蒸散发图?表明?绿洲农业发展对水资源的开发利用?加强了人为因素对水资源转化过程的干预?形成了明显的自然)人工复合水资源转化模式?从而使地表水与地下水之间的转化关系变得更加频繁和复杂图?基于绿洲农业开发的地表水与地下水转化关系图?3 绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响3?1 地表水与地下水转化条件的变化绿洲农业的发展必须依赖于灌溉流域水库!人工渠网化及高标准衬砌渠道的修建?使地表水从山区?水库?直接输送到绿洲
8、?不仅改变了天然条件下地表水转化为地下水的路径?而且也增加转化层次?绿洲农业的发展使灌溉面积增加?其用水量大!用水时间长且以面状耗水为主?扩大了地表水与地下水的转化范围?绿洲农业用水格局?地表水与地下水用水比例!上下游用水比例等?加强了中下游盆地间地表水与地下水转化的过程?也使流域水文效应变得更加明显3?2 地表水与地下水转化量的变化?地下水补给量减少平原区地下水补给量由转化补给量及天然补给量组成?转化补给量包括河道!渠系及田间入渗补给量?天然补给量包括降水凝结水补给量及山前侧向径流补给量?其中转化补给量约占总补给量的?因此?流域平原区地下水补给量绝大部分是山区河川径流的转化量近几十年来?石羊
9、河流域的气候有暖干化的趋势?但由于山区河川径流受冰雪融水和地下水补给作用的调节?水量虽有波动?但基本稳定且年际变化不大?多年平均径流量?然而?流域平原区从?世纪?年代后期开始?随渠道引水量的增加!人工渠网化!渠系水利用系数的提高?地下水补给量呈明显减少趋势?表?世纪?年代地下水补给量为?年代为?年减少了?减少幅度为?与河道及渠系渗漏补给量减少数值大体相对应?表明灌溉农业发展对地表水与地下水转化关系的深刻影响表1 河西走廊平原区地下水补给量变化?世纪年代?年代?年代?年代?年代?年代渠道引水量?#?渠系水利用系数?地下水补给量?#?泉水溢出量减少泉水是中游盆地地下水转化为地表水的重要形式?其溢出
10、量大小受泉域范围内地下水补排条件的控制从?世纪?年代开始?中游平原区在大规模开发利用地表水的同时?也在泉水灌区内打井取水?以弥补灌溉水源的不足受地下水补给量减少及开采量增加双重效应的影响?灌区地下水采补失调!地下径流减缓!区域地下水位大幅度下降?进而导致冲洪积扇群带前缘及与之毗邻细土平原的泉水资源量逐年衰减?其中以武威盆地最为明显?表?世纪?年代已有的?条泉沟到?年代就有?条干涸?泉水溢出带下移?泉水资源量从?年的?减少到?年的表2 武威盆地泉水资源量及地下水开采量变化?年份?泉水资源量?地下水开采量?第?期魏晓妹等?石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响?年减 少?削减 幅度?
11、泉水溢出量的衰减直接影响着下游区绿洲农业的用水格局?进入下游的地表水量减少流域特殊的水文地质条件及灌溉活动?使南北盆地间水量转化关系更加密切?中游盆地泉水溢出量的大小直接关系到进入下游盆地地表水量的多寡位于武威盆地出口的红崖山水库?其入库径流主要由武威盆地溢出泉水及汛期洪水组成?泉水溢出量约占总径流量的?以上随武威盆地泉水溢出量的衰减?红崖山水库入库径流量从?世纪?年代的?减少到?年代的?表?年减少了?削减幅度为?年入库径流量仅为?年?月首次干涸地表水量的大幅度减少?迫使当地大量开采地下水以维持绿洲农业的稳定和发展?民勤县?年农业?农田和林草灌溉?用水量?其中地下水供水量?占农业用水量的?地下
12、水的连续过度开采?使民勤盆地地下水位从?年平均下降了?导致了天然绿洲萎缩!农田弃耕!土地荒漠化和水质盐化等严重的生态环境问题表3 红崖山水库入库径流量变化表?#?年代?世纪?年代?世纪?年代?世纪?年代?世纪?年代?世纪?年代泉水量?洪水量?入库径流量?3?3 地表水与地下水水质的变化绿洲农业的发展在引起地表水与地下水转化数量变化的同时?也使流域水化学和水盐过程发生了变化?地表水体污染人工渠道引水量的增加?使天然河道径流量减少!流程变短!河道自净能力降低?因此流域废水!生活污水的直接排放及化肥!农药的过量施用都极易引起地表水体的污染?同时灌溉条件下地表水与地下水的多次重复转换?也加剧了对地下水
13、的污染据有关资料?仅武威市?年排入石羊河的废!污水量就达?红崖山水库受到严重污染?库水呈劣?类水质?常年超标的项目有化学需氧量!生物耗氧量!非离子氨和总磷污染的河水进入下游民勤盆地?通过渠系和田间入渗转化为地下水?使当地饮用水安全及农田生态环境受到潜在威胁?地下水体盐化下游盆地大量!反复开采日益枯竭的地下水?强烈的蒸发浓缩作用?再加上河水带来的盐分累积下渗?使民勤绿洲出现了严重的浅层地下水盐化问题?湖区北部地下水矿化度由?世纪?年代的?上升至?年代的?局部地区高达?民勤县城附近地下水矿化度以每年?的速度上升地下水质的盐化?不仅造成全县?人口!?牲畜饮用水困难?而且也引发了土壤盐渍化?导致湖区耕
14、地撂荒!绿洲正在向南收缩4 结论和讨论绿洲农业对水资源的开发利用?在造就了高效和集约化的绿洲农业生态系统的同时?也使地表水与地下水之间的转化路径!层次!范围及过程发生了巨大变化在出山河川径流量相对稳定的情况下?随渠道引水量的增加!人工渠网化!渠系水利用系数的提高?平原区地下水补给量从?世纪?年代的?减少到?年代的?减少幅度?泉域范围内地下水补给量减少及开采量增加?使泉水资源量大幅度衰减?武威盆地?年泉水溢出量减少?削减幅度?泉水溢出量的减少?使进入下游的河川径流衰竭甚至断流?红崖山水库径流量从?年代的?减少到?年代的?年首次干涸地表水与地下水转化关系变化的负面效应对生态环境产生了巨大的影响?以
15、植被退化!土地沙化!水质恶化!土壤盐渍化等为代表的生态退化问题直接威胁着绿洲的稳定和发展因此?应该充分认识到水资源转化的这种复杂性?在农业开发中合理配置水土资源?促使地表水与地下水性转化?实现流域绿洲农业与生态环境的和谐发展参 考 文 献?袁生禄?石羊河流域水资源大规模开发对生态环境的影响?干旱区资源与环境?张济世?康尔泗?南永超?等?河西内陆河地表水与地下水转化及水资源利用率研究?冰川冻土?范锡朋?河西走廊河川径流与地下水的相互转化及水资源的合理利用?水文地质工程地质?高前兆?李小雁?仵彦卿?等?河西内陆河流域水资源转化分析?冰川冻土?董文楚?内陆河流水资源合理开发利用与绿洲农业可持续发展?
16、灌溉排水?增?陈隆亨?曲耀光?河西地区水土资源及其合理开发利用?北京?科学出版社?魏晓妹?粟晓玲?陈俭煌?石羊河流域水资源特征及开发利用研究?水利水电技术?李世明?程国栋?李元红?等?河西走廊水资源合理开发利用与生态环境保护?郑州?黄河水利出版社?丁宏伟?张荷生?近?年来河西走廊地下水资源变化及对生 态环境的影响?自然资源学报?丁宏伟?王贵玲?黄晓辉?红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析?中国沙漠?常春厚?王红霞?加强生态环境治理 实现水资源供需平衡?甘肃水利水电技术?王 琪?史基安?张中宁?石羊河环境现状及其演变趋势分?农业工程学报?年 析?中国沙漠?2?2?2?第?期魏晓妹等?石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响