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  民勤盆地水资源可持续利用多方案研究*

姜文来  唐曲  陶陶  罗其友

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 北京 100081

 

摘要:民勤盆地位于河西走廊石羊河流域下游,具有重要的生态和经济地位。民勤盆地水资源开发利用问题包括:(1)水资源短缺,水资源利用率低,现状缺水4.89亿立方米,每亩仍有2550立方米的节水潜力;(2)地下水位持续下降,目前灌区各漏斗中心水位平均每年下降1米;(3)地下水质恶化,咸水入渗使60m深的水井矿化度超标;(4)生态环境恶化,沙化日趋严重,植被大面积枯死,近年10万亩的耕地沙化,135万亩人工沙枣林枯亡。将生态用水考虑在内,2010年、2020年民勤供需相差3.6153.955亿立方米、3.1683.818亿立方米。为此制订了三种水资源利用方案,方案一:在2010年、2020年退出耕地78万亩、80万亩;方案二:维持93万亩左右的耕地,2010年、2020年需要增加来水量2.45亿立方米、3.13亿立方米左右。方案三:保证石羊河下泄水量2.1亿立方米, 2010年、2020年分别退耕47万亩和48万亩。研究表明,方案三相比之下是可行的。

 

关键词:民勤  石羊河 水资源 管理

 

1 研究区概况

民勤盆地位于河西走廊石羊河流域下游,隶属于甘肃省武威地区,是我国典型的荒漠绿洲之一,地理坐标为东经101°49¢104°12¢,北纬38°03¢39°28¢,总面积1.6万平方公里,其中:沙漠、戈壁占82%;中、低山占5%;湖盆盐碱地占4%;绿洲农田仅占全县总面积的9%,是镶嵌在大漠深处的一颗绿色宝石。

民勤县全县辖23个乡镇及3个国营农场,全县总人口30.27万(2000年),其中农业人口26.96万。2000年全县GDP87600万元。农业方面,民勤县是以粮食作物生产为主,兼以盛产瓜类的灌溉农业县,全县目前已初步建成粮油、棉花、瓜籽、甜瓜、糖菜、林果、蔬菜、畜禽、药材、小杂粮等十大商品基地。民勤全县森林覆盖率为7.2%,其中人工造林保存面积达到115.12万亩,在408公里的风沙线上建成了长达330公里的防护林带,有效治理大的风沙口188个。民勤工业生产重点发展以农林牧渔业副产品为原料的农副产品加工业及糖类、轻纺、食品、建材、煤炭、化工、农机等共八个产业体系,2000年工业总产值为7126万元。

 

2 民勤水资源概况及其利用存在的问题

2.1 民勤水资源概况

民勤县多年平均降水110毫米,蒸发量为2650毫米,蒸发量是降水量的24倍。民勤境内唯一的地表水资源为石羊河。在民勤地表水资源径流有三部分,其一是基本径流,主要为上、中游灌区露头的泉水;其二是冬、春季余水,它主要是由中游灌区因季节不易利用水组成;第三为洪水,在降水集中期间中上游控制下泻的水资源。这些水资源最终流入民勤城西南红崖山水库。

民勤绿洲地下水主要通过地面灌溉水的渗漏、降雨凝结水补给(地下水位<5m的区域)和潜流补给。民勤地下水具有以下几个特征:(1)灌溉水入渗是主要补给源;(2)地下水补给过程中,一部分转化为咸水—微咸水;(3)垂直循环是地下水循环交替的主要形式;(4)陆面蒸发和林木蒸腾是其天然消耗的主要途径;(5)天然资源量日益减少,人工开采量相应增加,地下水位持续下降,地下水水资源处于超采状态。

 

2.2 民勤水资源开发利用产生的问题

 

   民勤水资源开发利用,产生了许多问题,主要表现在以下几个方面:

1)水资源短缺,水资源利用率低

民勤现状现状可利用的水资源总量只有3.04亿立方米,其中地表水可利用量有1.373亿立方米,地下水可开采量1.67亿立方米,2000年全县总用水量7.93亿立方米,水资源供需差4.89亿立方米。民勤水资源利用效率很低,民勤地表水渠系利用系数为0.528,主要作物每亩仍有2550立方米的节水潜力。

  2)地下水位持续下降,形成漏斗

20世纪80年代以来,种植面积扩大,大量开采地下水,20世纪80年代每年大于4亿立方米,90年代又增至5亿立方米,2001年达到6亿立方米左右,导致民勤各灌区的地下水位不同程度的下降,地下水埋深由1979年的0.58米左右,下降到2000年的12.820.3米左右,地下水位下降了417m,形成总面积1000平方公里大型下降漏斗,大面积林草死亡,风沙灾害频繁。

3)地下水质恶化

据统计石羊河每年带入民勤的盐分约为19万吨,大多沉淀在盆地内。地表咸水入渗已使60m深的水井因为矿化度超标而废弃不用。农业灌溉与饮用地下水不断向更深层发展,这样深、浅层混合开采,长期下去又可能导致深层地下水的污染。

4)生态环境恶化

民勤盆地生态环境日益恶化,已经对兰州、甘肃中部地区、内蒙古河套平原乃至华北地区的环境质量产生一定的影响。其一,荒漠化日趋严重,近年已有10万亩的耕地沙化, 395万亩草场退化,流沙以平均每年34米的速度前移,其二,植被大面积枯死,据调查统计,民勤已经有135万亩人工沙枣林枯梢和死亡,历来被视为农田保护屏障的柴湾植被衰萎,名存实亡。

 

3.  民勤盆地水资源供需平衡分析

3.1、民勤水资源需求分析

3.1.1  农业水资源需求预测

民勤农业用水占总用水量的98%左右。对于民勤而言,在现有的水资源供给条件下,灌溉面积不可能增加,只能减少。但目前农业水资源利用效率很低,农业节水还有相当大的潜力可挖。从整体上来看,通过降低灌溉面积和单位耕地面积的耗水量两方面的叠加作用,民勤未来的农业水资源总量将呈现逐步下降的趋势。根据综合预测耕地面积和综合灌溉定额,可以确定农业用水总量。

3.1.2  工业水资源需求预测

工业用水的预测采用万元工业产值定额的方法进行。2001年,民勤工业总产值为3.98亿元,工业用水为0.07亿立方米,万元产值为176立方米/万元,比全国平均定额98.6立方米/万元(1997年)高出近1倍。其主要原因是民勤地区技术含量低。根据民勤的实际情况,在短时间内工业定额与全国持平存在一定困难。据预测,2010年和2030年民勤工业定额为90立方米/万元和50立方米/万元,同时可以预测相应的工业产值。

3.1.3  生活水资源需求预测

生活用水预测采用综合定额方法。2001年人均用水量为33立方米/人·年,低于全国平均43立方米/人·年水平,与内陆河地区持平。随着生活水平的提高,未来水资源利用量将增加。综合民勤发展趋势,到2010年、2020年人均用水将达到38立方米/人年和44立方米/人年,结合相应的人口预测,可以预测民勤生活需水量。

3.1.4 生态需水量预测

根据民勤的生态环境状况,民勤生态用水主要包括两部分,其一是防风固沙植被生态需水,其二是防治耕地盐碱化生态需水,根据多种情况预测了民勤生态需水量,综合考虑民勤生态需水量优化为1.23亿立方米(陶陶,2004)。

 

3.1.5 民勤需水总量

根据上述的预测,2010、2020年民勤需水总量见表1。

1  2010-2020 年民勤需水量

时段

方案

总计

(亿立方米)

农业需水量(亿立方米)

工业需水量                (亿立方米)

生活需水量(亿立方米)

生态需水量(亿立方米)

2001年

现状

7.93

7.760

0.07

0.100

 

2010年

方案1

5.99

4.760

0.07

0.115

1.23

方案2

5.65

4.420

0.07

0.125

1.23

2020年

方案1

5.75

4.515

0.08

0.154

1.23

方案2

5.10

3.870

0.08

0.150

1.23

 

从表1可以看出,2010年、2020年需水总量低于2001年的需水量。但无论哪个方案中,农业需水量占有很大比重,其次是生态用水,如2010年高方案中,农业用水的比重占79.47%,生态用水占20.53%,由此可见,农业水资源可持续利用在民勤水资源可持续利用中占有重要地位。

 

3.2 、民勤水资源供水及供需平衡分析

石羊河是民勤境内唯一的地表水资源,未来民勤绿洲生态环境的改善取决于进入民勤的石羊河水资源量。以20世纪50年代为基准,截止到2001年,平均每年减少来水量0.09亿立方米。根据有关研究成果,综合确定2010年、2020年民勤盆地可供水量分别为2.035、1.932亿立方米。民勤2010-2020年水资源供需平衡见表2。

2  民勤水资源供需平衡表

时段

方案

需水量

供水量

供需差

2000年

现状

7.46

3.040

-4.420

2010年

方案1

5.99

2.035

-3.955

方案2

5.65

2.035

-3.615

2020年

方案1

5.75

1.932

-3.818

方案2

5.10

1.932

-3.168

 

从表2可以看出现状年供需缺口4.42亿立方米,目前这个缺口全靠抽取地下水弥补。2010年供需相差3.615—3.955亿立方米。2020年供需相差3.168—3.818亿立方米(姜文来等,2005)。

 

3 民勤水资源可持续利用方案

3.1 民勤水资源可持续利用方案指导思想和目标

2000需水量与供水量相差4.42亿立方米,依靠超采深层地下水来维持经济的增长,已经形成了恶性的循环:来水量减少——用水量增加——超采地下水——生态环境恶化。无疑,在现状水资源供需条件下,水资源利用方式是不可持续的。

针对民勤水资源利用存在问题,民勤水资源利用方案的指导思想是:以现有水资源为基础,充分挖掘潜力,以水定人,以水定地,以水定产业,以水资源可持续利用支撑社会经济的可持续发展,抑制生态环境恶化并逐步得到改善,实现民勤社会—经济—生态环境协调发展(姜文来,1999)。

 

3.2 水资源可持续利用方案

3.2.1 方案一:退耕的水资源利用方

退耕地方案是指根据民勤发展的现状规模和速度预见未来经济发展水平,我们在保障生活用水、生态需水和可利用与经济发展用水基础上,探讨水资源耕地承载量,见表3。

 

3  民勤盆地现状发展模式下水资源耕地承载量

年份

方案

可供水资源总量

亿m3

生活需水量

 

亿m3

生态需水量

 

亿m3

可用于经济发展的水资源量

亿m3

农业净灌溉定额

m3/亩

水资源农业承载量

万亩

与现状耕地面积相比超载

万亩

2001

现状

3.040

0.100

1.23

1.710

429

38.00

55.00

2010

方案1

2.035

0.127

1.23

0.678

408

14.90

78.10

方案2

2.035

0.125

1.23

0.680

408

14.95

78.05

2020

方案1

1.932

0.154

1.23

0.548

387

12.09

80.91

方案2

1.932

0.150

1.23

0.552

387

12.20

80.80

 

3结果显示,2001年,扣除生活用水、生态需水和可用于经济发展的水资源之外,能够承载的农业灌溉面积为38万亩(人均约1.3亩),而民勤现有灌溉面积已达93万亩,超载了55万亩。2010年、2020年分别退出耕地78万亩、80万亩,才能满足了水资源的可持续发展的需求。

 

3.3.2、方案二:保耕水资源利用方案

    本方案是在维持生态环境不继续恶化而且经济按照原有的模式发展条件下,按照现有耕地面积预测,需要多少来水量的方案,见表4。

4  民勤盆地保耕水资源可持续利用方案

年份

方案

农业净灌溉定额

m3/亩)

现状或预测灌溉面积

(万亩)

水资源农业承载量

(万亩)

耕地超载

 

(万亩)

增加来水量

(亿m3)

总需水量

 

(亿m3)

2001

现状

429

93

38.00

55

 

 

2010

方案

408

93

14.90

78.1

2.45

3.82

2020

方案

387

93

12.09

80.9

3.13

4.50

4表明,在满足生活、生态、工业生产条件下,要维持93万亩左右的耕地,2010年、2020年需要增加来水量2.45亿立方米、3.13亿立方米,进一步说,要维持93万亩的耕地,石羊河进入民勤的水量,2010年、2020年至少为3.82亿立方米、 4.5亿立方米。

 

3.3.3、方案三:增水退耕水资源利用方案

本方案设计的基本思想是:根据历史来水量,适当增加石羊河进入民勤的水资源量,同时不超采地下水,地下水利用量限制在可更新的范围内,耕地面积在现有的基础上进行适当的削减,控制民勤生态环境继续恶化,逐步实现生态环境好转,社会经济的持续繁荣发展。

经过分析研究,认为来水量以20世纪80年代平均水平是比较合理公平的。20世纪80年代来水量为2.23亿立方米。此外,根据国家“九五”攻关研究成果,建议民勤水资源分配量占流域干流的20%,为2.1亿立方米,综合两个研究成果,民勤未来来水量应该为2.1亿立方米,由此,我们可以确定的耕地面积,见表5。

 

4-5 民勤盆地增水退耕方案

年份

石羊河来水量

亿m3

可供水资源总量

 

亿m3

可供农业灌溉水量

 

亿m3

农业净灌溉定额

 

m3/亩

水资源承载的灌溉面积

万亩

与现状相比退耕面积

万亩

2010

2.1

3.31

1.88

408

46.1

46.9

2020

2.1

3.20

1.74

387

45.0

48.0

 

从表5可以看出,在石羊河来水量增加到2.1亿立方米,实际可供水资源总量为3.2-3.31亿立方米,扣除生态用水、生活用水和工业用水,那么用于农业的用水量为1.74-1.88亿立方米,结合相关的农业净灌溉定额,2010年、2020年可承载的耕地面积为46.1万亩、45.0万亩,同现状2001年93万亩相比,2010年、2020年分别退耕47万亩和48万亩。

 

4、 民勤水资源可持续利用方案评价

在民勤盆地水资源利用方案中设计了三个案,其共同的特点是充分考虑了生态用水,而且保证生活用水和工业用水的供给,如果能够实现的话,民勤生态环境恶化趋势能够得到抑制,并且有所改善。

方案一,与现状相比,2010年、2020年需要退出耕地78万亩和80万亩,退出的耕地占现在耕地的83.87%和86.02%,退出这么多的耕地,难以满足民勤自身的粮食需求,当地农民也难以接受,这是一个不受农民欢迎的方案。

方案二,充分地满足当地粮食的需要,耕地面积保持在现状水平上,但2010年、2020年需要石羊河进入民勤的水量为2.62亿立方米、3.4亿立方米,从目前情况来看,要实现这个目标,难度非常大。

方案三,将石羊河来水量设计接近在20世纪80年代的平均水平,上游地区通过节约用水,是可以实现的目标。同现状相比,2010年、2020年分别退耕47万亩和48万亩,这并不影响民勤的粮食安全。

综上所述,推荐方案三作为民勤盆地水资源可持续利用方案。

 

参考文献

姜文来,唐曲,雷波 水资源管理学导论,北京:化学工业出版社,2005

陶陶,姜文来,唐曲,民勤盆地生态需水量研究,见:唐华俊主编,农业资源利用与区域可持续发展研究(2003),北京:中国科学技术出版社,2004

唐曲,姜文来,陶陶,民勤盆地水资源承载力指标体系及评估,自然资源学报,2004,19(5)

姜文来,水资源价值论,北京:科学出版社,1999。

 

 

Multi-scheme Research on Sustainable Utilization of Water Resources in Minqin Basin in china*

 

Jiang Wenlai, Tang Qu, Tao Tao, Luo Qiyou

Institute of Natural Resources and Regional Planning, the Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China

 

Abstract: Minqin basin is situated in the lower reaches of Shiyang River in Hexi corridor, which is greatly significant in ecology and economy. The problems of exploitation and utilization of water resources in Minqin basin includes: (1) shortage and low utilization efficiency of water resources. The present shortage of water is 0.489 billion m3 and water-saving potential still remains 25-50 m3/mu; (2) continuous decline of groundwater level. At present, the average decline of the groundwater level is 1 m per year in funnel centers in irrigation districts; (3) groundwater quality deterioration. The water mineralization of the well with the depth of 60 m exceeds the standard caused by saline water infiltration; (4) Environment deterioration and worse desertification. Drought causes the large area death of vegetation. In recent years the desertification area of farmland is 100 thousand mu and the death area of manmade Elaeagnus angustifolia woods is 135 thousand mu. The supply-demand balance of water resouces including ecological water in Minqin are from 0.3615 to 0.3955 billion m3 and from 0.3168 to 0.3818 billion m3 in 2010 and 2020. Therefore, three designs of water resources utilization are made. The first design is to return 780 and 800 thousand mu of farmland in 2010 and 2020; the second is to raise 0.245 and 3.13 billion m3 of water supply in 2010 and 2020. The third one is to provide 0.21 billion m3 of water supply from Shiyang River, and at the same time to return 470 and 480 thousand mu of farmland in 2010 and 2020. The study shows that, by comparison, the third design is feasible.

Keyword: Minqin; Shiyang River; water resources; management

 

* 国家科技部公益性项目资助(编号2004DIB4J1422004DIB3J093)和中国农业科学院杰出人才项目资助

* Supposed by the commonweal project of Ministry of Science and Technology NO 2004DIB4J1422004DIB3J093and the excellent talent project of the Chinese Academy of Agriculture Science. E-mail: jiangwl@126.com

 


 

 

 

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