月牙泉水位變化的原因分析

尹念文,侯燕軍,李 彬

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,甘肅 蘭州 730050)

1 月牙泉水位動(dòng)態(tài)特征

從歷史文字記載中可以看出,月牙泉在東漢時(shí)期就已成為名勝,在《重修肅州新志》、《沙州衛(wèi)志月牙泉條》記載“(月牙泉)其水澄澈,環(huán)以流沙,雖遇烈風(fēng),而泉不為沙掩,蓋名亦也……”。說(shuō)明了月牙泉在其形成后的歷史過(guò)程中,泉水的動(dòng)態(tài)一直是比較穩(wěn)定的,至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有關(guān)月牙泉水位下降和干涸的歷史記錄,所見(jiàn)文字多是數(shù)千年不干涸,沙掩不沒(méi)等詞語(yǔ),說(shuō)明月牙泉存在的歷史悠久,在早期歷史時(shí)期泉水的動(dòng)態(tài)一直比較穩(wěn)定。

自 20世紀(jì) 60年代以來(lái),月牙泉水位多年動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出單邊向下,持續(xù)走低的變化趨勢(shì),到 1998年為止,月牙泉水位總降幅達(dá) 10.0m左右,與區(qū)域地下水的降幅基本一致(圖 1)。

圖1 月牙泉水位與區(qū)域地下水位動(dòng)態(tài)曲線對(duì)比圖

從 1997年到 2007年的十年里,月牙泉湖水位繼續(xù)下降,泉底出露。2008年 6月中旬實(shí)測(cè)月牙泉水位由 1132.81m上升到 1134.68m,上升高度約 1.80m。月牙泉水位發(fā)生這種變化的原因,可以從泉域地下水的補(bǔ)、徑、排條件進(jìn)行分析。

2 月牙泉域地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

2.1 泉域地下水的補(bǔ)給條件

根據(jù)地下水流場(chǎng)圖分析(圖 2),月牙泉域地下水的補(bǔ)給來(lái)源為西部黨河河床滲漏和總干渠、東干渠、沙山支渠滲漏及田間灌溉水入滲補(bǔ)給等。泉域地下水與區(qū)域地下水是一個(gè)含水體系,兩者之間有著密切的水力聯(lián)系。根據(jù)區(qū)域地下水、泉域地下水的流場(chǎng)特征和水化學(xué)特征分析,西北部(包括西南部)地下潛水的側(cè)向流入是月牙泉泉水的主要補(bǔ)給來(lái)源[1]。由于區(qū)內(nèi)降水量極少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,加之范圍小,地下水埋藏一般較深,故降水對(duì)泉域地下水基本上沒(méi)有多大補(bǔ)給作用。

圖2 月牙泉及周圍地區(qū)地下水動(dòng)力場(chǎng)分布圖(1998)

2.2 泉域地下水的徑流、排泄條件

泉域地下水的徑流途徑是由西向東或東北方向,最終的排泄處是伊塘湖[2],由于含水層顆粒較細(xì),因此,徑流速度比較緩慢;而泉水的排泄方式包括側(cè)向流出,人工開(kāi)采,水面蒸發(fā),潛水蒸發(fā)和植物蒸騰五個(gè)方面,其中人工開(kāi)采、水面蒸發(fā)和側(cè)向流出是泉水的主要排泄方式。

綜上,從月牙泉的補(bǔ)給條件來(lái)看,該泉是以西北部黨河沖洪積平原地下水為主要補(bǔ)給來(lái)源,在地形較低洼處出露形成的泉水,但泉水的動(dòng)態(tài)嚴(yán)格受北部平原地區(qū)地下水位變化的影響[1],北部平原區(qū)地下水位的升降必然導(dǎo)致月牙泉水位發(fā)生相應(yīng)的變化,兩者在動(dòng)態(tài)方面具有連動(dòng)作用。月牙泉水位的變化主要是由區(qū)域地下水位變化引起的,從圖 1也可以看出,泉水與區(qū)域地下水的水位動(dòng)態(tài)是一致的。

2.3 泉域地下水均衡式

泉域地下水均衡方程式可用下式表示：

ΔQ=(Q河+Q渠+Q田+Q降凝+Q雨洪+Q潛+Q側(cè)入+Q回歸)-(Q蒸發(fā)+Q泉+Q開(kāi)+Q側(cè)出) (1)

式中：Q河為河道水入滲補(bǔ)給量(萬(wàn) m3/a);Q渠為渠系水入滲補(bǔ)給量(萬(wàn)m3/a);Q田為田間灌溉水入滲補(bǔ)給量(萬(wàn) m3/a);Q降凝為降水、凝結(jié)水入滲補(bǔ)給量(萬(wàn) m3/a);Q雨洪為雨洪散流入滲補(bǔ)給量(萬(wàn) m3/a);Q潛為溝谷潛流入滲補(bǔ)給量(萬(wàn)m3/a);Q側(cè)入為側(cè)向流入量(萬(wàn) m3/a);Q回歸為地下水灌溉回歸量(萬(wàn) m3/a);Q蒸發(fā)為地下水蒸發(fā)蒸騰量(萬(wàn) m3/a);Q泉為泉水溢出量(萬(wàn) m3/a);Q開(kāi)為地下水開(kāi)采量(萬(wàn) m3/a);Q側(cè)出為側(cè)向流出量(萬(wàn) m3/a);ΔQ為均衡期始末地下水儲(chǔ)量變化量(萬(wàn) m3/a)。 ΔQ＞0時(shí),水位上升,ΔQ＜0時(shí),水位下降。

3 月牙泉水位變化原因

月牙泉水位變化有兩個(gè)方面的原因：一是自然因素,二是人為因素,其中人為因素是導(dǎo)致月牙泉水位變化最主要的原因,也是最直接的原因。

3.1 自然因素

對(duì)月牙泉水位產(chǎn)生影響的自然因素主要為泉水水面蒸發(fā)和風(fēng)沙淤積。

3.1.1 水面蒸發(fā)對(duì)月牙泉湖水位的影響

根據(jù)計(jì)算,泉湖水面 1997年蒸發(fā)消耗的水量為 1.338 2萬(wàn)方[1]。正常情況下,月牙泉應(yīng)早已干涸,主要原因得益于泉域特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和補(bǔ)給來(lái)源[3],泉域地下水的主要補(bǔ)給來(lái)自西部黨河沖洪積平原區(qū)的地下水,只要區(qū)域地下水位始終保持一定的高度,水面蒸發(fā)對(duì)泉湖水位的影響可以認(rèn)為是微乎其微的。

3.1.2 風(fēng)沙淤積對(duì)月牙泉湖水位的影向

敦煌地區(qū)風(fēng)大沙多,有“世界風(fēng)庫(kù)”之稱,特別是沙塵天氣,滿天飛沙走石,雖然月牙泉其地形與風(fēng)向具有一種和諧的關(guān)系,但日積月累,湖底也會(huì)產(chǎn)生少量的淤泥,使月牙泉湖底變淺,從而可以塑造月牙泉的外部形態(tài),但對(duì)于月牙泉水位不會(huì)造成影響。

綜上,自然因素對(duì)月牙泉的水位的影響很小、影響程度微乎其微,難以引起泉水位在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大幅度變化。

3.2 人為因素對(duì)區(qū)域及月牙泉水位變化的影響

3.2.1 水利工程建設(shè)對(duì)區(qū)域地下水位及泉水動(dòng)態(tài)的影響

上世紀(jì)六十年代以前,區(qū)內(nèi)基本上沒(méi)有什么大的水利工程設(shè)施,地下水、地表水均是自然狀態(tài)下發(fā)生的補(bǔ)給、徑流、排泄過(guò)程,特別是黨河在祁連山大量冰雪融水和降雨的補(bǔ)給條件下,黨河河床長(zhǎng)年流水不斷,由于河床下部多分布為松散的砂礫石層,河水在徑流過(guò)程中產(chǎn)生大量的滲漏,為本地區(qū)域地下水提供了豐富的補(bǔ)給源。區(qū)域性水位普遍較高,這種區(qū)域性高水位的地下水,為月牙泉提供了具有充分保障的補(bǔ)給源,這也是月牙泉在這種極端干旱的條件下數(shù)千年不干涸的秘密所在。也就是早期歷史時(shí)期泉水動(dòng)態(tài)一直比較穩(wěn)定的原因。

1975年黨河水庫(kù)建成蓄水,黨河河水全部被截入庫(kù),水庫(kù)下游河床從此處于長(zhǎng)期斷流干涸的狀態(tài)。黨河水庫(kù)的修建和高標(biāo)準(zhǔn)輸水渠道的修建,河水的斷流和滲漏量的減少,使區(qū)域地下水的補(bǔ)給來(lái)源大大減少,地下水自然狀態(tài)下的補(bǔ)給條件發(fā)生了巨大的變化,造成地下水總補(bǔ)給量的減少,導(dǎo)致區(qū)域性地下水位下降,并進(jìn)一步對(duì)月牙泉地下水位產(chǎn)生影響。輸水渠道的修建,代替了原來(lái)以河道流水為主的自然水流輸送狀態(tài),滲入地下的水量迅速減少,滲入對(duì)地下水所產(chǎn)生的補(bǔ)給量很少,從泉域地下水均衡方程式(1)可以看出,此期間(均衡期始末地下水儲(chǔ)量變化量)ΔQ＜0,水位下降,和圖 1曲線十分吻合。這是月牙泉水位下降的重要原因之一。

3.2.2 地下水的開(kāi)采利用對(duì)月牙泉水位的影響

新中國(guó)成立以來(lái)的 60年,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)(由解放初期的約 6萬(wàn)人,2008年增加到 17.67萬(wàn)人,增長(zhǎng)了2.3倍)、耕地面積不斷增加(由解放初期的 13.4萬(wàn)畝 2008年增加到約 41.72萬(wàn)畝,增長(zhǎng)了 3倍多),對(duì)水資源的需求日益擴(kuò)大,1971年全市有機(jī)井 400多眼,1997年已達(dá)到 1 134,2007年已達(dá)到 3 179眼,地下水開(kāi)采量逐年猛增。1977年區(qū)內(nèi)地下水開(kāi)采量 3 130萬(wàn) m3,1999年地下水開(kāi)采量 5 883萬(wàn) m3,2007年地下水開(kāi)采量達(dá)到 13 084萬(wàn) m3,2007年地下水開(kāi)采量比 1977年增加了 7倍多。地下水資源的開(kāi)發(fā)利用,對(duì)區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。但是對(duì)地下水的大量超采,使得整個(gè)盆地區(qū)水資源“收支”平衡被打破,出現(xiàn)了負(fù)均衡,如 1997年對(duì)盆地水資源均衡結(jié)果為 -7 421萬(wàn)方/a,2008年均衡差為 -12 816.19萬(wàn)方/年,引起地下水位持續(xù)下降,泉水逐年減少。

3.2.3 月牙泉水位下降應(yīng)急治理工程

敦煌月牙泉是一處十分奇特、寶貴的自然景觀資源,在國(guó)內(nèi)外有很高的知名度。近幾十年來(lái),由于自然和人為因素的影響,月牙泉水位不斷下降,月牙泉的自然生態(tài)環(huán)境趨于惡化。拯救月牙泉成為一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。受敦煌市政府委托,甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院于 2006年完成了《甘肅省敦煌市月牙泉水位下降應(yīng)急治理工程施工圖設(shè)計(jì)》。治理工程原理就是依據(jù)月牙泉補(bǔ)給排關(guān)系,利用人工滲水來(lái)增加地下水補(bǔ)給量,從而抬高月牙泉水位[4],2008年 3月敦煌市政府對(duì)部分完工滲水場(chǎng)進(jìn)行了三個(gè)月的試運(yùn)行,試運(yùn)行至 6月中旬,月牙泉湖水位上升 1.80 m,達(dá)到了較為理想的效果。這次治理工程實(shí)踐證明了對(duì)月牙泉水位下降原因的正確分析和判斷。

綜上所述,黨河水庫(kù)的修建,高標(biāo)準(zhǔn)輸水渠道的修建和節(jié)水措施的實(shí)施,使泉水側(cè)向補(bǔ)給量不斷減少,地下水的利用率越來(lái)越高。敦煌盆地機(jī)井?dāng)?shù)量的增加、地下水的超采,導(dǎo)致了區(qū)域地下水補(bǔ)給量的減少、開(kāi)采量的增大,1960—1997年期間地下水一直處于負(fù)均衡狀態(tài),這是這一時(shí)期區(qū)域地下水位下降的根本原因,區(qū)域地下水位的下降,又必然造成月牙泉水位的下降。因此,人為因素是導(dǎo)致月牙泉水位下降最直接也是最根本的原因。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)月牙水位變化分析后認(rèn)為,月牙泉水位變化的主要原因是黨河水庫(kù)的修建,高標(biāo)準(zhǔn)輸水渠道的修建,敦煌盆地機(jī)井?dāng)?shù)量及開(kāi)采量的增加,導(dǎo)致了區(qū)域地下水補(bǔ)給量的減少、開(kāi)采量的增大,地下水長(zhǎng)期處于負(fù)均衡狀態(tài)。即人為因素是導(dǎo)致月牙泉水位變化最直接也是最根本的原因。

查清了月牙泉水位變化原因后,對(duì)月牙泉實(shí)施了水位下降應(yīng)急治理工程,并達(dá)到了較為理想的效果。也為月牙泉區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作可以提供理論、技術(shù)指導(dǎo)和科學(xué)決策依據(jù)。

[1]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.甘肅敦煌月牙泉地區(qū)水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)綜合勘查報(bào)告,2008.

[2]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.甘肅省敦煌市城市環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告,2008.

[3]尹念文.月牙泉的成因分析,地下水 2009,2

[4]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.甘肅省敦煌市月牙泉水位下降應(yīng)急治理工程施工圖設(shè)計(jì),2006.