黄河源区区域地下水位下降及其生态环境地质问题

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黄河源区区域地下水位下降及其生态环境地质问题

张森琦,李　原,王永贵,石维栋,吕宝仓,庄永成,李延军

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,保定　071051;2.青海省地质调查院,西宁　810012;3.青海省水文地质工程地质环境地质调查院,西宁　810008;4.青海省地质环境监测总站,西宁　810008)

摘要:为研究黄河源区区域地下水位下降与生态环境恶化之间的关系,本文基于野外实测的泉口下移、扇前缘泄出带下移与泄出带低位沼泽湿地萎缩以及局地历次地下水位统测资料,认为引起区域地下水位下降的原因以自然因素为主;人为因素为次,且表现为间接干扰。存在的主要生态环境地质问题主要是加剧了荒漠化和引起黄河源区黄河断流。关键词:黄河源区;地下水位;生态环境;荒漠化

中图分类号:P642.14;X141　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-3665(2009)06-0109-05

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　　黄河源区(以下简称“源区”)位于青海省玛多县玛

2

多黄河桥上游地区,海拔4200m以上,面积20930km,属多年冻土区。近年来因水环境变化引起源区黄河频繁断流,特别是维系高寒草甸生态系统发育的冻结层上水水位持续下降或消失,导致占主导地位的高寒草

[1～3]

甸向荒漠化和“黑土滩”型次生裸地退化。因此,研究源区区域地下水位下降及其产生的生态环境地质问题意义重大。

1)。托洛曲一带的1484号泉沿217°方向,相对早期泉

口水平下移76m,垂向下移6m。

1　区域地下水位下降的主要证据

黄河源区是我国尚无地下水监测网点控制的空白区之一,区域地下水位下降的证据则主要通过水文地质学及地貌学方法识别出的泉口下移、扇前缘泄出带下移与泄出带低位沼泽湿地萎缩、不同时相遥感对比解译与GPS实地调查圈定的湖泊、沼泽湿地萎缩、局地历次水文地质工作获得的地下水位统测资料对比获得。

1.1　山区泉口下移

受多年冻土退化、季节性融化层深度增加及其它因素影响,山区冻结层上水的露头———下降泉的泉口沿地下水流向普遍下移。

有实测剖面控制的东风乡北西侧向前沟西4042号泉沿196°方向下移平距为44.96m,垂距2.71m(图

图1　东风乡向前沟西侧泉口下移水文地质实测剖面

Fig.1　HydrologicalprofileofthelowerventofspringsinXiangqiangou,DongfengTown

1—淤泥质粉砂;2—泥质砂砾卵石;3—砂岩;4—下降泉泉口;

5—冻土界线;6—地下水位;7—推测逆断层

此外,日阿吾查罕温泉的流量、温度有衰减趋势。

2000年9月5日调查时,流量为0.218L s,水温45.5℃;2001年6月16日复核调查时,流量为0.1677L s,水温43℃。茶木措湖畔等古温泉群已大片消失,泉口附近仅见古热水活动遗迹———泉华残留体散布。1.2　冲洪积扇前缘泄出带下移

据实地调查和遥感对比解译,卡里恩卡着玛—野牛沟断块山山前的卡日纳勤山前大型冲洪积扇前缘泄出带明显下移,受地下水补给的低位沼泽湿地明显萎缩。自20世纪60年代以来,最大下移平距达2.0km。30年来,沼泽湿地面积减少了一半,下移约170m(图2)。勒那河汤岔玛的扇前缘沼泽湿地后端退缩约

收稿日期:2008-12-16;修订日期:2009-06-02

基金项目:中国地质调查局“黄河源区1∶25万生态环境地质调

查”项目([1**********]121)

作者简介:张森琦(1962-),男,硕士,教授级高级工程师,主要

从事水文地质、工程地质、环境地质应用研究工作。

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[4]

300m,对地下水补给依赖性强的低位沼泽湿地出现

萎缩,相应荒漠化扩大。

1.3　河谷区地下水位持续下降

1992、1995、2000和2001年玛多县城民井水位统测对比结果表明

[2,5]

,1992～2001年,玛多县城所在的

河谷平原区地下水位持续下降。8年间地下水位下降0.52～1.18m,最大1.68m。平均下降速率为0.1m a(表1)。

玛多县城生活用水长期以分散的提桶汲水为主,

图2　近30年来卡日纳勤低位沼泽湿地面积遥感对比图Fig.2　Remotesensingmapofshrinkingmarsharea

duringnearly30yearsinKarilaqin

生产用水取自地表水,已建的集中供水水源地因动力不足而闲置。因此,地下水位下降应主要是自然因素造成的。该地区尚未出现降落漏斗的情况也肯定了这一点。

表1　玛多地区民井长观资料统计一览表

Table1　LongobservingdatafordiggingwellsintheMaduoarea

地下水埋深(m)

井号

1992-06-17

535457

[***********]73747576

9.2112.6612.646.188.152.076.137.433.906.233.995.214.842.155.975.89

1992-09-048.6412.3011.74

5.027.481.525.436.752.645.621.494.422.891.575.355.28

1995-07-229.6013.1013.10

5.258.452.426.107.723.656.193.155.044.552.806.095.75

6.786.433.505.544.143.616.542000-07-2910.3314.3713.82

5.25

2001-08-2110.3013.8413.65

7.059.753.756.608.155.256.754.356.305.453.507.186.80

水位下降值(m)1992～20011.091.181.01

0.871.601.680.470.721.350.520.361.090.611.351.210.91

平均下降1m,最大1.68m,最小0.36m平均下降(m)

单井水位下降速率(m a)0.0190.1180.101

0.0870.1600.1680.0470.0720.1350.0520.0360.1090.0610.1350.1210.091

平均下降0.1m a,最大0.168m a,最小0.036m a平均下降速率

(m a)

1.4　湖退区地下水位下降明显

自20世纪50年代至2001年,扎陵湖、鄂陵湖(以下简称“两湖”)湖退明显。根据对不同时期湖岸环形堤调查,结合当地牧民现场指认不同时期湖水位位置,确认湖水位下降了3.08～3.48m。

20世纪80年代前,措日尕则一带湖退形成的滨

湖平原水草丰茂,排泄冻结层上水的溪流发育。1983年地表水消失后,当地藏族居民于1984年开始打井取水,当时井深4m。20世纪90年代初井水干涸后又加深至6m,数年后井水再度干涸。1997年再加深至11.33m,取用与鄂陵湖有水力联系的冻结层下水,才使用至今

[6]

有源外流湖,外泄补给黄河。近几十年来,因源区生态环境日益恶化,湖水位持续下降,水质咸化,致使下游河道干涸而成为有源闭流内陆咸水湖。据2000年10月4日调查(图3),面积已明显萎缩,湖岸多变为盐碱滩,浅水区常有白色盐壳沉积,TDS为21.0g L,水化学类型为Cl—Mg·Na型。

此外,因“两湖”水位下降,降低了地下水排泄基准面,河流下蚀作用加强,加速了区域地下水排泄,进而导致地下水位下降。随之出现了沼泽湿地退化、草甸“黑土滩”化和小型湖泊干涸等生态环境地质问题。

[7]

。

2　区域地下水位下降的原因

,,

、

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基本处于原始状态,不存在过量开发利用水资源问题。由泉口下移、泄出带流量减少、沼泽湿地、湖泊萎缩或干涸表征的区域地下水位下降和源区黄河断流表征的

水资源减少则有可能主要是补给资源减少所致

。

融化层厚度增加和多年冻土下界上升,平面上分布范围缩小,垂向上厚度减薄,融区范围扩大等方面。当多年冻土上限下移,季节融化层厚度增加,而地下水补给量减少时,因含水层蓄水空间增大,则间接引起地下水位下降。

多年冻土退化前,年均气温及蒸发水平偏低,多年冻土分布面积广,冻结层上水含水层薄而连续,多呈蓄满产流,沼泽湿地发育。年际间地表及地下水均有泄出,仅出现周期性大小变化。

多年冻土退化后,年均气温升高,蒸发水平增大,尽管降水总量变化不大,但降水频数变小,降水期趋短,降水次数及降水量年内分配极不均匀,有效补给地下水的降水次数及降水量变小,直接导致地下水资源减少

[12]

。在荒漠化和全球气候变暖的大背景下,气温

上升,多年冻土出现退化,使多年冻土分布范围变小,融区扩大,储水空间增加,在补给减少的情况下,因含水层蓄水空间增大,地下水位相对下降,最终导致了冬季源区黄河的频繁断流。

此外,因多年冻土退化导致沼泽湿地萎缩与荒漠化扩大等下垫面改变,还引起热量平衡、辐射平衡变化,促使多年冻土进一步退化和区域地下水位下降。因此,多年冻土退化,季节性融化层增厚,退化区地下水流系统由冻结层上水流系统转化为非冻结区地下水流系统,是区域地下水位下降的水文地质原因。

图3　龙日阿错湖泊萎缩实测平面图Fig.3　Ichnographoflakeshrinkon-the-spot

surveyintheLongrircuoarea

1—高程点;2—山区;3—湖积平原;4—2000年10月4日GPS实测湖泊范围;5—1968～2000年10月已退缩的湖泊范围;6—水系

2.3　人为因素

源区人类工程—经济活动主要表现为与矿业活动有关的地面土石位移、含水层结构及天然颗粒级配人工扰动和与牧业活动有关的超载过牧等。综合分析认为,人为因素对区域地下水位下降的影响仅表现为间接干扰。

2.4　综合因素

在自然和人为双重因素作用下,源区植被日趋稀疏,下垫面发生改变。特别是受全球气候变暖影响,湖泊、沼泽湿地萎缩,加剧了荒漠化进程,使得植被对水资源的涵养功能降低,进而引起降水、蒸发、径流等水循环要素时空的不均衡变化,导致水环境变异及水资源贫化。故下垫面改变、荒漠化加剧、气候干热化、蒸发失水增加和地下水补给量减少是区域地下水位下降的多重原因。

2.1　地质原因

受高原隆升、河流下蚀等地质作用影响,源区含水

[1,8]

盆地碎块化现象较为普遍。含水盆地碎块化加速了地下水的排泄,导致含水层调蓄能力减弱,引起地下水位下降。据调查,出现明显的地下水位下降—生态环境恶化的地区有卡日曲盆地、洛曲盆地、“两湖”—玛多河湖盆地和卡日纳勤—勒那河汤岔玛山前大型冲洪积扇区等地。因此,近代新构造活化、高原持续隆升、河流溯源侵蚀与强烈下蚀加剧,是区域地下水位下降的地质原因。2.2　水文地质原因态

[9～11]

近几十年来,源区多年冻土一直处于退化状

。3　区域地下水位下降引发的生态环境地质问

题

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山前大型冲洪积扇前缘地下水位下降、泄出带下移导致沼泽湿地萎缩的现象在黄河源区普遍发育,尤以卡日纳勤、勒那河汤岔玛等大型冲洪积扇最为典型,具地下水位下降—沼泽湿地退化—扇面荒漠化扩大的发展规律。

通过遥感对比解译、实地调查建立的德陇冲洪积扇前缘卡日纳勤一带地下水位下降、泄出带下移引起

沼泽湿地退化与荒漠化扩大模式(图4),表明该沼泽湿地自20世纪60年代以来自扇中部开始向扇顶及扇前缘两个方向快速退化,并从河流阶地前缘向后缘缓慢退化,不断形成新的荒漠化区,从而使沼泽湿地对地表径流和大气湿度的调节作用不断减弱。因此,该地区沼泽湿地退化的直接原因是区域地下水位的持续下降

。

图4　卡日纳勤一带地下水位下降、泄出带下移引起沼泽湿地退化与荒漠化扩大模式图Fig.4　Modelmapofthemarshdegenerationanddesertificationextendingduetogroundwaterhead

declineandthedischargeleveldownwardshiftinKarinaqinarea

　　沟谷底部沼泽湿地萎缩以巴颜喀拉山山口北侧近

沟脑一带最为典型。因山地沟谷一般为地下水的承泄区,沼泽湿地极为发育。近年来,区域地下水位的下降直接导致该类型沼泽湿地出现退化,表现在沼泽湿地周边泉口出现同步下移,湿地呈环带—半环带状退化,随之被荒漠化替代。

3.2　植被盖度降低

植被对抑制荒漠化具重要意义,能增加降水、减少地表径流、增加地下水补给,起调节涵养水源的作用。但因原保持地区土壤水分良性状况、生物多样性、正常物候的地下水位(即生态水位线)下降,超过短根系植物不可及的程度时,将导致短根系植物消亡,植被盖度降低、生物多样性趋于简单。同时土壤失去植被与水分的粘结,土地荒漠化随之接踵而来。

3.3　对源区黄河断流有一定影响

已有研究成果表明,源区黄河断流的原因有三:一是气候变异:蒸发量多年变差大,蒸发量大的年份,蒸发失水增加;降水频数少,年内分布不均,丰水期河水暴涨暴落,枯水期河水补给不足;二是荒漠化加剧:下垫面对水资源的涵蓄功能降低,径流及蒸发失水增加;三是水环境变异。河流侵蚀下切作用加强,含水盆地,失;年内地下水位变幅大,枯水期地下水位下降,地表水与地下水的补排关系发生倒置;因地下水资源减少及区域地下水位下降,对地表水的调节作用功能降[1,12]低。因此,区域地下水位下降对源区黄河断流有一定影响。3.4　间接影响气候环境

由于地下水位下降、下垫面等的改变,可引起源区降水年内和年际间分配不均、蒸发加剧等气候环境要素变化。因地表径流变差系数增大等气候、水循环要素时空分配的不均衡变化,无疑将产生一系列“多米诺骨牌效应”式的生态环境地质问题。

4　结论

在无地下水监测网点控制的黄河源区,区域地下水位下降主要通过泉口下移、扇前缘泄出带下移与泄出带低位沼泽湿地、湖泊萎缩、局地地下水位历次统测对比资料体现出来。具体表现在山区冻结层上水的露头———下降泉泉口沿地下水流向普遍有明显的下移现象。研究认为,引起区域地下水位下降的原因以自然因素为主,人为因素为次,且表现为间接干扰。区域地下水位下降引起的主要生态环境地质问题,一是加剧,

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还导致植被盖度降低,进而降低了水资源的涵养功能,间接影响气候环境。参考文献:

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Declineinregionalgroundwaterlevelandrelatedenvironmentproblems

intheheadwaterareaoftheYellowRiver

ZHANGSen-qi,LIYuan,WANGYong-gui,SHIWei-dong,LVBao-cang,

ZHUANGYong-cheng,LIYan-jun

(1.CenterforHydrogeologicalandEnvironmentGeologicalSurveyofCGS,Baoding　071051,China;

2.QinghaiInstituteofGeologicalSurvey,Xining　810012China;

3.HydrogeologyandEngineeringGeologyProspectingInstituteofQinghaiProvince,Xining　810008,China;

4.QinghaiInstituteofGeo-EnvironmentMonitoring,Xining　810008,China)Abstract:ThispapermainlyfocusesontherelationshipbetweenthegroundwaterheaddeclineandtheecologicenvironmentaldeteriorationintheheadwaterareaoftheYellowRiver.Fieldsurveyofdownwardshiftofthespring

vents,dischargebelts,shrinkofthemarshandmonitoringdataofregionalgroundwaterlevelsuggestthatregionalgroundwaterleveldeclinewasmainlyattributedtonaturalfactorsandhumanactivities.Moreover,humanimpactsonthegroundwaterlevelbehaveasindirectdisturbance.Theenvironmentalproblemsresultedfromdeclineofgroundwaterlevelincludetwoaspects:thefirstoneisintensificationofregionaldesertificationandtheotheristheoccurrenceofzero-flowoftheYellowRiverinitsheadwaterarea.

Keywords:headwaterareaoftheYellowRiver;groundwaterlevel;ecologyenvironment;desertification

责任编辑:汪美华

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