河西黑河中游（张掖）水资源利用现状及生态恢复研究进展_李福强
中 国 水 运
China Water Transport
河西黑河中游(张掖)水资源利用现状及生态恢复研究进展
李福强 1 ，张恒嘉 1 ，芦 倩 2
( 1.甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070)
摘 要：黑河中游 (张掖) 为典型的农业市， 由于前期粗狂的农业生产方式及超饱和地下水开采模式 ，致使出现了 一系列的生态恶化问题。文中通过描述 2017~2020 年张掖市水资源及其利用情况 ，分析探讨了黑河中游生态恶化 的原因 ，并通过目前张掖市在生态修复方面取得成绩给出了一些改进措施 ，为后续生态修复提供一定的理论与实践 基础。
关键词：黑河中游；水资源；现状；生态恢复
中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：1006-7973 (2022) 11-0088-04
一、引言
张掖市位于黑河中游 ，是典型的灌溉农业区 ，属祁连山 水源涵养区 ，是黑河流域水资源可持续利用和永续补给的绿 色生态屏障，素有“塞上江南”、“金张掖”之称。2019 年 8 月， 习近平总书记视察甘肃时强调 ，做好祁连山及黑河流域 的生态环境保护 ，要正确处理生活、生产与生态环境之间的 关系 ，在保护生态环境的同时发展可持续经济社会 。干旱少 雨、水资源匮乏、水肥利用效率低下、农业用水与生态环境 用水矛盾突出一直是张掖市农业、农村、生态和整个社会经 济可持续发展的瓶颈 ，更是成为“节水优先、空间均衡、系 统治理、两手发力”新时期治水思路指引下 ，探索黑河流生 态保护与高质量发展途径的关键问题[1]。
二、黑河中游 (张掖) 水资源状况
张掖市位于黑河中游 ，受中游气候的影响 ，张掖有着得 天独厚的绿洲农业种植区 。 由图 1 可知 ，从 2017 年~2020 年张掖市地表水资源量和地下水资源量 ，均呈现下降趋势。
2020 年张掖市地表水、地下水资源总量分别为 ：25.03 和 20.86 亿m3 ，较 2017 年依次减少了 30.97%、 14.68%， 降幅较大。水资源总量在持续下降，但是用水量却逐年上升。
2020 年张掖市总用水量为 19.96 亿 m3，其中开采地下水量
为 5.02 亿m3，虽然总用水量较 2017 年减少了 8.51%，但 地下水开采量却较 2017 年增加了 9.45%，而且农田灌溉用 水仍为用水大户 ，2020 年农田灌溉用水占张掖市总用水量 的 88.22% ，较 2017 年上升了五个百分点；林牧渔用水量 占总用水量的 7.32%，较 2017 年下降了四个百分点 ，生态 环境用水量仅占总用水量的 1.24%，且较 2017 年下降了一 个百分点 。综上可知生态环境用水量较其农田灌溉及林牧渔
用水量占比甚微。
据相关数据显示 ：2020 年 ，张掖市总人口占到黑河流 域的 59.52% ，耕地面积占总流域的 75.91% ，农田有效灌 溉面积占 70.39% ，粮食产量占总流域的 80.47%，而且张 掖市也是我国重要的制种玉米研发基地 ，为我国粮食安全及 其经济社会的快速发展做出了重大贡献 。 因此 ，如何优化配 置水资源 ，统筹兼顾黑河中游 (张掖市) 农业、经济的高速 发展和当地生态环境安全 ，是目前亟需解决的一大难题。
图 1 2017-2020 年张掖市地表水资源量和地下水资源量 三、黑河中游 (张掖) 生态恶化问题
为了社会经济的快速发展 ，人们长期以来， 以掠夺的方 式开发自然资源 ，这种获取方式打破了原有的自然生态平衡 系统 ，致使原本敏感脆弱的生态系统不堪重负 ，导致流域森 林面积锐减 ，草地退化 ，水土流失严重 ，农田沙漠化程度加 剧，极端气候频发等一些列生态问题[2]。
1．地下水开采严重超标
位于黑河中游的张掖市境内有张临高盆地、马营盆地、
中 国 水 运
China Water Transport
收稿日期：2021- 12-05
作者简介：李福强 ( 1990-) ，男 ，甘肃农业大学 水利水电工程学院 ，博士生 ，主要从事农业高效节水技术与理论方面的
研究。
通讯作者：张恒嘉 ( 1974-)， 男 ，甘肃农业大学 水利水电工程学院 ，博士，教授 ，博士生导师 ，主要从事流域水土资源
学、农田生态水文过程及作物水分高效利用与节水机理研究。
基金项目：甘肃省科技厅支撑计划 ( 1304FKCA095)； 甘肃农业大学科技创新基金项目 ( GAU-CX0525)； 国家自然科
学基金项目 ( 51669001)； 甘肃省重点研发计划项目 ( 18YF1NA073) 资助。
第 11 期 李福强等：河西黑河中游 (张掖) 水资源利用现状及生态恢复研究进展 89
张掖盆地、 山丹盆地四大盆地 ，分别坐落在张掖市甘州区、 肃南县、民乐县、临泽县、高台县和山丹县 。 由表 1 可知 ， 2020 年 张 掖 市 所 属 盆 地 总 计 地 下 水 超 采 面 积 为 2,418.3km2，地下水总量为 20.55 亿m3，地下水开发利用 量为 19.91 亿 m3，地下水开发率高达 96.89%，可谓是饱 和式开发 。其中位于甘州区境内的张临高盆地其地下水超采 面积高达 906.35km 2，地下水资源总量为 3.75 亿m 3，但 地下水开发利用量高达 6.81 亿 m3 ，超出地下水资源总量 81.57%，地下水开发率达 181.57%；民乐县马营盆地超采 区面积为 221.05 km 2，地下水总量为 1.36 亿m3 ，开采量 为 3.62 亿m3，超出地下水总量 2.26 亿m3，地下水开发量 高达 266.49%；山丹盆地次之，超采面积为 493.9km2，地 下水资源总量为 0.5 亿 m3，地下水开发利用量达 1.29 亿
m3 ，地下水开发率为 257.86%；位于肃南县的张临高盆 ， 其地下水资源量为 10.19 亿 m3，但地下水开发量为 0.89 亿 m3，开发率仅为 8.73%，由于肃南县主要以畜牧为主，因此 地下水开发率最小。
综上所述 ，黑河中游 (张掖市) 地下水资源正以超饱和 的方式进行开发利用 ，致使所属区域的地下水位急速下降 ， 河 (渠) 道两岸的绿植由于水分不足正在大面积枯萎 ，防护 林带也在缩减 ，耕地沙漠化程度加剧 ，沙尘暴等一些极端气 候频发 ，生态环境正在进一步的恶化[3]。
表 1 2020 年黑河中游 (张掖市) 地下水资源及开发利用情况
年份 |
张掖市地下水超采区名称 |
超采区面积 所属平原名称 (km2 ) |
地下水资源量 (亿 m3 ) |
地下水开发利用 量 (亿 m3 ) |
|
|
甘州区浅层中型一般超采区 |
张临高盆地 906.35 |
3.75 |
6.8089 |
|
|
肃南县浅层中型一般超采区 |
张临高盆地 236.7 |
10.19 |
0.8898 |
|
|
民乐县浅层中型一般超采区 |
马营盆地 221.05 |
1.36 |
3.6242 |
|
|
临泽县浅层中型一般超采区 |
张临高盆地 127.08 |
|
|
|
|
( 一 ) |
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3.64 |
3.9525 |
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2020 |
临泽县浅层小型一般超采区 ( 二 ) 高台县浅层中型一般超采区 山丹县浅层中型一般超采区 平均 总计 |
张掖盆地 张掖盆地 山丹盆地 |
64.98 368.24 493.9 345.47 2,418.3 |
1.11 0.5 3.43 20.55 |
3.345 1.2893 3.32 19.91 |
注：表中所有数据均来自于 2020 年《甘肃省水资源公 报》
2．农田灌溉用水与生态环境用水矛盾突出
张掖市作为我国一座典型的农业市，其耕地面积从 2017 年的 414.45 万亩增长到 2020 年的 534.1 万亩 ，农田实际 灌溉面积从 2017 年的 389.69 万亩增长到 2020 年的 392.15 万亩。为后续农业的高速发展提供了场所。但随着耕 地面积的扩大 ，其农业用水量占比高居不下， 由表 2 可知 ， 2017~2020 年张掖市农田灌溉用水量依次是： 18.05 、 16.70、16.86 和 17.62 亿 m3，分别占总用水量的 82.65%、 81.02%、81.64%、88.22%；农业灌溉用水量占比随着耕 地面积的扩大正在逐年递增 ，且用于农田灌溉的地下水开采 量也在缓慢上升。2020 年用于农田灌溉的地下水量为 4.343 亿 m3 ，较 2017 年增加了 0.997 亿m3 ，增幅为 22.95%。
随着农田灌溉用水量的增加，粮食产量也在逐年递增。从 2017 年的 137.60 万 t 增长到了 2020 年度的 144.53 万 t， 增幅为 4.8%，可谓是水涨船高。绿洲农业在实现快速发展的 同时也保障了粮食安全问题，为当地的经济发展贡献了一份力 量，但是在实现农业快速发展的同时却牺牲了生态环境。
近几年 ，在农田灌溉用水占比持续上升的同时 ，用于生 态环境用水量正在逐年下降 。2017~2020 年张掖市生态环 境用水量依次是 ：0.501、0.695、0.409 和 0.247 亿 m3， 分别占总用水量的 2.29%、3.37%、1.98%、1.24%，其中 2020 年较 2017 年减少了 50.63%，降幅巨大，用于生态环 境的地下水从 2017 年的 0.501 亿 m3 下降低至 2020 年的
0.051 亿 m3。综合 2017~2020 年农田灌溉用水与生态环境 用水 ，其用量差异显著。2017、2018、2019、2020 年生 态环境用水分别占对应年份农田灌溉用水量的 2.8%、4.2%、 2.4%、 1.4% ，整体表现出逐年下降的趋势 。 由此可见农田 灌溉用水量严重挤占了生态环境用水量 ，更加激化了农田灌 溉用水与生态环境用水之间的矛盾 。农田灌溉用水量高居不 下 ，生态环境持续恶化 ，水资源总量严重匮乏等因素将会成 为阻碍张掖市社会经济可持续发展的主要瓶颈 ，要想破解这 一问题 ，必须统筹合理科学的规划用水量 ，找到农业灌溉用 水与生态环境用水的平衡点 ，只有这样才能化解农田灌溉用 水与生态环境用水之间的矛盾， 同时可实现青三绿水就是金
山银山的目标。
表 2 2017-2020 年黑河中游 (张掖市) 用水情况
农田灌溉用水量 |
林牧渔用水量 |
生态环境用水量 |
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(亿 m3 ) 年份 |
(亿 m3 ) |
(亿 m3 ) |
用水总量 |
其中地下 |
|
其中地 |
其中地 |
(亿 m3 ) |
水 (亿 m3 ) |
小计 其中地下水 |
小计 下水 |
小计 下水 |
|
|
2017 18.047 3.346 |
2.461 0.124 |
0.501 0.501 |
21.834 |
4.583 |
2018 16.696 3.335 |
2.437 0.124 |
0.695 0.493 |
20.606 |
4.561 |
2019 16.858 4.232 |
2.702 0.137 |
0.409 0.005 |
20.648 |
5.049 |
2020 17.622 4.343 |
1.461 0.141 |
0.247 0.051 |
19.975 |
5.016 |
注：表中所有数据均来自于 2017-2020 年《甘肃省水资 源公报》
四、目前生态修复成效
近几年随着农业的粗狂式发展 ，严重破坏了当地的生态 环境 ，致使防护林缩减、耕地退化、草地消失、沙尘暴等极 端天气频发 ，人们慢慢才意识到生态环境的重要性 。 同时黑 河中游 (张掖) 生态恶化的情况也得到了我国政府的高度重 视 ，并针对目前生态恶化的情况制订了一系列了的政策和方 针 ，张掖市政府也积极响应国家政策 ，并根据自身情况在生 态恢复方面切实付诸行动 ，并取得了一些成绩[2]。
1．“一园三带”生态示范工程
为了积极改善并缓解目前生态恶化现状 ，张掖市政府集 思广益 ，投入大量的人力、物力、财力 ，聚全市之力编制实 施针对和黑河流域生态带、城市绿化带、交通大林带、祁连 山国家公园生态修复的“一园三带”造林绿化示范建设项目。 该项目总投资 55 亿元，预期修复草地 120 万亩 ，人工造林
90 中 国 水 运 第 22 卷
90 中 国 水 运 第 22 卷
80 万亩，对北部沙漠化地区、中部黑河流域、南都祁连山水 源涵养区进行系统、科学的治理。以祁连山国家公园为中心 ， 对周边的重要水源地、灌木林地、进行重点修复，努力将“黄 山”变成“青山”，将“七色水”变成“绿水”；在黑河中游 地区以甘州区、高台县、 临泽县为核心在长约 110Km 的流 域带上 ，实施了农田、道路、水系林网化工程 ，通过固沙及 人工造林 ，恢复生态林 20 万亩 ，通过强有力的修复手段 ， 形成了黑河中游湿地公园及黑河生态带。在实施“一园三带” 生态修复工程以来 ，完成人工造林 23 万亩、修复“三化” 草地 60 万亩 ，并建成了一个面积高达 1 万亩的黑河湿地公 园 ，完成了多个水源涵养林带 ，取得了可喜的成绩。 张掖市政府在“一园三带”的基础上升级为“一园四带” 造林绿化工程 ，统筹山水林田湖草沙一体化保护与修复 ，计 划 2021~2023 年完成林草生态修复 500 万亩，为后续黑河 中游 (张掖) 林草生态修复提供了有力保障[2 ，4-6]。 2．大力引进节水灌溉技术 目前 ，为了实现在保障耕地面积不减、粮食产量不减的 前提下 ，降低农田灌溉用水量的目标 ，化解农业用水与生态 用水的矛盾 ，张掖市积极进入如喷灌、滴管、渗灌等一系列 的节水灌溉技术 。 由表 3 可知 ：2020 年实施节水灌溉面积 共计 315.87 万亩 ，其中喷滴灌面积 6.23 万亩、微灌面积 115.26 万亩、低压管灌 109.58 万亩、渠道防渗 77.03 万 亩，较 2017 年节水灌溉面积 280.97 万亩增加了 11.05%， 其中喷滴灌、微灌、低压管灌面积分别较 2017 年增加了 4.65%、34.55%和 16.28% ，增幅显著 。大面积推广节水 灌溉技术可以在保障稳产的同时 ，达到节水优质的目的 ，进 而大幅度降低了农田灌溉用水量 ，减缓了农业用水挤占生态 环境用水的力度 ，缓解了两者的用水矛盾 ，为后续实现生态 环境的恢复奠定了基础[7- 10]。 表 3 黑河中游 (张掖) 2017-2020 年节水灌溉面积 (万亩) |
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年份 喷滴灌 微灌 低压管灌 渠道防渗 其他节水 合计 |
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315.87 |
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注：表中所有数据均来自于 2017~2020 年甘肃省水资 源公报 五、生态修复改进措施 1．推进节水型社会建设。 坚持“绿水青山就是金山银山”的理念 ，杜绝以牺牲生 态环境来促进当地社会的发展。针对水资源紧缺 ，用水矛盾 突出等问题，应转变以往的用水观念，调整农作物种植结构， 统筹规划水资源利用情况 ，顺应潮流积极推进节水型社会建 设 ，并努力寻找各领域间用水平衡点 ，为后续农业社会经济 的可持续发展保驾护航[ 11- 12]。 2．推进监控体系建设 加大资金争取力度 ，完善水资源计量设施建设 ，建设地 表及地下水计量监测体系 ，实现天、地、空全方位的监测体 系， 同时为后续水资源科学有效利用和高效管理提供基础性 |
硬件支撑[ 13]。
3．大力推进节水技术，减缓用水矛盾
通过校企联合模式，在引入高效的节水灌溉技术的同时 培养节水灌溉人才 ，为当地储备科技力量 ，来实现高效节水 灌溉技术的推广及延伸 ，为减缓农田灌溉用水量与生态环境 用水量之间的矛盾奠定基础。
4．大力宣传保护生态的重要性
当地有关部门可通过海报、电视、手机 APP 等一些媒体 对生态环境的保护定期制作一些推文 ，大力宣传生态环境的 重要性 ，也可定期组织相关人员深入基础 ，开展一系列的生 态保护大讲堂等 ，从而让人们真心真意的感受到生态环境的 重要性 ，真正做到保护生态人人有责的地步。
六、结语
近年来 ，随着人口及耕地的增长，黑河中游 (张掖) 用水 量持续增高，且自 2000 年起对黑河流域实施分水后，其黑河 中游可利用水资源量不断减少，进而激化了农业用水与生态环 境用水矛盾。随着地表可利用水资源量的减少，人们开始掠夺 式开采地下水，致使张掖市境内地下水位急剧下降，导致该地 区出现了一些列的生态恶化问题。生态恶化是大自然给人类敲 响的警钟，我们不能以牺牲生态环境为代价去开展当地的经济 发展，要统筹规划处理好生产与生态环境之间的关系，并积极 修复以往造成的生态环境问题，只有生态环境和谐了，才能实 现农业的可持续发展，才能推动经济的高速发展。
参考文献
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第 11 期 徐 斌等 ：浅析雷达流量计在分水江流域中的应用 93
表 3 雷达流量计与流速仪实测水面流速表 |
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雷达流量计测次 |
流速仪测次 |
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20 |
35 1.68 |
36 1.25 |
37 1.19 |
38 1.20 |
60 0.90 |
61 1.13 |
62 2.07 |
63 1.25 |
64 1.86 |
65 2.32 |
39 2.00 |
40 1.19 |
41 0.76 |
42 1.15 |
66 1.13 |
67 0.96 |
68 0.56 |
69 2.32 |
30 |
2.62 |
2.25 |
2.36 |
2.30 |
1.44 1.95 3.29 2.20 3.55 3.40 |
2.80 1.59 1.16 1.71 1.90 |
1.41 |
1.05 |
3.40 |
|||||||||
40 |
4.05 |
3.48 |
3.61 |
3.62 |
2.32 2.81 4.38 3.38 4.64 4.56 |
4.48 2.86 1.43 2.61 2.72 |
1.75 |
1.82 |
4.56 |
|||||||||
50 |
4.24 |
4.78 |
4.64 |
4.82 |
3.18 3.83 4.36 4.80 4.75 4.98 |
4.41 3.76 2.44 3.67 3.54 |
2.70 |
2.41 |
4.98 |
|||||||||
60 起 70 点 80 距 90 m 100 |
4.29 4.17 4.01 3.93 3.91 |
4.95 4.78 4.60 4.57 4.37 |
4.74 4.64 4.63 4.39 4.58 |
4.80 4.82 4.63 4.43 4.51 |
3.19 3.18 3.03 2.90 2.84 |
3.91 3.83 3.70 3.55 3.52 |
4.57 4.36 4.19 4.13 4.18 |
4.67 4.80 4.72 4.62 4.51 |
4.81 4.75 4.51 4.71 4.42 |
4.03 4.46 4.50 4.16 4.25 |
4.22 4.14 4.08 3.88 3.67 |
3.47 3.46 3.26 2.96 3.82 |
2.40 2.37 2.26 2.24 2.05 |
3.58 3.33 3.28 4.24 2.99 |
3.35 3.21 3.18 3.19 2.93 |
2.99 2.78 2.72 2.67 2.64 |
2.64 2.56 2.51 2.42 2.38 |
4.03 4.46 4.50 4.16 4.25 |
110 |
3.80 |
4.16 |
4.39 |
4.43 |
3.71 3.48 4.07 4.28 4.24 4.01 |
3.77 2.74 1.98 3.07 2.91 |
2.44 |
2.37 |
4.01 |
|||||||||
120 |
3.45 |
4.08 |
4.21 |
4.14 |
2.71 3.08 3.86 4.31 4.03 3.77 |
3.31 2.45 1.96 2.80 2.62 |
2.35 |
2.18 |
3.77 |
|||||||||
130 |
3.15 |
3.91 |
3.80 |
3.99 |
2.37 2.69 3.42 3.93 3.68 3.57 |
3.00 2.06 1.70 2.43 2.20 |
2.01 |
1.85 |
3.57 |
|||||||||
140 |
2.55 |
3.69 |
3.61 |
3.57 |
1.79 2.31 2.68 3.56 2.83 2.57 |
2.44 1.55 0.95 1.99 1.91 |
1.27 |
1.38 |
2.57 |
|||||||||
表 4 雷达流量计流量三项检验
|
实测流量 |
线上流量 |
偏差 P (%) |
P(i) - P(平) |
[P(i) - P(平) ]2 |
43 |
1310 |
1240 |
5.65 |
5.76 |
33.18 |
70 |
1440 |
1360 |
5.88 |
5.99 |
35.88 |
42 |
1250 |
1380 |
-9.42 |
-9.31 |
86.68 |
69 |
1330 |
1380 |
-3.62 |
-3.51 |
12.32 |
68 |
1550 |
1620 |
-4.32 |
-4.21 |
17.72 |
60 |
1970 |
1940 |
1.55 |
1.66 |
2.76 |
67 |
2100 |
2080 |
0.96 |
1.07 |
1.14 |
41 |
2260 |
2320 |
-2.59 |
-2.48 |
6.15 |
66 |
2330 |
2410 |
-3.32 |
-3.21 |
10.30 |
61 |
2910 |
2920 |
-0.34 |
-0.23 |
0.05 |
35 |
3290 |
3280 |
0.30 |
0.41 |
0.17 |
65 |
3580 |
3610 |
-0.83 |
-0.72 |
0.52 |
40 |
3830 |
3740 |
2.41 |
2.52 |
6.35 |
62 |
4210 |
4030 |
4.47 |
4.58 |
20.98 |
36 |
4230 |
4340 |
-2.53 |
-2.42 |
5.86 |
63 |
4540 |
4500 |
0.89 |
1.00 |
1.00 |
39 |
4620 |
4620 |
0.00 |
0.11 |
0.01 |
64 |
4810 |
4630 |
3.89 |
4.00 |
16.00 |
续表 4
施测号数 |
实测流量 |
线上流量 |
偏差 P (%) |
P(i) - P(平) |
[P(i) - P(平) ]2 |
37 |
4620 |
4650 |
-0.65 |
-0.54 |
0.29 |
38 |
4660 |
4690 |
-0.64 |
-0.53 |
0.28 |
符号检验 |
u=0.00 |
允许 |
1.15 |
合格 |
|
适线检验 |
U=-0.92 |
免检 |
|
|
|
偏离数值 |
|t|=0.13 |
允许 |
1.73 |
合格 |
|
标准差 |
Se(%)=3.8 |
不确定 |
7.6 |
系统误差 |
-0.1 |
雷达流量计是一种非接触水体的测速工具 ，在洪水测验 过程中 ，其安全性和可靠性大大优于转子式流速仪 ，应当作 为较大洪水以上级 ，特别是在流速仪无法施测情况下的首选 测量方法。
参考文献
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术及集成模式[J].中国水利水电科学研究院学报，2004，
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