吉林省農(nóng)安縣地下水資源評價(jià)與可持續(xù)利用研究

王光明,熊德全

(中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院,云南昆明 650031)

1 引言

1987年,“世界環(huán)境與發(fā)展委員會”發(fā)表了影響全球的題為《我們共同的未來》的報(bào)告,提出了“可持續(xù)發(fā)展”的概念:可持續(xù)發(fā)展是在“滿足當(dāng)代人需要的同時(shí),不損害人類后代滿足其自身需要的能力”的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展理論是以技術(shù)為支撐,將社會、資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境有機(jī)結(jié)合,達(dá)到共同發(fā)展的理論。水資源是人們賴以生存的不可缺少的寶貴資源,是可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。在水資源日趨枯竭和水危機(jī)越來越得到廣泛關(guān)注的形勢下,搞好水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有極其重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2 研究區(qū)概況

農(nóng)安縣隸屬吉林省長春市,位于松遼平原腹地,處于東經(jīng) 124°31′～ 125°45′,北緯 43°55′～ 44°55′之間[1]。 全區(qū)總面積5274.6 km2,其中,砂礫石高臺地 438.4 km2,占 8.3%;波狀臺地 3247.549 km2,占 61.5%;河谷沖擊低平原1 588.651 km2,占 30.1%?？偢孛娣e 18.217萬畝,其中水田 3.27萬畝,為全國商品糧大縣。本區(qū)屬中溫帶大陸性氣候,春季干燥多風(fēng),夏季溫?zé)岫嘤?秋季涼爽早霜,冬季寒冷漫長,凍結(jié)期長達(dá) 7個(gè)月之久,凍結(jié)深度 1.72 m。多年平均氣溫 4℃ ～5℃,多年平均降水量 500～550mm,時(shí)空分布不均,降水時(shí)間多集中于夏、秋兩季,東南多西北少;年平均蒸發(fā)量1 680 mm。研究區(qū)年平均相對濕度 62.5%。

農(nóng)安縣在地貌上屬沖積、湖積平原區(qū),局部起伏較明顯,局部臺地標(biāo)高大于 300 m,河漫灘地帶低于 150m。主要地貌類型有高臺地、臺地、二級階地、一級階地、河漫灘、沙丘、洼地、沖溝等,整個(gè)縣區(qū)地形呈四周高中間低、臺地和低地相間分布的格局。地表水系較發(fā)育,區(qū)內(nèi)松花江、飲馬河、伊通河、新開河 4條江河流過,其中松花江為農(nóng)安縣與扶余縣界河。境內(nèi)湖泡發(fā)育。該區(qū)在構(gòu)造上屬松遼凹陷的東北隆起帶的西部邊緣。在燕山和喜山構(gòu)造運(yùn)動影響下,形成一平緩的向斜構(gòu)造,軸向東北,兩翼傾角平緩。四周受青山口、登婁庫、楊大城子等隆起構(gòu)造環(huán)扼,埋藏有多層地下水。白堊系厚度巨大,其上部巨厚泥頁巖構(gòu)成區(qū)域隔水底板。第四系廣布全區(qū),厚度變化較大,下更新統(tǒng)冰水砂礫石、全新統(tǒng)沖積砂礫石層構(gòu)成主要含水層,分別賦存有孔隙承壓水和孔隙潛水,是目前主要的開采含水層[2]。中更新統(tǒng)沖積洪積黃土狀土和上更新統(tǒng)沖積黃土狀土構(gòu)成弱透水層(越流層),對農(nóng)業(yè)供水意義不大。

3 地下水資源評價(jià)

3.1 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件,水理性質(zhì)和水力特征,區(qū)內(nèi)地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水。地下水循環(huán)條件主要受地質(zhì)、地貌、埋藏條件和人為因素的控制。由于各含水層的埋藏條件和組合關(guān)系不同,所以其循環(huán)條件亦不盡相同。區(qū)內(nèi)第四系承壓水主要補(bǔ)給來源是上層孔隙潛水的越流量和西部邊界側(cè)向徑流補(bǔ)給,主要排泄方式為人工開采、越流和側(cè)向徑流排泄。潛水的主要補(bǔ)給源為大氣降水,局部地區(qū)有側(cè)向徑流,排泄方式為人工開采、蒸發(fā)、流入泡塘或鹽沼洼地。由于地下水開采強(qiáng)度較大,開采區(qū)域面積占全區(qū)面積的比例很大,地下水的動態(tài)類型主要是以人工開采型為主。

本區(qū)由于地質(zhì)條件以及人為影響,使地下水化學(xué)特征有所變化。在伏龍泉—王府臺地,地下水徑流條件好,地下水埋深較深,所以主要以溶濾作用為主。潛水水化學(xué)類型主要以重碳酸鈣型水為主,其礦化度小于 1.6 g/L。在本區(qū)東北部大部分地區(qū),也以重碳酸鈣型水為主。在黃金鄉(xiāng)和永安鄉(xiāng)大部分地區(qū),潛水水化學(xué)類型以重碳酸鈣鈉為主。而在伊通河河谷及農(nóng)安鎮(zhèn)周圍地區(qū),潛水水化學(xué)類型主要以氯重碳酸鈣型水、氯重碳酸鈣鈉型水為主[3]。

3.2 地下水資源評價(jià)

根據(jù)不同水文地質(zhì)單元的天然邊界及地下水埋藏和循環(huán)條件,將工作區(qū)劃分為三個(gè)均衡計(jì)算區(qū)。再根據(jù)相應(yīng)公式確定各水文地質(zhì)參數(shù),并計(jì)算各源匯項(xiàng)[4-5]。最后得到工作區(qū)多年平均地下水補(bǔ)給總量為 30 309.06×104m3,總消耗量為 34 907.42×104m3,消耗量大于補(bǔ)給量4 598.36×104m3,從上述分析可以看出本區(qū)的地下水均衡已處于負(fù)均衡,為了水資源的可持續(xù)利用,應(yīng)控制開采量,可以根據(jù)具體的情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整開采量布局[3]。

下面采用回歸分析法,通過建立 Q開與 S埋深與之間的關(guān)系,以確定允許開采量[6]。

(1)據(jù)歷史資料繪成 Q-S坐標(biāo)的散點(diǎn)圖(見圖 1),宜選擇用曲線回歸方程。

圖1 Q-S散點(diǎn)分布趨勢圖

(2)計(jì)算基本數(shù)據(jù):算出lgQ和lgS(見表 1),再計(jì)算lgQi-lgSi,lgQi-lgQ和lgSi-lgS, (lgQi-lgQ)2和(lgSilgS)2及(lgSi-lgS)(lgQi-lgQ)。

(3)求根方差及均方根差:冪曲線回歸方程為

表1 冪曲線相關(guān)計(jì)算

綜合考慮本區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件及地下水埋藏情況,令 S=7.5 m時(shí)對應(yīng)的開采量為允許開采量,

即每天的最大允許開采量為 37.61×104m3,這一量達(dá)到開采需求量。

3.3 地下水水質(zhì)評價(jià)

根據(jù)綜合指數(shù)評價(jià)法,評價(jià)結(jié)果表明,監(jiān)測值符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測井有 3眼,占總監(jiān)測井?dāng)?shù)的 25%;符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測井 1眼,占總監(jiān)測井?dāng)?shù)的 8.35%;符合Ⅳ類水指標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測井 4眼,占總監(jiān)測井的 33.3%;符合Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測井 4眼,占總數(shù)的 33.3%。綜上所述,在監(jiān)測范圍內(nèi),Ⅳ類水、Ⅴ類水占總監(jiān)測井?dāng)?shù)的 66.7%,水質(zhì)較差。

4 地下水可持續(xù)利用及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)

4.1 區(qū)域地下水開發(fā)利用

本區(qū)地下水主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水以及農(nóng)村人畜飲用水。農(nóng)村生活用水大部分是取淺層潛水。用于井灌的地下水占有一定比重,部分農(nóng)業(yè)灌溉用水取自地表水,即通過溝、渠引水灌溉。洼中高排水總干渠與新開河和伊通河相連,總干渠與分渠組成了網(wǎng)狀灌溉圖。

2007全年地下水實(shí)際開采量為14478.73×104m3,都是潛水,其中農(nóng)業(yè)用水3 648.00×104m,工業(yè)用水2 527.60×104m,城鎮(zhèn)生活用水 842.86×104m,農(nóng)村人畜飲水7 460.27×104m。

據(jù)農(nóng)安縣區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查表報(bào)告提供的資料,農(nóng)安縣地下水埋藏現(xiàn)狀可分為三種類型:一是可增強(qiáng)開采區(qū),本區(qū)除農(nóng)安鎮(zhèn)何鎮(zhèn)郊外,廣布全縣,占全縣面積 99.7%,可大力開發(fā)利用地下水資源;二是一般控制區(qū),本區(qū)分布于農(nóng)安鎮(zhèn)郊區(qū),這個(gè)區(qū)域目前處于采補(bǔ)平衡狀態(tài),今后應(yīng)控制開采,不許新打水井,只能按報(bào)廢數(shù)補(bǔ)充;三是嚴(yán)格控制區(qū),該區(qū)僅分布于農(nóng)安鎮(zhèn),目前較嚴(yán)重超采,形成下降漏斗,今后應(yīng)嚴(yán)格控制開采,應(yīng)逐漸減少原有地下水井。

4.2 區(qū)域地下水開發(fā)利用中存在的問題

4.2.1 土地鹽堿化

近 40年來,農(nóng)安縣土地鹽堿化總體上呈逆轉(zhuǎn)的趨勢。1964年鹽堿化土地總面積為l1.6444×104hm2,1986年鹽堿化土地總面積為 9.5 359×104hm2。,而 2000年的鹽堿化土地總面積為 9.9 809×104hm2。土地鹽堿化動態(tài)趨勢總體上表現(xiàn)為鹽堿化土地總面積先減少,后稍微增加,但總體呈減少趨勢[7]。

4.2.2 干旱災(zāi)害

本區(qū)山前平原和低平原干旱災(zāi)害較重,以重旱地為主,春寒機(jī)率為 70%～80%,夏旱機(jī)率 30%。高平原旱情就輕,以春寒為主。一般沙丘地干旱程度大于粘性土;崗地干旱程度大于低洼地。干旱主要因素是降水量小,而蒸發(fā)量大,為降水量 3倍多。并且地表多為砂性土,不易保持水分[3]。

4.2.3 洪澇災(zāi)害

季節(jié)性洪澇洼地主要分布在高高平原家能夠和泛濫地帶、第平原和河谷平原下游閉流洼地,多與沼澤濕地毗連。在空間上,多與荒漠化和干旱地糾錯(cuò)分布,在時(shí)間上交替為害。澇災(zāi)易造成糧食減產(chǎn),甚至絕收,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害很大[8-9]。

4.2.4 土壤沼澤化

土壤沼澤化主要分布在低平原、河谷平原及局部高平原的支谷地帶。低平原上的沼澤化,在空間上常與荒漠化交錯(cuò)相間分布,在時(shí)間上交替為害。土壤沼澤化形成與河流關(guān)系密切的沼澤濕地具備水平排水條件,容易處理;分布在湖沼洼地的沼澤濕地水草茂盛,易澇成災(zāi),無水平排水條件,則難以處理,應(yīng)發(fā)展養(yǎng)葦、養(yǎng)魚或開墾水田種稻;對水草茂盛、水禽很多的沼澤濕地,則應(yīng)注意保護(hù)其沼澤濕地的生態(tài)環(huán)境[10-11]。

4.2.5 地下水位持續(xù)下降

該區(qū)以開采地下水作為供水水源的地區(qū)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人口的增加和生活水平的提高,需水量不斷增加,出現(xiàn)了因地下水過量開采而破壞水資源平衡狀況。從而形成了地下水降落漏斗與含水層疏干區(qū),使水源地供水能力不斷減少。在降落漏斗疏干范圍內(nèi)出現(xiàn)抽空吊泵現(xiàn)象。

4.2.6 地方病

本區(qū)屬典型的干旱半干旱淺層高氟水飲水型地方性氟中毒重病區(qū)[12]。農(nóng)安縣氟重毒的防治措施主要采取以打深水井為主,本著先重后輕的原則,把防氟改水的重點(diǎn)放在重病區(qū)。據(jù)房連營等編著的《農(nóng)安縣地方性氟中毒病情調(diào)查結(jié)果》,農(nóng)安縣全縣總?cè)丝诩s l09.7萬,病區(qū)人口 13.9萬,病區(qū)村(屯)數(shù) 381個(gè),其中輕病區(qū)村(屯)126個(gè),中病區(qū)村(屯)168個(gè),重病區(qū)村(屯)87個(gè)。飲用水氟含量在 2.0～4.0mg/L的村屯所占比例較大(45.83%),且飲用水氟含量最高值高達(dá) 7.70mg/L,超過國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 7倍以上,同時(shí)飲用水氟含量超過國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的村(屯)占調(diào)查村(屯)70.83%,說明農(nóng)安縣仍有多數(shù)居民在飲用高氟水。

4.3 地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用對策

農(nóng)安縣地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用是制定水資源開發(fā)模式的最終目的。下面主要從宏觀的角度來論證為了滿足本區(qū)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用應(yīng)該采取的具體對策[13]。如下:

4.3.1 統(tǒng)一規(guī)劃,因時(shí)、因地制宜,科學(xué)調(diào)度“三水”資源

在時(shí)間上,對由于大氣降水豐枯而造成水資源的豐枯年(季)要人為的加以調(diào)節(jié)控制,做到早年多采,豐年多蓄,以豐補(bǔ)欠;在地域上,應(yīng)在統(tǒng)籌規(guī)劃的前提下,根據(jù)各地不同的水文、水文地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)水平,采用不同的水資源開發(fā)模式,以保證水資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。

4.3.2 合理利用水資源,防止環(huán)境負(fù)效應(yīng)發(fā)生

如前所述,目前農(nóng)安地區(qū)許多環(huán)境負(fù)效應(yīng)的發(fā)生都與水資源的不合理開發(fā)有著密切關(guān)系。如在灌區(qū)引用大量地表水灌溉而不注意排水,造成土地大面積次生鹽堿化;城區(qū)過量開采地下水,造成地下水位持續(xù)下降和地面沉降等,因此在水資源開發(fā)利用過程中要嚴(yán)格控制水位降深,避免過量開采地下水資源。

4.3.3 節(jié)約用水

本區(qū)地下水資源浪費(fèi)嚴(yán)重,節(jié)水潛力巨大。對于工業(yè)用水,可以通過改進(jìn)工藝,減少萬元產(chǎn)值用水量;對于農(nóng)業(yè)用水,應(yīng)綜合農(nóng)作物習(xí)性、土壤巖性、季節(jié)等,合理灌溉,以達(dá)到最佳效益;對于生活用水,可以重復(fù)利用,提高用水效率。總之,全社會都應(yīng)該堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念,從自身做起,節(jié)約用水。

4.3.4 開展地下水人工調(diào)蓄,開發(fā)地下水庫

地下水庫人工調(diào)蓄是認(rèn)為利用地下水儲水庫容調(diào)節(jié)水資源,達(dá)到擴(kuò)大可利用水資源的目的。進(jìn)行地下水人工調(diào)蓄,應(yīng)根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件和地下水與地表水轉(zhuǎn)化關(guān)系與特點(diǎn),采取相應(yīng)措施,提高水資源利效率。

5 結(jié)語

在追求人與自然和諧相處的新時(shí)期和共建和諧社會的新形勢下,地下水資源可持續(xù)理念要求人們把地下水的質(zhì)和量與環(huán)境水文地問題統(tǒng)一起來,在考慮到地下水的稀缺性和緊缺性同時(shí),充分體現(xiàn)地下水的可持續(xù)性和整體性,本次地下水可持性研究僅是宏觀性初探,針對不同區(qū)域,應(yīng)區(qū)別對待,采用合理方法,最終為人類可持續(xù)利用地下水資源提供科學(xué)依據(jù)。

[1]農(nóng)安縣志編纂委員會.農(nóng)安縣志.1992.

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