三江平原地下水生態(tài)水位初步研究

孫香泰，艾曉燕，張力春

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

地下水有獨特的自然屬性，是人類生活、生產(chǎn)用水的重要水源，同時也是生態(tài)環(huán)境主要的控制因素，對生態(tài)環(huán)境起著重要支撐作用。地下水與生態(tài)環(huán)境關(guān)系密切，其開發(fā)利用必然會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，地下水水位異常變化會引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題。地下水水位過高會引發(fā)土壤鹽漬化和沼澤化等，過低又會引起土壤干化、河川基流量減少、濕地萎縮退化等問題。確定合理的生態(tài)地下水位，既能有效合理的開發(fā)利用地下水資源，又能保護(hù)地下水生態(tài)系統(tǒng)，還能通過適當(dāng)降低地下水位，增加降水和地表水體的入滲補給量，提高防洪、排澇標(biāo)準(zhǔn)，減少潛水蒸發(fā)量，防治土壤鹽漬化，增強“地下水庫”的調(diào)蓄能力。因此，開展三江平原地下水生態(tài)水位的研究，實現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用，保證經(jīng)濟社會及生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 地下水生態(tài)水位內(nèi)涵

地下水生態(tài)水位是指能夠充分發(fā)揮地下水對生態(tài)環(huán)境的控制作用，即滿足生態(tài)環(huán)境要求、不造成生態(tài)環(huán)境惡化的地下水位。它是由一系列滿足生態(tài)環(huán)境要求的地下水水位構(gòu)成，是一個隨時空變化的函數(shù)。

2 地下水生態(tài)水位對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的支撐作用

2.1 對區(qū)域水循環(huán)系統(tǒng)的支撐

地下水是區(qū)域水循環(huán)中關(guān)鍵的制約要素，對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)起支撐作用。潛水的大幅度下降將破壞區(qū)域自然條件下水文循環(huán)演化規(guī)律，改變地下水流場，致使地下水資源時空分布發(fā)生顯著的變化，引發(fā)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)退化等一系列問題。

適宜的地下水位埋深，有利于大氣降水的入滲，補給地下水，減小地表漫流和徑流強度，具有一定的減洪作用。同時，大氣降水以地下水的形式被存儲在地下，枯水時補給河流水量。在洪水時河水補給地下水，減緩洪水流量，起到調(diào)節(jié)河流水文的作用。地下水通過蒸發(fā)的方式將水分返回大氣中，進(jìn)行水循環(huán)，對大氣降水進(jìn)行再分配，此外還以基流的形式轉(zhuǎn)化為地表水。

2.2 對植物生態(tài)系統(tǒng)的支撐

地下水主要是通過包氣帶間接影響植物生態(tài)系統(tǒng)的。地下水主要以向上運移的形式補充土壤水分，當(dāng)?shù)叵滤裆詈軠\時，植物根系可直接吸收;當(dāng)?shù)叵滤裆钶^淺時，地下水通過毛管作用向地表運動來影響包氣帶土壤含水量，進(jìn)而間接影響植物的生長。當(dāng)?shù)叵滤裆詈苌顣r，地下水對地表植被需水貢獻(xiàn)極少。此外地下水還通過影響土壤鹽分來影響植物生長，如果地下水埋深淺，因毛管水頂面接近地表，蒸發(fā)強烈，水去鹽存，土壤表層鹽分不斷積累，易使土壤發(fā)生鹽漬化，從而影響植物生長。適宜的地下水埋深既可使植物生長得到所需的水分，又可以防止土壤鹽漬化。

2.3 對河流生態(tài)系統(tǒng)的支撐

地下水和河水之間存在著密切的水力聯(lián)系，洪水期河水補給地下水，部分洪水貯存于含水層中，使洪水有所消減，枯水期地下水補給地表河流，起著調(diào)節(jié)河川徑流的作用。大量開發(fā)地下水，使地下水位不斷下降，失去了對河流枯季的補給能力，最終導(dǎo)致河道斷流，使河流生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。

2.4 對濕地生態(tài)系統(tǒng)的支撐

濕地是一種非常重要的自然生態(tài)系統(tǒng)，往往與地下水有直接水力聯(lián)系，當(dāng)濕地水位低于周圍的潛水位時，地下水對濕地補給，如果濕地的水位高于周圍潛水位時，濕地水補給地下水。當(dāng)大量開采地下水時，造成地下水位下降，使依賴于地下水的濕地萎縮退化，對濕地的生態(tài)系統(tǒng)造成極大的破壞，進(jìn)而影響到周圍整個生態(tài)環(huán)境。因此，在濕地周圍控制地下水的開采，使地下水位保持適宜的高度，來支撐濕地生態(tài)系統(tǒng)向良性發(fā)展。

3 地下水生態(tài)水位指標(biāo)體系

自然界中依賴地下水的生態(tài)系統(tǒng)有很多，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的依賴程度，分析不同情況下的地下水生態(tài)水位。

3.1 防止土壤鹽漬化水位

當(dāng)?shù)叵滤裆钶^淺時，易使土壤發(fā)生鹽漬化，從而影響植物生長。如果地下水位埋深在毛管水上升高度以下，可截斷或減少地下水鹽份對土壤水鹽的補給。因此，把毛管水上升高度再加上根系層高度作為防止土壤鹽漬化水位。毛管上升高度與包氣帶巖性有關(guān)，黏性土的毛管高度一般為2.5～3.5 m，砂性土為1.5～2.5 m;作物根系發(fā)育層高度一般為0.2～0.5 m，因此防止土壤鹽漬化生態(tài)水位根據(jù)不同的包氣帶巖性控制在2.5～4.0 m。在該水位埋深情況下，植物生長可得到所需的水分，同時又將潛水的蒸發(fā)強度減至最小，土壤積鹽極其微弱。

3.2 地下水獲得最大補給的地下水位

三江平原地下水主要補給來源為大氣降水入滲，其次為地表水入滲。降水入滲量與降水特性、包氣帶巖性、土壤含水量及地下水埋深有關(guān)。在其它因素一定的情況下，地下水位的變化成為影響降水入滲量的主要因素。地下水位埋深過淺時，降雨入滲很快會使包氣帶飽和，地下水位升至地表，形成“蓄滿產(chǎn)流”，不利于地下水補給;隨著埋深的增加降水入滲補給量隨之增大，當(dāng)埋深增大到某一值時，地下水獲得最大補給量，此時的地下水埋深為最佳埋深，地下水位埋深大于最佳埋深，則包氣帶將容納大部分下滲水量，也不利于地下水的補給。經(jīng)初步研究，地下水位埋深3～5m左右時，地下水可獲得最大補給。

3.3 有效地維護(hù)濕地資源的地下水位

當(dāng)大量開采地下水時，造成地下水位下降，使依賴于地下水的濕地萎縮退化，對濕地的生態(tài)系統(tǒng)造成極大的破壞，使?jié)竦刈陨戆l(fā)生、發(fā)展難以維持，進(jìn)而影響到周圍整個的生態(tài)環(huán)境。因此，為了使?jié)竦厣鷳B(tài)環(huán)境向良性方向發(fā)展，主要以地下水溢出為補給來源的濕地，要保持地下水位高于濕地，以地下水作為支撐的沼澤及沼澤化濕地地下水埋深要＜1 m。

3.4 保護(hù)河川基流量的地下水位

河川基流系統(tǒng)，是完全依賴地下水的生態(tài)系統(tǒng)，特別在枯水季節(jié)更是如此。在河谷漫灘沿河一帶，枯水期地下水補給河水，豐水期河水補給地下水，三江平原地下水位總趨勢比河水位高，說明在大多數(shù)情況下地下水補給河水。經(jīng)過初步分析，當(dāng)枯水季節(jié)主要大中河流沿河地帶地下水位埋深一般達(dá)到5～7 m時，地下水位接近于河水位，使河川基流量減少，將影響河水的生態(tài)系統(tǒng)。為此，不要過度開采地下水，發(fā)揮枯水季節(jié)地下水對河流生態(tài)系統(tǒng)的支撐作用。

4 地下水生態(tài)水位的確定

4.1 地下水生態(tài)水位的確定原則

確定區(qū)域地下水生態(tài)水位是解決地下水對生態(tài)環(huán)境支撐的關(guān)鍵。通過分析地下水生態(tài)水位對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響及地下水生態(tài)水位指標(biāo)體系，地下水生態(tài)水位的確定主要依據(jù)有5個原則:①滿足植物對地下水的正常吸收;②有效抑制返鹽;③最大限度地增加地下水補給量，減少蒸發(fā)量，充分發(fā)揮含水層的調(diào)蓄能力;④有效地維護(hù)濕地資源，保證生物多樣性要求，⑤保護(hù)河川基流量，對河流生態(tài)系統(tǒng)提供支撐。

4.2 地下水生態(tài)水位的確定

根據(jù)上述原則并考慮地下水的供給功能確定三江平原合理地下水生態(tài)水位。

河谷平原區(qū):由松花江、黑龍江、烏蘇里江及主要支流的河漫灘構(gòu)成。其上發(fā)育沼澤濕地、古河道及牛軛湖等微地貌。含水層上覆粘性土較薄，一般為0～3 m的亞黏土或亞砂土，部分地區(qū)砂礫石直接出露，含水層巖性主要由砂及砂礫石組成，厚度較大，分布較穩(wěn)定，地下水類型為潛水。該區(qū)豐水期地下水最高運行水位埋深限制在2～3 m，枯水期最低水位埋深可達(dá)到3～5 m。

低平原區(qū):主要由三江低平原及興凱湖低平原構(gòu)成，分布河谷平原兩側(cè)，由Ⅰ、Ⅱ級階地組成低平原，微地貌發(fā)育，古河道、沼澤濕地、湖泡廣布。含水層巖性主要由砂及砂礫石組成，含水層厚度大，分布穩(wěn)定，地下水類型為潛水，局部地區(qū)為弱承壓水。

松花江以北綏濱－蘿北地區(qū)、勤得利—富錦—友誼連線以西及興凱湖低平原地區(qū)，表層巖性為亞黏土及亞砂土，厚2～4 m，為潛水分布區(qū)。該區(qū)豐水期地下水最高運行水位埋深限制在3～4 m，枯水期最低水位埋深可達(dá)到5～6 m，山前地帶可達(dá)到6～8 m。

勤得利—富錦—友誼連線以東地區(qū)，因普遍上覆5～20 m的亞黏土，地下水具弱承壓性。該區(qū)主要發(fā)揮地下水庫的調(diào)蓄功能及地下水的供給功能，地下水位埋深可達(dá)到6～11 m，撫遠(yuǎn)縣附近的二級階地區(qū)可達(dá)到17 m。

濕地保護(hù)區(qū):三江平原由于大量墾荒，發(fā)展農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致濕地面積逐年縮小，另外，大量開采地下水又使?jié)竦厣鷳B(tài)失去支撐，從而導(dǎo)致濕地退化。因此，要保護(hù)濕地，維護(hù)生物多樣性，促使生態(tài)環(huán)境向良性發(fā)展。

根據(jù)調(diào)查，水城子濕地分布區(qū)西部存在地下水溢出帶，常年不涸地補給濕地。此外勤得利河、蓮花河、鴨綠河等上游大多是由潛水出露匯集而成的，從而孕育了大片沼澤濕地，此類濕地周圍，嚴(yán)禁地下水開采，保持地下水對濕地的補給。分布于黑龍江、松花江、烏蘇里江等大型河流漫灘區(qū)的沼澤濕地，其地面物質(zhì)組成較粗，粘性土層很薄或沒有，粉質(zhì)砂土、砂、砂礫石，往往直接出露，地下水與濕地有直接水力聯(lián)系，在此類濕地周圍，限制地下水開采，使地下水埋深控制在1 m之內(nèi)，使地下水對濕地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮支撐作用。

5 地下水位空間分布現(xiàn)狀

三江平原現(xiàn)狀枯水期地下水埋深分布特征:河谷平原區(qū):地下水埋深一般為2～4 m;低平原潛水區(qū):地下水埋深多為3～5 m，局部6～8 m，低平原弱承壓水區(qū)，地下水埋深多為4～10 m，部分地區(qū)10～19 m。

總體看來，現(xiàn)狀地下水位在合理地下水生態(tài)水位區(qū)間，只有部分地區(qū)超過地下水生態(tài)水位。特別是三江低平原松花江以南地區(qū)，地下水開采程度很高，局部地區(qū)因高強度開采地下水，已形成了地下水開采漏斗，地下水位有逐步下降的趨勢。

6 恢復(fù)地下水生態(tài)水位的對策

為使三江平原經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境，必需科學(xué)合理的開發(fā)利用地下水。

1)地下水資源開發(fā)利用進(jìn)行總量控制，對三江低平原松花江以南地區(qū)，應(yīng)合理調(diào)整開采井的布局，控制地下水開采量，使地下水開采漏斗逐步得到恢復(fù)。2)應(yīng)進(jìn)行水資源結(jié)構(gòu)調(diào)整，充分利用地表水資源，實現(xiàn)地表水與地下水的合理配置，使地下水自身生態(tài)得到修復(fù)。

3)提高水資源利用率，建立節(jié)水型社會。不斷提高全社會節(jié)水意識，加強節(jié)約用水的力度，工業(yè)用水要改進(jìn)工藝，提高重復(fù)利用率，降低萬元產(chǎn)值用水量，農(nóng)業(yè)用水要降低灌溉定額，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)。

4)運用經(jīng)濟杠桿調(diào)控地下水資源開發(fā)利用。為抑制地下水資源的過度開發(fā)，適當(dāng)提高地下水水資源費征收標(biāo)準(zhǔn)，運用經(jīng)濟杠桿，控制地下水開采。

5)依法治水，嚴(yán)格實行取水許可制度及打井審批制度。切實落實水行政主管部門對地下水資源的統(tǒng)一管理，實行計劃用水，有序開采，禁止盲目開采及超量開采地下水，使地下水資源得到有效利用及保護(hù)。

［1］孫才志，劉玉蘭，楊俊.遼河流域平原區(qū)地下水生態(tài)水位及水量調(diào)控研究.水利水電科技進(jìn)展，2007，27(04):15－19.

［2］張長春，邵景力，等.華北平原地下水生態(tài)環(huán)境水位研究.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版，2003，33(03):323－326.