洮兒河沖洪積扇地下水總量控制動態(tài)管理指標(biāo)體系研究

周 巍，牛權(quán)森，顧冬梅，李亞莉

(吉林省白城市水資源管理辦公室，吉林 白城 137000)

洮兒河沖洪積扇地區(qū)位于白城市的北部，包括洮北區(qū)大部洮南市小部分，該區(qū)有豐富的土地資源和地下水資源，地表水資源匱乏，目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水主要為地下水，特別是糧食生產(chǎn)幾乎全部依靠地下水。大量開發(fā)利用地下水，雖增加了我市糧食產(chǎn)量，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會的暫時發(fā)展，但消耗了地下水的儲存資源，導(dǎo)致地下水位迅速下降。1999年以來加之該區(qū)持續(xù)干旱，2010年與1998年相比，地下水位平均下降2.39 m，最大下降為9 m，原有的農(nóng)田井大部分報廢，局部地段含水層被疏干。目前農(nóng)業(yè)使用的水源井絕大多數(shù)是近幾年重新打鑿的，成井深度增加了10～30 m，單井出水量明顯下降，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水都面臨著巨大的威脅，有些村屯居民的生活飲用水已得不到保障。如果不采取有效措施加強(qiáng)地下水資源的管理和保護(hù)，后果不甚設(shè)想。為保持水資源的可持續(xù)利用，支撐該區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展和糧食生產(chǎn)安全，必須嚴(yán)格地下水管理和保護(hù)，實(shí)行地下水取用水總量控制和水位控制。在此背景下，本文以洮兒河沖洪積扇區(qū)為典型地區(qū)對地下水取用水總量控制動態(tài)管理指標(biāo)體系進(jìn)行研究，以更好地實(shí)施地下水總量控制動態(tài)管理方案。

1 洮兒河沖洪積扇區(qū)基本情況

洮兒河沖洪積扇區(qū)為分布洮兒河、蛟流河出口，向東南呈扇形散開，面積為2838km2的扇形地。扇頂位于洮北區(qū)鎮(zhèn)西一帶，弧形前緣在洮南市的新立屯、大全道堡、白城市的前高平山、鎮(zhèn)賚縣的朱家窯、聚寶山一線。地勢由扇頂微向前緣傾斜。地面坡度上游較陡，下游較緩。地面坡度2/1 000～3/10 000)。

物質(zhì)組成為上更新統(tǒng)的沖積砂礫石，上覆 0.2～2.0 m厚的亞礫砂土或亞粘土。洮兒河沖洪積扇主要含水層為第四系中更新統(tǒng)——全新統(tǒng)砂礫石、礫卵石構(gòu)成的潛水含水層，厚10～40 m，局部邊緣地帶小于10 m，扇中地帶局部大于40 m(圖1)。含水層透水性好，滲透系數(shù)100～200 m/d，富水性強(qiáng)，單井出水量大于 100 m3/h，給水度 0.1～0.3，降水入滲系數(shù)大部分為0.3～0.4，水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型水，礦化度低(小于 0.5 g/L)。

地下水埋深，豐水期間多數(shù)小于5 m，干旱期間多數(shù)為5～10 m。主要接受大氣降水和洮兒河水補(bǔ)給，排泄以蒸發(fā)、人工開采和側(cè)向流出為主。沖洪積扇潛水總的流向是由西北流向東南，扇頂水力坡度1/1 000～2/1 000，前緣水力坡度4/10 000～8/10 000。

洮兒河沖洪積扇地區(qū)，地下水的多年平均天然補(bǔ)給資源6.34億 m3，多年平均可開采資源5.54億 m3。

圖1 扇形地第四系含水層厚度等值線圖

該區(qū)總耕地193.17×104畝，人口約 52.67萬人。2009年實(shí)際播種面積 187.71×104畝，玉米 86.67×104畝，水稻36.2×104畝，其他經(jīng)濟(jì)作物40.55×104畝。其中利用地下水灌溉144.21×104畝，該區(qū)共有農(nóng)田井36 686眼。

2 地下水總量控制動態(tài)管理評價指標(biāo)

我國目前出臺的第一部有關(guān)用水總量控制的地方政府規(guī)章是《山東省用水總量控制管理辦法》(以下簡稱《辦法》)，為全國加快建立最嚴(yán)格水資源管理制度、進(jìn)一步加強(qiáng)水資源管理，尤其是在實(shí)行用水總量控制方面提供了借鑒。江蘇省制定的《蘇錫常地區(qū)2001年度地下水開采計劃》中規(guī)定，江蘇省蘇錫常地區(qū)地下水超采區(qū)取水量每年壓縮不少于1/3，非超采區(qū)每年壓縮不少于1/5。根據(jù)《江蘇省水資源管理?xiàng)l例》第十四條“開采地下水實(shí)行總量控制，江蘇省水行政主管部門下達(dá)開采計劃，由當(dāng)?shù)厝嗣裾M織實(shí)施”的規(guī)定，江蘇省從2003年開始逐年制定各市地下水開采控制總量計劃，要求各地級市將計劃分解下達(dá)到各縣(市、區(qū))和各地下水取水戶，以確保地下水開采得到有效控制。白城市借鑒上述地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，2009～2010年研究制定了適合當(dāng)?shù)貙?shí)際的地下水總量控制制度，實(shí)行了地下水總量控制動態(tài)管理，并以洮兒河沖洪積扇區(qū)為典型地區(qū)，對地下水總量進(jìn)行了分配，制定了動態(tài)管理方案。

該區(qū)制定的地下水總量控制動態(tài)管理方案，雖然考慮到應(yīng)從地下水位動態(tài)埋深、地下水位、地下水開采量、用水定額、地下水儲存量變化量(也稱地下水蓄變量)五個方面進(jìn)行實(shí)施，但是，對地下水資源評價的結(jié)果和控制總量指標(biāo)，必須通過地下水位變化、地下水蓄變量、用水定額的合理性分析不斷進(jìn)行完善和優(yōu)化來驗(yàn)證，并適時調(diào)整，使其更加合理，更加完善。必要時還應(yīng)對用水定額進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)水量不能滿足需要時就必須壓縮灌溉面積或灌溉定額，強(qiáng)行推廣節(jié)水技術(shù)。另外，灌溉用水定額還受地形條件、土壤理化性質(zhì)、地下水位埋深、灌溉方式、田間技術(shù)等多方面因素制約，地下水位的變化除受地下水開采量制約外，還受地層巖性、給水度、降水量、蒸發(fā)量、灌溉滲漏量乃至江河水位及流量的制約。給水度不同的分區(qū)，即使水位變化相同，也并不意味著地下水蓄變量變化也相同，因此地下水蓄變量也是一個重要指標(biāo)，它是隨給水度和地下水位變化而變化的，這些問題都要因地制宜的對待，可以說地下水總量控制動態(tài)管理方案的確定是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

本次研究對地下水位的控制是直接采用地下水動態(tài)監(jiān)測資料確定的;地下含水層蓄水量的變化則是根據(jù)水位監(jiān)測資料與試驗(yàn)確定的給水度計算的;地下水開采控制量指標(biāo)則是根據(jù)實(shí)際超采程度通過調(diào)整地下水開采系數(shù)確定的;考慮有關(guān)部門已經(jīng)確定了各地的灌溉定額，因此，通過灌溉定額系數(shù)來調(diào)整灌溉用水量。本次研究提出以地下水動態(tài)水位埋深、地下水位變化和地下水蓄變量為動態(tài)監(jiān)測指標(biāo)，以地下水開采系數(shù)、農(nóng)業(yè)灌溉定額系數(shù)為動態(tài)管理指標(biāo)的地下水總量控制動態(tài)管理評價指標(biāo)體系。

2.1 地下水動態(tài)水位埋深

采用地下水動態(tài)埋深與地下水管理水位埋深之間的關(guān)系表示，一般要求:

Dd＞DL

Dd＜DH

式中:Dd為地下水動態(tài)埋深，m;DL為地下水管理水位藍(lán)線埋深，m;DH為地下水管理水位紅線埋深，m。

2.2 地下水位變化控制指標(biāo)

采用地下水位年變化值(H)表示，即

H=H末－H初

H=D初－D末

式中:H末為年末地下水位，m;H初為年初末地下水位，m;D初為年初地下水位埋深，m;D末為年末地下水位埋深，m。

2.3 地下水蓄變量指標(biāo)

采用給水度與地下水位變化值的乘積表示，即

W=H

其中:W為地下水蓄變量，m/a;——給水度;H為地下水位年變化值，m/a。

2.4 地下水開采量指標(biāo)

采用地下水總量控制調(diào)整系數(shù)(Ki)表示，即

Q開=Ki×Q控

其中:Q開為隨時調(diào)整的地下水開采控制量，萬 m3/a;Ki為地下水總量控制調(diào)整系數(shù);Q控為最初確定的地下水開采控制量，萬 m3/a。

2.5 用水定額指標(biāo)

采用用水定額調(diào)整系數(shù)(Ci)表示，即

E實(shí)際=Ci×E標(biāo)準(zhǔn)

其中:E實(shí)際為調(diào)整后的灌溉定額，m3/a·畝;Ci為灌溉定額調(diào)整系數(shù);E標(biāo)準(zhǔn)為地下水灌溉定額，m3/a·畝。

地下水總量控制動態(tài)管理確定的指標(biāo)體系見表1。其中地下水動態(tài)埋深、地下水位變化指標(biāo)和地下水蓄水變量通過地下水動態(tài)觀測或地下水專門調(diào)查獲得，直接用于地下水控制總量的動態(tài)管理;地下水開采量指標(biāo)(總量控制調(diào)整系數(shù))和灌溉定額指標(biāo)(定額調(diào)整系數(shù))用于不斷完善地下水總量控制的數(shù)量及其適時調(diào)整。這樣通過水位和水量的系統(tǒng)結(jié)合，可以較好地實(shí)現(xiàn)地下水總量控制的動態(tài)管理。

表1 地下水總量控制動態(tài)管理方案確定的指標(biāo)體系

3 洮兒河沖洪積扇地下水總量控制現(xiàn)狀管理方案

經(jīng)過對洮兒河沖洪積扇上各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水開采狀態(tài)的分析，洮兒河沖洪積扇區(qū)地下水總體處于超采狀態(tài)，應(yīng)壓縮開采地下水。詳見表2。

3.1 洮北區(qū)境內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水總量控制現(xiàn)狀管理方案

洮北區(qū)在洮兒河沖洪積扇上有11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(場站包括在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi))，農(nóng)業(yè)用地下水處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，必須實(shí)施壓縮開采量方案。其中林海鎮(zhèn)、東風(fēng)鄉(xiāng)、金祥鄉(xiāng)、鎮(zhèn)南和城區(qū)地下水也已處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，必須壓縮地下水開采量。東勝鄉(xiāng)、平安鎮(zhèn)地下水處于微超采的壓縮開采狀態(tài);平臺鎮(zhèn)處于控制開采狀態(tài)，青山鎮(zhèn)、嶺下鎮(zhèn)、三合鄉(xiāng)地下水處于微潛力開采狀態(tài)。詳見表2。

3.2 洮南市境內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水總量控制現(xiàn)狀管理方案

洮南市在洮兒河沖洪積扇上有6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地下水處于擴(kuò)大開采狀態(tài)。其中大通鄉(xiāng)、福順鄉(xiāng)地下水處于基本穩(wěn)定開采狀態(tài);瓦房鎮(zhèn)地下水處于微潛力開采狀態(tài);聚寶鄉(xiāng)、永茂鄉(xiāng)、蛟流河鄉(xiāng)處于可擴(kuò)大開采區(qū)。詳見表2。

表2 洮兒河沖洪積扇上各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水開采狀態(tài)統(tǒng)計表

4 結(jié)語

(1)以地下水動態(tài)水位埋深、地下水位變化和地下水蓄變量為動態(tài)監(jiān)測指標(biāo)，以地下水開采系數(shù)、農(nóng)業(yè)灌溉定額系數(shù)為動態(tài)管理指標(biāo)的地下水總量控制動態(tài)管理方案評價指標(biāo)體系，這樣通過水位和水量的系統(tǒng)結(jié)合，可以較好地實(shí)現(xiàn)地下水總量控制的動態(tài)管理。在理論上是可行的，也是可操作的。

(2)制定的壓縮開采、控制開采、穩(wěn)定開采、微潛力開采、可擴(kuò)大開采五種狀態(tài)的地下水總量控制動態(tài)管理方案，符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際，為地下水的合理開發(fā)與利用提供科學(xué)的管理方法。

(3)建議建立水資源實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，更好地實(shí)行地下水總量控制動態(tài)管理。目前，該區(qū)的地下水監(jiān)測井仍采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式，從監(jiān)測信息的傳輸方式看，人工監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的傳輸速度十分緩慢，月報動態(tài)信息傳輸周期較長，信息化管理有待加強(qiáng)，目前地下水自動監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成熟，采用GIS地理信息技術(shù)、GPRS無線傳送技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)對地下水的水位、水量、水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、監(jiān)控，以提高科學(xué)管理地下水的水平和能力。

(4)建議對于地下水超采嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，積極引用地表水替代地下水，大力實(shí)施節(jié)水灌溉，堅(jiān)決壓縮地下水開采量，切實(shí)保護(hù)好地下水資源，使地下水控制總量動態(tài)管理不斷得到完善并真正落到實(shí)處。