內(nèi)蒙古伊敏河流域“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系分析研究

馬挨榮

摘要：“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系，是地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)，本文利用近年來伊敏地區(qū)的地下水資源調(diào)查研究成果，對(duì)伊敏河流域“三水”之間在不同條件下的相互補(bǔ)充、轉(zhuǎn)化和消耗關(guān)系進(jìn)行了初步探討。在此基礎(chǔ)上，闡述對(duì)水資源評(píng)價(jià)中的相關(guān)問題的一些看法。

關(guān)鍵詞：伊敏河流域；地下水補(bǔ)徑排；“三水”轉(zhuǎn)化

“三水”轉(zhuǎn)化是指大氣降水、地表水、地下水三者之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系及轉(zhuǎn)化量，地下水資源的形成不僅與地下水自身的補(bǔ)給、徑流、排泄有關(guān)，而且與大氣降水、地表徑流、包氣帶的入滲能力及儲(chǔ)存能力有關(guān)。分析和計(jì)算各要素之間的循環(huán)和轉(zhuǎn)化量，對(duì)正確計(jì)算、評(píng)價(jià)地下水及總水資源量（地下水、地表水總量）有著重要的意義，而且對(duì)水資源的開發(fā)利用規(guī)劃有著重要的指導(dǎo)意義。

一、伊敏河流域水文地質(zhì)特征簡(jiǎn)述

伊敏河水系屬海拉爾河水系的一級(jí)支流，其包含輝河及錫尼河、葦子坑河等支流，為常年性河流，源頭位于鄂溫克族自治旗的南部基巖山區(qū)，水源主要是大氣降水及基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，北部的海拉爾河為其徑流排泄方向。伊敏河流域地下水含水層系統(tǒng)主要包括第四系松散巖類孔隙潛水含水層系統(tǒng)、碎屑巖類孔隙裂隙承壓含水層系統(tǒng)及基巖裂隙潛水含水層系統(tǒng)，第四系松散巖類孔隙潛水主要分布在河谷區(qū)，新近系、白堊系等碎屑巖類裂隙孔隙承壓水在區(qū)內(nèi)的高平原及河谷區(qū)廣泛分布。低山、丘陵區(qū)大面積分布中生界火山巖，古生界及元古界變質(zhì)巖和華力期、燕山期等多期侵入巖，該類巖體含裂隙潛水。

“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系的研究，首先要從地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律入手，進(jìn)而探討地下水與地表水及大氣降水的轉(zhuǎn)化關(guān)系。本文重點(diǎn)通過水文地質(zhì)調(diào)查及同位素特征分析，研究潛水與地表水、大氣降水的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

二、地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

就地下水而言，其轉(zhuǎn)化特征與包氣帶的入滲能力、地下水含水層巖性及儲(chǔ)水能力，地下水自身補(bǔ)、徑、排循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)。影響地下水水位動(dòng)態(tài)的因素主要有氣象、水文、地形地貌和人為因素，動(dòng)態(tài)變化是各種因素的綜合反映，只是在不同的時(shí)段、不同的地理、地貌位置，不同的因素占主導(dǎo)。

（一）影響地下水水位變化的因素

1. 氣象因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響

氣象因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響主要表現(xiàn)為降水補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄對(duì)潛水動(dòng)態(tài)的影響和控制上，使其具有明顯的季節(jié)性和周期性變化，即每年有一個(gè)豐水期，一個(gè)枯水期，并且豐枯的變化與雨季和旱季相對(duì)應(yīng)，或滯后一段時(shí)間。本區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化與降水量的變化相關(guān)。

2. 水文因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響

主要發(fā)生在河流兩岸及湖泊附近地區(qū)。本區(qū)湖泊發(fā)育較少且面積較小，對(duì)地下水的影響力較小。研究區(qū)河流發(fā)育較多，地表水與地下水關(guān)系密切，特別是與河谷區(qū)潛水的關(guān)系因氣候季節(jié)性變化及河段位置的不同而有所差別。

3. 地形地貌對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響

地形地貌控制著地下水水位埋深、水力坡度的大小，直接影響降水入滲的強(qiáng)弱和徑流的通暢。工作區(qū)南部低山丘陵區(qū)與高平原區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征就有明顯的不同。

4. 人為因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響

隨著水資源利用率的不斷提高，人類活動(dòng)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響越來越大，隨著人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度的加強(qiáng)，在局部地區(qū)，人類活動(dòng)的影響成為控制地下水水位動(dòng)態(tài)變化的最重要因素。本地區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)模較小，農(nóng)業(yè)灌溉較少，影響方式主要為煤田開采的疏干排水，如伊敏煤田露天開采，大量的疏干排水已形成較大面積的降落漏斗。

（二）地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征

地下水的年內(nèi)變化主要受氣象、水文和人為因素的影響。依據(jù)上述影響因素，考慮包氣帶、含水層巖性結(jié)構(gòu)特征及地下水徑流條件，本區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)劃分為六種類型，其中，潛水水位動(dòng)態(tài)類型有：降水入滲——蒸發(fā)型；降水入滲——徑流型；水文型；降水入滲——開采型。

1. 潛水水位動(dòng)態(tài)類型

（1）降水入滲——蒸發(fā)型

主要分布于河谷一級(jí)階地及高平原的洼地等松散巖類孔隙潛水分布地區(qū)，該類地區(qū)水位埋深一般小于5m，地下水徑流相對(duì)較弱，地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，并主要以蒸發(fā)排泄為主。地下水水位過程線比較單一，多為單峰型，高水位期與雨季對(duì)應(yīng)，低水位期與封凍期吻合。如高平原洼地內(nèi)潛水井，2012年6月～8月，雨季來臨，因降水較為分散，表現(xiàn)為潛水位緩慢上升；9月～12月，降水量逐漸減少，蒸發(fā)逐漸占主導(dǎo)，潛水水位逐漸下降；之后，一直到冰凍期，基本無降水，以蒸發(fā)排泄為主，潛水水位呈明顯逐漸下降之勢(shì)。2013年7月的大降水，使地下水位又得以迅速回升。如此，地下水位的變化與大氣降水及蒸發(fā)作用強(qiáng)弱關(guān)系密切。

（2）降水入滲——徑流型

主要分布在基巖裂隙潛水區(qū)及地勢(shì)較高的高平原冰水堆積層松散巖類孔隙潛水分布區(qū)，該類地區(qū)水位埋深一般大于5m，地形坡度相對(duì)較大，地下徑流較為通暢，地下水主要以徑流形式排泄。地下水水位過程線表現(xiàn)為起伏變化多，峰值持續(xù)時(shí)間短。其水位變化受降雨入滲影響，但影響不明顯，雨季水位緩慢上升，雨季過后，水位緩慢下降。

（3）水文型（沿岸型）

分布于河漫灘地帶，距河床較近，地下水與地表水有直接水力聯(lián)系，豐水期及平水期，地表水位高于地下水位，地下水位隨地表水位的升高、流量增大、過流時(shí)間延長而上升，水位峰值和起伏程度隨遠(yuǎn)離地表水體面逐漸減弱；枯水期，地表水與地下水互有補(bǔ)排，此外，冰凍期，潛水表層呈凍結(jié)狀態(tài)，水位不受河流徑流變化的影響（見圖1）。

（4）降水入滲——開采型

主要分布在蔬菜灌溉開采區(qū)，潛水水位受開采影響，在6月～9月用水期，水位上下波動(dòng)頻繁，總體以下降為主，與降水相關(guān)性不密切，非開采期的10月到翌年3月，地下水位開始平穩(wěn)，水位逐漸恢復(fù)。

伊敏河流域淺層地下水動(dòng)態(tài)變化在不同地貌單元和地理位置差別很大?？偟膩砜?，全年可分為四個(gè)動(dòng)態(tài)變化時(shí)段：5月起，凍土消融，冰雪融化，水位開始上升；6月，少雨季節(jié)，水位開始下降；7月～8月，進(jìn)入雨季，潛水位穩(wěn)定上升，為地下水位高水位期；10月～翌年3月，潛水位穩(wěn)定下降，為地下水位的低水位期。但在集中開采區(qū)，隨著人為干擾強(qiáng)度的增大，人為因素（開采）已經(jīng)成為影響地下水水位動(dòng)態(tài)的主導(dǎo)因素，主要表現(xiàn)為年內(nèi)水位峰——谷變化與降水相關(guān)性差，在地下水灌區(qū)，受農(nóng)業(yè)灌溉影響，豐水期開采量大，低水位期一般出現(xiàn)在5月～8月份。

區(qū)內(nèi)潛水水位受氣象影響，均呈峰——谷波狀變化，地下水水位變化的總體趨勢(shì)與大氣降水的變化趨勢(shì)相同。特別是近年來，干旱少雨現(xiàn)象十分嚴(yán)重，造成以大氣降水補(bǔ)給為主的地區(qū)，地下潛水水位整體上有明顯的下降趨勢(shì)，但本地區(qū)2012年至2013年總體降水量較大，導(dǎo)致同期潛水位卻有明顯升高。

三、地下水與地表水的補(bǔ)排關(guān)系

主要包括伊敏河及其支流地表水與伊敏河河谷潛水的補(bǔ)排關(guān)系。

總體而言，受河谷發(fā)育方向的控制，河谷區(qū)地下水徑流方向與地表水徑流方向具有一致性。地表水與地下水之間的補(bǔ)排關(guān)系因地形地貌、水文地質(zhì)條件及氣候變化的不同會(huì)有所區(qū)別。具體分述如下：

（一）基巖裂隙潛水與河流地表水的關(guān)系

伊敏河及其支流河谷源頭段（上游段）均位于低山丘陵區(qū)，基巖裂隙發(fā)育較好，接受大氣降水的垂直入滲易形成基巖裂隙潛水，而該區(qū)段溝谷內(nèi)松散巖類孔隙潛水含水層發(fā)育較差，除冰凍期地下水與地表水之間無徑流量交換外，其它時(shí)段基巖裂隙潛水多以泉水的形式向河谷地表水排泄，而松散巖類孔隙潛水則主要接受河谷地表水的滲漏補(bǔ)給。

（二）松散巖類孔隙潛水與河流地表水的補(bǔ)排關(guān)系

松散巖類孔隙潛水主要分布在河谷的中下游段，兩岸多與不含潛水的高平原區(qū)接觸，水文地質(zhì)條件較為相似，潛水與河流地表水的補(bǔ)排關(guān)系在中下游河段差別不甚明顯，故主要考慮不同時(shí)段（水文、氣候）二者之間的補(bǔ)排關(guān)系。

分布于河漫灘地帶，距河床較近，地下水與地表水有直接水力聯(lián)系，豐水期及平水期，地表水位高于地下水位，地下水位隨地表水位的升高、流量增大、過流時(shí)間延長而上升，水位峰值和起伏程度隨遠(yuǎn)離地表水體面逐漸減弱；枯水期，地表水與地下水互有補(bǔ)排，此外，冰凍期，潛水表層呈凍結(jié)狀態(tài)，水位不受河流徑流變化的影響（見圖1）。

1. 冰凍期

據(jù)伊敏河五牧場(chǎng)水文站2013年觀測(cè)資料（河谷區(qū)潛水完整井觀測(cè)孔同步觀測(cè)），潛水面凍結(jié)期為3月1日至6月6日，潛水面冰凍期地表水與潛水之間基本不發(fā)生流量交換。

2. 豐水期及平水期

據(jù)伊敏河五牧場(chǎng)水文站收集資料，6月至8月，河流徑流量較大，河水面高于潛水面，河水對(duì)潛水產(chǎn)生滲漏補(bǔ)給。故豐水期及平水期，伊敏河及其支流區(qū)現(xiàn)狀條件下地表水對(duì)松散巖類孔隙潛水有滲漏補(bǔ)給。

3. 枯水期

據(jù)伊敏河五牧場(chǎng)水文站收集資料，9月至次年2月，河流徑流量較小，河水面與潛水面互有高低，且徑流坡降極小。二者基本處于平衡狀態(tài)，故現(xiàn)狀條件下，該段時(shí)期二者徑流交換為零。

潛水含水層下部發(fā)育較厚的隔水層，地表水與其下部的碎屑巖類裂隙孔隙承壓水無補(bǔ)排關(guān)系。

輝河是伊敏河的最大支流，河谷區(qū)水文、氣象及水文地質(zhì)條件與伊敏河類似，故按相同的方法計(jì)算與評(píng)價(jià)地下水與地表水的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

四、地下水與大氣降水的關(guān)系

大氣降水是本地區(qū)地表水及地下水的唯一的補(bǔ)給源，其直接或間接的補(bǔ)給地下水。

1. 大氣降水對(duì)潛水含水層系統(tǒng)的直接補(bǔ)給主要表現(xiàn)在大氣降水對(duì)裸露含水層垂直入滲補(bǔ)給，如前述的三種地下水動(dòng)態(tài)類型：降水入滲——蒸發(fā)型、降水入滲——徑流型、降水入滲——開采型，均是大氣降水垂直入滲直接補(bǔ)給潛水含水層。在無其它因素影響下，大氣降水量的變化直接影響地下水位的變化。

2. 大氣降水對(duì)潛水含水層系統(tǒng)的間接補(bǔ)給主要表現(xiàn)在大氣降水通過地表水對(duì)潛水含水層進(jìn)行滲漏補(bǔ)給，如前述的地下水動(dòng)態(tài)類型——水文型（沿岸型），地表水的來源主要是大氣降水。在無其它因素影響下，大氣降水量的變化直接影響河流徑流量的變化，進(jìn)而影響地下水位的變化。

五、“三水”轉(zhuǎn)化同位素特征分析

據(jù)2012年～2013年《鄂溫克族自治旗地下水資源勘查與區(qū)劃》成果，伊敏河流域共采集同位素樣品4組，其中雨水樣1組，河水樣1組，鉆孔中潛水樣1組，承壓水樣1組，每組樣品均包括3H、18O、D檢測(cè)樣，樣品檢測(cè)結(jié)果見表1。

利用樣品測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出δ18O-δD關(guān)系圖（圖2），對(duì)研究區(qū)各類水的同位素組成進(jìn)行對(duì)比分析可知，工作區(qū)地下水δ18O、δD值與全國降水線未有明顯偏離，各類水樣品同位素成果分析如下：

①大氣降水同位素組成

由于取樣點(diǎn)數(shù)所限，尚不能建立當(dāng)?shù)噩F(xiàn)代大氣氫氧同位素線性方程，但從測(cè)試結(jié)果來看，基本符合全國降水穩(wěn)定同位素“雨水線”，即δD=7.74δ18O+6.48。大氣降水為29TU，且明顯高于區(qū)內(nèi)地下水的氚濃度值，這是因?yàn)?953年以來，由于人工熱核試驗(yàn)，大氣降水中氚值劇增，氚在水圈中的濃度也大大增加，形成區(qū)內(nèi)雨水氚含量較高，而埋藏時(shí)間較長的地下水氚含量較低的特征。

②地表水同位素組成

從河水樣的同位素測(cè)試結(jié)果來看，氚濃度值為28.7 TU，接近于雨水中的氚濃度值，且明顯高于地下水的濃度值，說明河水的補(bǔ)給主要來源于大氣降水。

河水樣的穩(wěn)定同位素測(cè)試結(jié)果為δ18O=-13.8，δD=-107，略低于地下水的δ18O、δD值，而明顯高于雨水樣的δ18O、δD值，說明地表水與地下水有較好的水力（下轉(zhuǎn)22頁）（上接16頁）聯(lián)系，但地下水徑流途徑較短，離子交換較弱，δ18O、δD富集不明顯。

③地下水同位素組成

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果看出，區(qū)內(nèi)地下水氚濃度區(qū)間為<1TU（潛水）～1.3TU（承壓水），氚濃度較雨水及河水明顯偏低，表明區(qū)內(nèi)地下水為1952年以前的補(bǔ)給水與近代補(bǔ)給水的混合體。潛水和承壓水的氚濃度相近，說明區(qū)內(nèi)同位素分層性并不明顯，指示著所在區(qū)域各含水巖組間地下水的補(bǔ)給來源相近。

工作區(qū)位于海拉爾盆地的東部補(bǔ)給區(qū)，均以大氣降水補(bǔ)給為主，潛水和承壓水的徑流距離較短，3H、18O、D同位素濃度值均相近，同位素分析成果與本地區(qū)水文地質(zhì)條件的研究成果一致。

綜合上述，大氣降水、地表水、地下水三水之間的轉(zhuǎn)化循環(huán)，是大氣循環(huán)中各要素以不同的速度和數(shù)量，在不斷循環(huán)轉(zhuǎn)化和相互制約的結(jié)果?！叭鞭D(zhuǎn)化關(guān)系研究是水資源評(píng)價(jià)中必須認(rèn)真考慮的重要內(nèi)容，忽視“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系、片面評(píng)價(jià)水資源必然導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的失真。