農(nóng)業(yè)灌溉開采后地下水位降深與恢復(fù)預(yù)測(cè)

苗 欣，王同旭

(黑龍江省大慶水文局，黑龍江 大慶 163711)

農(nóng)業(yè)灌溉開采后地下水位降深與恢復(fù)預(yù)測(cè)

苗 欣，王同旭

(黑龍江省大慶水文局，黑龍江 大慶 163711)

地下水開采是東北地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉主要取水來源之一，過度取水會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成一定的影響。本文以杜蒙縣為研究對(duì)象，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)情況，研究農(nóng)業(yè)灌溉井群集中開采地下水一段時(shí)間后，井群中心地下水位的降深與恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算方法，為合理利用地下水資源提供理論依據(jù)。

地下水水位降深；地下水水位恢復(fù)；開采強(qiáng)度

農(nóng)業(yè)灌溉開采后地下水位降深與恢復(fù)預(yù)測(cè)，是為了促進(jìn)區(qū)域水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用，保障農(nóng)業(yè)灌溉建設(shè)項(xiàng)目的合理用水要求，提高用水效率和效益，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。

本文以杜蒙縣為例，建立井群開采后地下水位降深與恢復(fù)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)相應(yīng)水文地質(zhì)條件及相關(guān)參數(shù)，模擬一個(gè)周期的農(nóng)業(yè)灌溉取水，預(yù)測(cè)出井群6～7 d內(nèi)開采地下水形成的井群中心水位下降及恢復(fù)時(shí)間。并繪制出相關(guān)曲線[1]。深入分析建設(shè)項(xiàng)目取水的合理性及區(qū)域水資源狀況，使水資源管理更加科學(xué)化、規(guī)范化、法制化，以便達(dá)到合理開發(fā)有效保護(hù)水資源的目的。

1 杜蒙縣地質(zhì)情況概述

1.1 地形地貌

杜蒙縣位于黑龍江省西部，嫩江下游東岸，是一個(gè)中新生代大型的斷坳陸相沉積盆地。東北至西南地勢(shì)依次降低，一般地面高程在120～160 m 之間，局部地貌呈現(xiàn)起伏河流地、湖泊沼澤地、鹽堿低地、江河漫灘階地等，自然坡降在1/5000～1/3000左右，新生代以來地層沉積總厚度在6000 m左右。杜蒙縣地區(qū)地下巖層形成位于大慶長垣構(gòu)造西側(cè)構(gòu)造地帶上。發(fā)育了一套中生代、新生代地層，包括中生界的白堊系上統(tǒng)為明水組、新生界的第三系為依安組、新生界的第四系為泰康組、林甸組以及齊齊哈爾組。

1.2 杜蒙縣地下水類型及含水層特征

區(qū)域內(nèi)含水層主要由三部分構(gòu)成，分別是：第四系齊齊哈爾組潛水、林甸組，第四系大安組、泰康組，及白堊系明水組含水層[2]。其結(jié)構(gòu)特征、埋藏條件、補(bǔ)給、徑流條件因含水層受古沉積環(huán)境影響差異很大，受河流影響較小，各含水層富水性差別較為明顯，賦存孔隙潛水及承壓水。

下更新統(tǒng)泰康組(Qlt)廣泛的分布于區(qū)域，地層厚度60～120 m。向西方向和向北方向地層厚度逐漸變厚，并趨于穩(wěn)定。巖性下部多為層狀的河流相中粗砂，上部為灰(綠)、黃綠色黏土、灰白色粉細(xì)砂，并構(gòu)成厚度不等(局部厚度變薄)的交互層，且多呈透鏡體狀，與下伏地層為不整合接觸。

中更新統(tǒng)林甸組(Q2h)廣泛的分布于區(qū)域，上部巖性為河湖相沉積的灰黑色粉質(zhì)黏土、黏土、粉土夾有灰色粉砂砂層，地層厚度為15～60 m分布較為不均，一般情況下自南向北厚度逐漸增厚，局部地區(qū)厚度變薄。土質(zhì)致密，滲透性較差，滲透系數(shù)一般在0.12～7.90×10-4cm/s，為區(qū)域弱透水層，由鐵質(zhì)浸染的斑點(diǎn)條帶，含鐵鈣質(zhì)結(jié)核及白色鈣質(zhì)斑點(diǎn)；下部巖性主要為灰白色砂礫石，偶夾白色高領(lǐng)土透鏡體。

1.3 地下水動(dòng)態(tài)變化特征

通過對(duì)地下水動(dòng)態(tài)長期觀測(cè)資料及水文地質(zhì)條件分析，歸納本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，主要受地下水類型、含水層結(jié)構(gòu)、氣象水文、人工開采等因素的影響，地下水動(dòng)態(tài)類型主要表現(xiàn)為滲入蒸發(fā)型、徑流型、開采型。

2 井群開采后地下水位降深與恢復(fù)預(yù)測(cè)

井群選取在杜蒙縣胡吉吐莫鎮(zhèn)，此處機(jī)電井開采含水層為第四系泰康組弱承壓含水層，機(jī)電井形式為完整井。

含水層巖性主要是含礫細(xì)砂和含礫中粗砂，自上而下由細(xì)變粗，呈明顯河流相沉積。上部以中細(xì)砂和粉細(xì)砂為主，底部為厚層狀含礫中粗砂。含水層與上覆第四系林甸組含水層之間有一層分布不穩(wěn)定的亞黏土、黏土和粉砂交互層，沉積發(fā)育比較穩(wěn)定，厚度為5.0～20.0 m，且分布不穩(wěn)定黏土及亞黏土互層相隔，含水層中礫石顆粒粗大，分選性較好，透水性強(qiáng)、富水性好，單井出水量3000～5000 m3/d。

通過現(xiàn)有地質(zhì)資料及地下水抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定水文地質(zhì)參數(shù)，見表1。機(jī)電井柱狀圖，見圖1。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)表

圖1 井群機(jī)電井柱狀圖

2.1 降深預(yù)測(cè)

井群抽水為非穩(wěn)定流，現(xiàn)將灌溉井[3]進(jìn)行概化為矩形(如圖2)，采用開采強(qiáng)度法進(jìn)行水位降深預(yù)測(cè)。計(jì)算公式見式(1)、式(2)、式(3)。

圖2 灌溉井概化圖

計(jì)算公式：

(1)

(2)

(3)

由于井位分散，井群密度300～500 m一眼井，井群最外圍的井可以得到側(cè)向補(bǔ)給，中心的井得不到補(bǔ)給，單井出水量等于地下水含水量的減少量，因此將井群進(jìn)行概化，用面井法[4](綜合面狀井系法)計(jì)算井群中心的開采動(dòng)態(tài)變化，假定開采區(qū)無補(bǔ)給情況下進(jìn)行井深預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)抽水時(shí)間為6 d，論證區(qū)第一次抽水后井群中心水位降深計(jì)算，見表2。

表2 論證區(qū)灌溉周期典型水源地井群中心水位降深

2.2 開采區(qū)中心恢復(fù)水位計(jì)算

灌溉取水停止后，地下水水位在水力坡度作用下逐漸上漲，通過式(4)可計(jì)算出恢復(fù)至初始狀態(tài)需要的時(shí)間，計(jì)算結(jié)果見表3，恢復(fù)過程見圖3。

集中開采區(qū)中心恢復(fù)水位計(jì)算公式：

(4)

表3 論證區(qū)典型第一灌溉期水源地中心水位恢復(fù)

圖3 論證區(qū)水源地中心水位恢復(fù)動(dòng)態(tài)變化過程線

3 結(jié) 論

通過對(duì)井群中心水位降深預(yù)測(cè)計(jì)算可以看出，在不考慮地下水各項(xiàng)補(bǔ)給的情況下，連續(xù)開采6 d，井群中心最大降深在0.95 m左右。地下水水位從停止開采的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，動(dòng)水位恢復(fù)迅速，2 d左右基本恢復(fù)到初始狀態(tài)，10 d內(nèi)完全恢復(fù)至初始狀態(tài)。農(nóng)業(yè)灌溉屬于間歇性、季節(jié)性開采，進(jìn)入下次灌溉周期時(shí)，地下水位已升至正常狀態(tài)。

由于灌溉區(qū)的地下水開采主要在集中在5—8月玉米生育期的40 d內(nèi)，其中6—8月進(jìn)入豐水季節(jié)，屬于地下水集中補(bǔ)給期，地下水位開始上漲，9月至翌年5月為地下水平緩下降期，地下水動(dòng)態(tài)與降水補(bǔ)給基本趨勢(shì)同步。

開采強(qiáng)度法預(yù)測(cè)地下水降深與恢復(fù)情況，與該地區(qū)地下水變化規(guī)律基本一致，如果合理的分配灌溉周期，不會(huì)對(duì)地下水水位造成影響。

[1] 李蕓. 杜蒙縣節(jié)水增糧取用水水源方案探析[J]. 黑龍江科技信息,2014(7):248.

[2] 陸巖,王偉華. 杜蒙縣中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目的建設(shè)管理思考[J]. 黑龍江水利科技,2009(6):150-151.

[3] 趙軍. 大慶市水資源綜合評(píng)價(jià)[D]. 北京:中國地質(zhì)大學(xué),2007.

[4] 徐文俊,徐國臣,李亞新,等. 大慶市水資源綜合分析研究[J]. 黑龍江水利科技,1995(1):11-22.

Groundwater level after irrigation depth and recovery prediction

MIAO Xin,WANG Tongxu

(DaqingHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Daqing163000,China)

The exploitation of groundwater is main water source of agriculture in northeastern China. Excessive water may cause certain influence on the local environment. Based on the study of Dumeng County, this paper used the mathematical model combined with the regional hydrogeological condition to study the method of calculating the depth and recovery time of the groundwater level in the center of the well group after a period of time after the exploitation of the agricultural irrigation well group for the rational use of groundwater resources to provide theoretical basis.

groundwater level drawdown; groundwater level recovery; mining intensity

苗 欣(1989-),男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，主要從事水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作。E-mail:627291058@qq.com。

P641.2

A

2096-0506(2017)03-0040-04