充分利用地下水調(diào)蓄降水入滲量增加水資源的應(yīng)用

孫國(guó)恩

摘 要：開(kāi)封地區(qū)屬黃淮沖積平原擁有豐富的淺層地下水，是本地工農(nóng)業(yè)主要開(kāi)采利用的水資源。所以研究淺層地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源，實(shí)行科學(xué)管理，合理利用，減少水資源流失和蒸發(fā)浪費(fèi)，同時(shí)黃淮平原大面積井灌井排實(shí)踐證明，加速淺層水垂直交替，控制最優(yōu)地下水位，對(duì)防治旱、澇、堿、咸均有顯著作用，對(duì)促進(jìn)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：水資源；淺層地下水；合理水位；鹽堿地；井灌井排

中圖分類號(hào)：TV211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0226-02

開(kāi)封地區(qū)屬黃淮沖積平原，地面至40米深度有豐富的淺層地下水，它具有埋藏淺，增補(bǔ)快，開(kāi)采容易，水質(zhì)淡，水溫適宜等特點(diǎn)，是本地工農(nóng)業(yè)主要開(kāi)采利用的水資源。所以研究淺層地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源，綜合治理旱、澇、堿、災(zāi)害，總結(jié)淺層地下水對(duì)一個(gè)地區(qū)降水與逕流進(jìn)行調(diào)蓄的功能，實(shí)行科學(xué)管理，合理利用，減少水資源流失和蒸發(fā)浪費(fèi)，對(duì)增加地下水資源，改善生產(chǎn)條件，促進(jìn)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水文、水文地質(zhì)概況

1.1 水文概況

開(kāi)封地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.2℃。對(duì)淺層地下水補(bǔ)給和排泄作用十分密切的因素有降水和蒸發(fā)。多年平均降水量為712.4毫米，多年平均蒸發(fā)量為1120.0毫米。降水由東南向西北有規(guī)律遞減，南部多于北部，東部多于西部。降水量時(shí)空分布不均，六、七、八、九四個(gè)月占全年總降水量的67%。據(jù)1955—2015年水文資料統(tǒng)計(jì)，最多年降水量為1505.1毫米（1963年），最少年降水量為212.9毫米（1935年），最多年份的雨量和最少年份的雨量相差7.1倍。多年平均七月份降水量最大為196.5毫米，占降水量的27%，元月份降水量最小為12.2毫米，占年降水量的1.7%，最大月份為最小月份的16.1倍。年蒸發(fā)量最大為1362.5毫米，年最小為958.0毫米，五、六二個(gè)月蒸發(fā)量最大，占全年總蒸發(fā)量的30%，特別是六月份，全區(qū)蒸發(fā)量均在179.8毫米以上，最高者達(dá)213.9毫米，十二月至元月最小，僅占全年總蒸發(fā)量的7.0%。由于本區(qū)氣象、水文條件的影響，形成了春旱秋澇，澇后又旱，旱澇交替之特點(diǎn)。1957年和1963年受澇面積分別為616萬(wàn)畝和754萬(wàn)畝，1961年和1962年受旱面積300萬(wàn)畝左右。由于地下水位淺，土壤鹽堿化十分嚴(yán)重，有320萬(wàn)畝早、澇、鹽、堿相隨的面積，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期低而不穩(wěn)，合理控制淺層地下水位是我區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1.2 水文地質(zhì)概況

本區(qū)屬黃淮沖積扇前緣，地勢(shì)平坦，由西北向東南微傾，地面高程34-60米，平均坡降l/5000。地層位于華北、中新生代盆地的東南部。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)育。新生界地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。不同時(shí)代、不同成因、不同河流的沉積物，構(gòu)成重迭交錯(cuò)的沉積結(jié)構(gòu)特征，致使各地段水文地質(zhì)特征彼此差異很大。有時(shí)在同一塊地內(nèi)打井，地南部無(wú)水，地北部有水。第四系全新統(tǒng)潛水（淺層水）和更新統(tǒng)承壓水（中層水），河床上的含水砂層在剖面上呈串珠式透鏡體狀分布，在平面上則呈似脈葉狀沉積構(gòu)造特征。砂層周圍被亞砂土，亞粘土包圍，消弱了砂層間的水力聯(lián)系。含水砂層頂板深度l0-20米，底板深度20-40米，且粗粒相底層及細(xì)粒相蓋層二元結(jié)構(gòu)。地下水補(bǔ)給區(qū)和分布區(qū)一致，地下水動(dòng)態(tài)變化為典型的入滲——蒸發(fā)型。

潛水總的流向?yàn)槲鞅币粬|南向，地下逕流很弱，西部水力坡度1/4200，東部為1/6000。水位埋深大部分地區(qū)為4-6米，中部和西北部6-8米，東南部為2米左右，開(kāi)封市周圍和開(kāi)封縣局部及黃河故道大堤北大于8米。

潛水水質(zhì)：全地區(qū)有75%的面積水質(zhì)良好，適宜灌溉。屬重碳酸——鈣鎂型水，礦化度小于0.5克/升，有20%的面積水質(zhì)中等，為重碳酸一鈉鎂、重碳酸——鈉鈣型水，礦化度小于2.0克/升；有5%的面積水質(zhì)較差，條帶狀、零星分布在全區(qū)，礦化度3—4克/升，對(duì)灌溉不利，有待進(jìn)一步改造利用。

2 區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

2.1 基本概念

降水入滲補(bǔ)給是地下水最主要的補(bǔ)給來(lái)源，降水對(duì)地下水補(bǔ)給量的大小主要與包氣帶巖性，巖性厚度和結(jié)構(gòu)、地下水位埋深降水特征及土壤前期含水量有關(guān)。在我們開(kāi)闊的沖積平原區(qū)（水力梯度小的平原區(qū)）進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)，實(shí)質(zhì)就是評(píng)價(jià)合理地下水位埋深下的降水入滲補(bǔ)給地下水量，這是最為可靠的補(bǔ)給資源量。

一個(gè)地區(qū)水資源量的多少，與降水量和蒸發(fā)量均有密切關(guān)系，蒸發(fā)量的大小與地下水的埋深有極大關(guān)系。

在非包和帶，存在毛細(xì)水和毛細(xì)壓力（它是一種與大氣壓力相反的吸力了，由于毛細(xì)作用和蒸發(fā)作用，使一定水位埋深下潛水水分子向大氣中擴(kuò)散消耗，引起潛水面下降。隨著地下水位埋深的加大，潛水蒸發(fā)量逐漸減弱，當(dāng)潛水位下降到一定深度，可以認(rèn)為沒(méi)有蒸發(fā)或蒸發(fā)量相當(dāng)微弱，通過(guò)水位動(dòng)態(tài)過(guò)程線分析，當(dāng)水位埋深較大（約4米左右），在無(wú)開(kāi)采和補(bǔ)給條件下，地下水位穩(wěn)定。即所謂“蒸發(fā)極限深度”。所謂“地下水蒸發(fā)強(qiáng)度”，就是在蒸發(fā)極限深度以上，淺層水在單位時(shí)間、單位面積上的蒸發(fā)量。

地下水蒸發(fā)強(qiáng)度的大小與氣象條件（濕度、溫度、風(fēng)力等）土壤含水量和毛細(xì)管輸送水分的能力（速度）有關(guān)。在土壤含水量和輸送水分能力一定的情況下，濕度小，氣溫高，風(fēng)力大時(shí)，地下水蒸發(fā)強(qiáng)度就大。反之。則小。但是，當(dāng)蒸發(fā)強(qiáng)度超過(guò)土壤毛管I的輸水能力時(shí)，地下水蒸發(fā)強(qiáng)度并不隨之繼續(xù)增大，而是仍按毛管輸水的能力消耗水量0J在氣象條件不變的情況下，地下水蒸發(fā)強(qiáng)度主要決定于土壤含水量和毛管輸入能力；土壤含水量大，毛管輸水速度快，即土壤供水能力強(qiáng)，地下水蒸發(fā)強(qiáng)度就大。反之，就越小。

在毛管上升高度相同條件下，土壤含水量與地下水位埋深有關(guān)，埋深小，土壤含7量大。毛管上升高度和輸水能力又主要決定于土質(zhì)，粘性土顆粒細(xì)，毛細(xì)管管道細(xì)，越上升高度大，但由于水力遞度小，毛管輸水速度就小。砂性土顆粒較粗，毛管管道粗毛管上升高度小，但水力梯度大，毛管輸水速度就快。因此，一般情況下，砂性土壤分范發(fā)量比粘性土壤大，受鹽堿化威脅亦較粘性土可能性大。

氣象條件基本可用水面蒸發(fā)量來(lái)反映。可以認(rèn)為，影響地下水蒸發(fā)強(qiáng)度的主要因是地下水位埋深，土質(zhì)、水面蒸發(fā)強(qiáng)度以及作物種植、生長(zhǎng)情況。一般講，大面積種植同一種作物比例不會(huì)有太大的變化，所以植被問(wèn)題可以忽略，研究平原淺層水蒸發(fā)問(wèn)題主要應(yīng)抓住水位埋深、包氣帶巖性、水面蒸發(fā)量三個(gè)主要因素。

2.2 地下水動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)

本區(qū)歷年來(lái)地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律：冬季12月份是春灌前，地下水位處于基本穩(wěn)定期，水位埋深一般在3-5米，地下水動(dòng)態(tài)類型屬于降水補(bǔ)給——蒸發(fā)型；春灌期2-5月份，地下水位隨著小麥春灌而下降，水位埋深4-7米，地下水動(dòng)態(tài)類型屬于降水——開(kāi)采、蒸發(fā)型；春灌后麥?zhǔn)占竟?jié)的6月份，地下水位隨著氣溫的增高，蒸發(fā)量的增大，地下水位埋深逐漸增大，水位也逐步下降，以至達(dá)到每年的最大埋深值4-8米，地下水類型屬于降水——蒸發(fā)開(kāi)采型；7月份進(jìn)入汛期，降水量逐漸變大，農(nóng)作物需水量大部分靠降水，灌溉用水量大大減少，僅有少量蔬菜地抽水，地下水位開(kāi)始回升，汛期大量降水補(bǔ)給，9-10月份地下水位出現(xiàn)年內(nèi)高峰期，地下水位埋深上升到每年的最小值2-4米左右，地下水類型屬于降水——蒸發(fā)型；11-12月份因汛后降水量減少，由于水面蒸發(fā)，地面也蒸發(fā)，地下水位又緩慢下降，地下水位處于冬季的基本穩(wěn)定期。從333眼長(zhǎng)觀井三十年來(lái)觀測(cè)資料分析，大部分長(zhǎng)觀井每年12月26日的埋深值基本等于年平均埋深值。

3 充分利用地下水庫(kù)、調(diào)蓄降水人滲量

經(jīng)過(guò)幾十年資料分析計(jì)算，本區(qū)“合理地下水位”是3-5米，有利于防鹽堿、防漬澇、防干旱。合理地下水位汛前為6米左右，汛后為3米左右。地下水調(diào)蓄就是在干旱年份降水不能滿足作物需水要求時(shí)，開(kāi)采淺層地下水。由此引起的地下水位降深由汛期或豐水年份降水入滲補(bǔ)給，使水位得以回升，合理調(diào)控地下水位，同時(shí)使水位控制在一定深度，也有利于防治土壤次生鹽堿化，又能盡量減少漬澇災(zāi)害。

另外，合理調(diào)控地下水位，就是在汛前和干旱年份降低地下水位，為汛期和豐水年份提供了蓄水庫(kù)容?？梢源蠓葴p少水資源的流失和蒸發(fā)浪費(fèi)。因?yàn)楸緟^(qū)屬于干旱半干旱氣候，年內(nèi)與年際間降水量變化大，不穩(wěn)定。主要農(nóng)作物（小麥）生長(zhǎng)季節(jié)又是非汛期，因此在作物需水季節(jié)或干旱年份又需要多開(kāi)采地下水，以維持農(nóng)作物之需要，由于抽水過(guò)量，使地下水位下降到“潛水蒸發(fā)極限深度”以下，減少蒸發(fā)，增大可開(kāi)采利用的地下水資源。汛期或豐水年份就可以得到更多的降水入滲補(bǔ)給量。這樣既滿足農(nóng)作物用水和抗旱的要求，又減少；淺層地下水蒸發(fā)量，更有效的利用了降水，加大了降水入滲量，從而真正增加了地下水資源量。

實(shí)踐證明：要增加地下水可采資源，一是要使降水更多地入滲轉(zhuǎn)化為地下水；二是使地下水盡可能減少蒸發(fā)消耗，這樣就可以人為的奪取無(wú)效蒸發(fā)量變?yōu)榭衫玫乃Y源量，又增大包氣帶的蓄水能力，又能減輕漬澇和改造咸水。利用淺層地下水，降低地下水位，為改造、旱、澇、堿、咸低產(chǎn)田提供了必要的條件，也是旱、澇、堿、咸綜合性治理的關(guān)鍵性措施。隨著農(nóng)田水利建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，建成了較大面積的機(jī)井群，實(shí)行了“井灌井排”后，由于大量開(kāi)采地下水，降低了地下水位，減少了地下水和土壤包氣帶中的水分蒸發(fā)，加上降水入滲和灌溉的淋洗作用，包氣帶土壤水中的鹽份大大降低，使鹽堿地得到了徹底治理。

總之，黃淮平原大面積井灌井排實(shí)踐證明，加速淺層水垂直交替，控制最優(yōu)地下水位，對(duì)防治旱、澇、堿、咸均有顯著作用。使土體常年以入滲水流為主，起到引灌水和降水淋洗鹽份的效果，不少地區(qū)鹽堿地已明顯脫鹽，脫鹽深度也隨之不斷增加。澇度也大大減輕，控制“合理水位”，增大降水量，減少降水逕流排淺和奪取蒸發(fā)量，是當(dāng)前開(kāi)源節(jié)流的一個(gè)重要方面，應(yīng)引起各水利工作者的高度重視。