關(guān)于三江平原地下水資源計(jì)算參數(shù)的研究

韓 梅，梁貞堂

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080； 2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

三江平原東起烏蘇里江、西到湯旺河及牡丹江分水嶺、南至興凱湖及綏芬河分水嶺，區(qū)域面積10.57×104km2，占黑龍江省總面積的23%；其中，平原區(qū)面積5.80×104km2，占三江平原區(qū)域面積54.9%[1]。現(xiàn)有耕地439×104hm2，水稻種植面積205×104hm2；分別占黑龍江耕地、水稻種植面積的29.9%和50.9%[2]。

三江平原多年平均降水量550 mm，多年平均蒸發(fā)量700 mm；干旱指數(shù)1.0～3.0，屬半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)。

多年來(lái)，三江平原以“地下水資源豐富”著稱[1-4]。隨著三江平原城市化進(jìn)程的加快及大面積旱田改水田，地下水資源開(kāi)采量逐年增加，導(dǎo)致局部地帶出現(xiàn)了地下水開(kāi)采漏斗[1]。全省83個(gè)評(píng)價(jià)單元中，三江平原的平原區(qū)均屬于嚴(yán)重超載區(qū)[5]；區(qū)內(nèi)地下水開(kāi)采率達(dá)113%，其中，撓力河流域達(dá)162%，七星河流域超過(guò)200%[6]。因此，進(jìn)一步研究確定三江平原地下水資源量的計(jì)算參數(shù)具有重要意義。

1 三江平原地下水資源量與計(jì)算參數(shù)存在的問(wèn)題

1.1 三江平原地下水資源量

三江平原各分區(qū)地下水資源量與平原區(qū)可開(kāi)采量的現(xiàn)有成果見(jiàn)表1[1-3]。

表1 三江平原各分區(qū)地下水資源量現(xiàn)有成果表

從表1可知：平原區(qū)地下水可開(kāi)采水量最大為171.7 mm(單位面積的水深)，最小僅為51.4 mm，相差3.34倍；且同撫地區(qū)的可開(kāi)采水量>地下水總量；顯然，表1 中的數(shù)據(jù)有待商榷。

1.2 地下水資源量計(jì)算的方法

三江平原地下水資源量的計(jì)算對(duì)象是區(qū)域內(nèi)與大氣降水、地表水體有直接水力聯(lián)系的淺層地下水的總量。地下水補(bǔ)給量是指在天然狀態(tài)下，單位時(shí)間進(jìn)入含水層的水量，包括：大氣降水入滲量、山前地下水徑流流入量、地表水體(江河、湖泊、水庫(kù))滲入量、農(nóng)田渠道灌溉滲入量。地下水可開(kāi)采量是指在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的開(kāi)采條件下，不發(fā)生地下水水位下降、水質(zhì)惡化、地面沉降等問(wèn)題，可供開(kāi)采的地下水水量。研究評(píng)價(jià)中，地下水的可采資源量基本等于補(bǔ)給量，以確保地下水資源的平衡。經(jīng)分析，在三江平原平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量中，大氣降水的入滲量占76.06%，山前地下徑流流入量占2.42%，江河水體滲入量占13.78%，農(nóng)田渠道灌溉入滲量占7.74%[3]。因此，大氣降水入滲系數(shù)α、含水層滲透系數(shù)k、農(nóng)田灌溉田間入滲系數(shù)β與地下水位年紀(jì)變幅h就成為了研究地下水水資源量的主要計(jì)算參數(shù)。

1.3 主要計(jì)算參數(shù)的取值

不同文獻(xiàn)中對(duì)主要參數(shù)的取值如表2所示。

表2 不同文獻(xiàn)中地下水主要計(jì)算參數(shù)的取值

從表2可知：主要計(jì)算參數(shù)因不同作者而有不同的選取，同樣對(duì)三江平原地下水資源量也會(huì)因不同作者的計(jì)算，而出現(xiàn)不同的數(shù)值。

2 主要計(jì)算參數(shù)α、β的論證

因大氣降水的入滲量占到了地下水總量的76.06%，從表2可知入滲系數(shù)α均是經(jīng)驗(yàn)取值，

因此α是本次論證的重點(diǎn)。隨著農(nóng)田灌溉面積的增加，入滲系數(shù)β也是論證的重點(diǎn)。

2.1 α的論證

文獻(xiàn)[10]給出了原北京水文地質(zhì)一大隊(duì)根據(jù)北京西郊廖公莊均衡試驗(yàn)場(chǎng)的資料，得出的幾種地下水埋深和5種巖性的年降水入滲系數(shù)α，如表3所示。

綜上所述，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)金融財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)存在的問(wèn)題包括制度建設(shè)不全面、信息管理存在漏洞以及定價(jià)功能發(fā)揮不完全。在企業(yè)今后的發(fā)展中，可通過(guò)完善規(guī)章制度、提高工作人員素質(zhì)、強(qiáng)化信息保護(hù)力度等措施提高對(duì)金融財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避能力，最終讓企業(yè)能夠更好運(yùn)行與發(fā)展。

表3 各種巖性多年平均降水入滲系數(shù)α(以降水的%計(jì))

文獻(xiàn)[10]還給出了河南省水文地質(zhì)大隊(duì)根據(jù)商丘均衡場(chǎng)資料，得出的不同氣候條件下降水入滲系數(shù)α，如表4所示。

表4 不同氣候條件下降水入滲系數(shù)α %

以上資料是根據(jù)各地均衡試驗(yàn)場(chǎng)地中入滲儀觀測(cè)數(shù)據(jù)求得的，在有地形起伏、洼地和溝渠入滲的情況下，表中的數(shù)據(jù)可能偏小。

文獻(xiàn)[11]利用河北省冉莊水資源實(shí)驗(yàn)站、安徽省五道溝水文水資源實(shí)驗(yàn)站、山西省太谷均衡實(shí)驗(yàn)站的地中滲透儀，測(cè)得降水入滲資料，對(duì)降水入滲補(bǔ)給系數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了綜合分析；得出不同巖性、不同年降水量與不同地下水埋深條件下的降水入滲補(bǔ)給系數(shù)，如表5所示。

表5 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)α %

文獻(xiàn)[12]研究了降水入滲補(bǔ)給規(guī)律，如圖1所示。從圖1可知：在不同的巖性條件下，降水入滲系數(shù)隨水位埋深(包氣帶厚度)的增加而減小，降雨入滲系數(shù)在1 m左右達(dá)到最大，1 m以下降雨入滲系數(shù)逐漸減小，并在大于3 m后趨于穩(wěn)定。降水入滲時(shí)存在一個(gè)地下水最佳埋深，此時(shí)入滲量與降水入滲補(bǔ)給系數(shù)最大，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥谧畲舐裆罘€(wěn)定點(diǎn)后，降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)基本趨于穩(wěn)定。

圖1 不同地下水埋深降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)

文獻(xiàn)[13]采用溴示蹤法研究華北平原山前沖積平原和中部平原有灌溉和無(wú)灌溉區(qū)域的地下水補(bǔ)給，得到研究區(qū)平均地下水補(bǔ)給量為126.10 mm，平均補(bǔ)給系數(shù)為18.5%，有灌溉實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的補(bǔ)給量和補(bǔ)給系數(shù)均大于無(wú)灌溉實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。

文獻(xiàn)[14]根據(jù)地下水資源系統(tǒng)數(shù)值模擬模型，利用歷史系列觀測(cè)資料，反求出了河南省安陽(yáng)市平原地區(qū)的4個(gè)縣的降水入滲補(bǔ)給系數(shù)值；當(dāng)降水量PN在(500 mm

2.2 β值的論證

由于三江平原地區(qū)主要是水田灌溉，形成的灌溉水層必將對(duì)地下水形成補(bǔ)給，因此對(duì)補(bǔ)給系數(shù)β值的取值進(jìn)行研究很有必要。

文獻(xiàn)[10]根據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料得知，當(dāng)一次降水在50 mm以上時(shí)，對(duì)地下水的補(bǔ)給較明顯，一般灌溉的灌溉定額在50×15 ～70×15 m3/hm2，相當(dāng)于降水75～105 mm，這就必然形成對(duì)地下水的灌溉入滲補(bǔ)給。在一些井河雙水源灌區(qū)，引河水灌溉一次(約20 d)，地下水位可由埋深4～5 m變?yōu)槁裆?.5 m。根據(jù)河南省新鄉(xiāng)市引黃人民勝利渠忠義灌溉試驗(yàn)站資料，不同灌水量與地下水補(bǔ)給量關(guān)系如表6所示。

表6 灌溉水入滲補(bǔ)給量

文獻(xiàn)[15] 為準(zhǔn)確估計(jì)內(nèi)蒙河套灌區(qū)灌溉水入滲補(bǔ)給地下水量，采用試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分別根據(jù)灌水前后地下水位變化和土壤含水率變化計(jì)算了灌溉水入滲補(bǔ)給地下水系數(shù)，得到作物生育期(最大灌水量183.72 mm)灌溉補(bǔ)給地下水系數(shù)為15%，秋澆灌溉(灌水量491.00 mm)補(bǔ)給地下水系數(shù)為30%。河套灌區(qū)地下水位埋深相對(duì)較淺，通過(guò)灌水前后的土壤含水率變化情況和數(shù)值模擬結(jié)果顯示：灌水2～4 d補(bǔ)給地下水量達(dá)到最大，8～10 d后即完成對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給，不同灌水量灌溉水入滲規(guī)律基本一致，入滲補(bǔ)給量和入滲時(shí)間與灌溉水量直接相關(guān)。

文獻(xiàn)[16]在三江平原寶清縣三江試驗(yàn)站進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了不同灌溉模式下水稻在生育過(guò)程中的需水規(guī)律及水稻的水分利用效率。結(jié)果表明：控制灌溉水稻生育階段蒸發(fā)蒸騰量293.3 mm時(shí)節(jié)水效果最好；濕潤(rùn)灌溉生育階段蒸發(fā)蒸騰量373.2 mm時(shí)水稻產(chǎn)量最高；淹灌生育階段蒸發(fā)蒸騰量544 mm時(shí)灌溉水分利用效率最小。三種灌溉模式的土壤滲漏量均為219 mm，分別占三種灌溉模式水稻需水量的42.7%、37.0%、28.7%。

文獻(xiàn)[17]給出了三江平原北部地區(qū)8個(gè)灌溉試驗(yàn)站的水稻作物灌溉試驗(yàn)數(shù)值?，F(xiàn)將田間滲漏量、作物需水量、田間耗水量綜合分析，可得出滲漏量的比率，如表7所示。

表7 三江平原北部地區(qū)灌溉試驗(yàn)站滲漏量比率表

綜上，水田的灌溉水入滲量涉及土壤土質(zhì)、灌溉定額、灌溉方式、水稻品系等，其入滲系數(shù)β取為25%。

3 對(duì)α、β取值的評(píng)價(jià)分析

3.1 耕地的綜合平均滲透系數(shù)k分析

三江平原面積廣袤，土壤種類多樣，很有必要對(duì)耕地土壤的綜合滲透系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以與α、β對(duì)比確定其正確性與合理性。文獻(xiàn)[1]給出了三江平原耕地土壤的分類數(shù)值和各類土壤的滲透系數(shù)，采用加權(quán)計(jì)算方法，得出綜合平均滲透系數(shù)，如表8所示。

表8 三江平原土壤綜合滲透系數(shù)k計(jì)算表

從表8可知：如果每年降水中有20 d形成下滲補(bǔ)充地下水，則形成的下滲深度分別為3.26 m和1.56 m；按土壤給水度為0.1計(jì)算，則形成的地下水量分別為326 mm和156 mm；均大于多年平均降水量的20%。對(duì)于水田而言，去掉滲水嚴(yán)重的暗棕壤和其他土類，平均滲透系數(shù)為0.024 m/d，每年有水層的時(shí)段(含泡田期)大于80 d，故形成的下滲深度大于1.92 m，形成的地下水量大于192 mm，接近表7中田間平均耗水量的30%。

3.2 從三江平原北部地區(qū)的徑流深p分析

文獻(xiàn)[3]給出了三江平原北部地區(qū)的降雨徑流深研究成果，見(jiàn)圖2。

圖2 三江平原北部地區(qū)的多年平均徑流深(單位：mm)

從圖2可知：三江平原北部平原地區(qū)的徑流深小于100.0 mm(多年平均降水量的17.5%)，大部分地區(qū)小于75.0 mm(多年平均降水量的13.2%)。根據(jù)表1，安邦河、撓力河、同撫和蘿北地區(qū)多年平均降水量為574.0 mm,按最小值521.7 mm計(jì)算，至少有446.7 mm的降水處于蒸發(fā)和滲漏狀態(tài)。通常降水期間滲漏量是大于蒸發(fā)量的；再者圖2是根據(jù)蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算的，因此，該地區(qū)的入滲降水量應(yīng)當(dāng)大于230.0 mm。

3.3 典型試驗(yàn)區(qū)研究成果

黑龍江省八五○農(nóng)場(chǎng)坐落于完達(dá)山南麓，穆棱河北畔；始建于1954年，總土地面積527 km2，平原區(qū)面積363 km2；1997年開(kāi)始種植水稻，當(dāng)年種植面積0.87×104hm2，至2017年，井灌水田面積已達(dá)到2.43×104hm2，占平原區(qū)面積的67%，是地下水開(kāi)采強(qiáng)度最大的農(nóng)場(chǎng)。其平原區(qū)是第四紀(jì)沖積洪積區(qū)，地表覆蓋0～4 m的亞砂、亞黏土，下有20～80 m的砂、礫石含水層，是三江平原典型的潛水區(qū)。

文獻(xiàn)[18]給出了八五○農(nóng)場(chǎng)1997—2006年地下水開(kāi)采的觀測(cè)研究成果，見(jiàn)圖3。

圖3 八五○農(nóng)場(chǎng)歷年地下水位動(dòng)態(tài)

從圖3可知：八五○農(nóng)場(chǎng)地下水從1997—2006年地下水位下降1.470 m，平均年下降0.134 m。隨著水田面積的增加，單井下降的速率沒(méi)有明顯變化。

文獻(xiàn)[18]還給出了2005—2007年綜合降水補(bǔ)給系數(shù)，如表9所示。

表9 2005—2007年綜合降水補(bǔ)給系數(shù)分析

八五○農(nóng)場(chǎng)的實(shí)測(cè)平均水田灌水量405 mm，降水補(bǔ)給外的補(bǔ)給為水田灌溉補(bǔ)給，補(bǔ)給量為107.4 mm,補(bǔ)給系數(shù)為26.5%。

綜上所述，三江平原地下水平均降水補(bǔ)給系數(shù)α在階地區(qū)(亞黏土、亞砂土為主地區(qū))取為20%、河灘地區(qū)(砂土為主地區(qū))取為25%，水田的灌溉水入滲系數(shù)β取為25%，是合適的。

4 結(jié) 語(yǔ)

三江平原地下水問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)與技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)最新的科技成果與技術(shù)設(shè)備、建設(shè)專用試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)與研究，得出最為合適的成果與結(jié)論，為開(kāi)采和利用提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。