三江平原井灌水田發(fā)展探討

張鳳海

（黑龍江省水文水資源中心，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 概況

三江平原是由黑龍江、烏蘇里江、松花江沖積形成的低平原，北部、東部分別以黑龍江、烏蘇里江為界與俄羅斯隔江相望，南部為完達山脈，西部為小興安嶺，東西長約370 km，南北寬約120 km，面積為4.39 萬km2。平原表面覆蓋一層透水性極弱的亞粘土，厚2～18 m，亞粘土以下堆積了巨厚的第四系更新統(tǒng)、全新統(tǒng)含水巖組，各層間無隔水層，構(gòu)成了第四系砂、砂礫石松散堆積層含水體，含水層厚而穩(wěn)定，透水性好，富水性強。這種山川形勢和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了平原中部深厚，邊緣漸薄，微向北東傾覆的儲水盆地，大體由東南向西北敞開為傾斜平原，地面坡降1/10 000～3/10 000。

松花江由西南部流入該區(qū)，于中北部注入黑龍江。三江平原東部發(fā)育有沼澤性河，青龍蓮花河、鴨綠河和濃江河為黑龍江支流，撓力河、別拉洪河為烏蘇里江支流。解放前，三江平原濕地面積占總面積的75%以上，隨著國營農(nóng)場不斷開發(fā)建設(shè)，耕地面積逐年擴大，目前擁有耕地424.91萬hm2，是我國重要的商品糧基地[1]。

2 地下水監(jiān)測井分布

三江平原地下水動態(tài)監(jiān)測工作始于2000年，水利部門地下水監(jiān)測工作主要是為監(jiān)測區(qū)域地下水動態(tài)及重點城區(qū)監(jiān)測，佳木斯城區(qū)地下水監(jiān)測井分布密度相對較高，其它地區(qū)較均勻分布。農(nóng)墾部門主要是為監(jiān)測水田井灌區(qū)地下水動態(tài)，監(jiān)測井主要布設(shè)在井灌區(qū)。選取153 眼代表性較好的監(jiān)測井，采用2001—2019年長系列監(jiān)測資料分析三江平原地下水動態(tài)，其中水利部門有117 眼監(jiān)測井資料，農(nóng)墾部門有36 眼監(jiān)測井資料。

3 地下水動態(tài)特征

三江平原是黑龍江省海拔最低的區(qū)域，河水位與地下水位年際變化趨勢類似，大體呈現(xiàn)同升同降或較短滯后，表明代表段河流沿岸地下水與地表水水力聯(lián)系密切，地下水與河水的補排關(guān)系存在周期性變化，枯水期地下水補給地表水，豐水期地表水補給地下水[2]。降水入滲補給是地下水動態(tài)變化的主要原因，地下水區(qū)外及山前的側(cè)向補給、灌溉入滲補給、機井開采和蒸發(fā)蒸騰是地下水動態(tài)變化的直接原因。

3.1 地下水年內(nèi)動態(tài)特征

從主要影響條件分析，地下水年內(nèi)動態(tài)變化特征可歸納水文徑流型和徑流開采型。

3.1.1 水文徑流型

三江平原沿江地帶、中西部大部分地區(qū)地下水年內(nèi)動態(tài)變化均為水文徑流型，主要受降水、地表水入滲補給，以徑流形式排泄。該區(qū)域地表粘性土層厚度小于4.00 m，最薄地區(qū)不足1.00 m，地下水極易接受降水和雨洪補給。地下水水位漲落與河川徑流量、降水量及時空分布過程幾乎同步。3—4 月積雪融化，融雪徑流補給地下水，地下水位上升。至4—5 月末，積雪基本融化完畢，雨季還未到來，在地下水徑流作用下，水位下降。5—6 月份降水逐漸增多，地下水也隨著上升，至8—9 月地下水位達到最高。之后隨著降水逐漸減少補給量也逐漸減少，地下水位逐漸下降，至第二年3月末得到融雪徑流補給后逐漸上升，見圖1（a）。

3.1.2 徑流開采型

三江平原東部農(nóng)墾建三江管理局水田井灌集中連片區(qū)、三江平原西部松花江以北農(nóng)墾寶泉嶺管理局水田井灌集中連片區(qū)及三江平原南部農(nóng)墾紅興隆管理局部分水田井灌區(qū)，在水稻生長期間大面積長時間集中開采地下水，造成雨季地下水位持續(xù)下降，改變了地下水位的天然變化過程。表現(xiàn)出以側(cè)向徑流補給為主要補給源，以灌溉開采為主要排泄途徑的動態(tài)變化特征。5 月初水田開始泡田，大面積集中開采地下水，地下水位逐漸下降，5—7 月份為水田用水期，地下水位持續(xù)下降，至7 月末8 月初降到最低。之后隨著水田停止用水，地下水得到地下徑流側(cè)向徑流補給和降水入滲補給，水位開始逐漸回升，至第二年4 月末地下水位升至最高，見圖1（b）。

3.2 地下水多年動態(tài)特征

2001—2019年，三江平原年末平均地下水埋深變化在6.18～7.24 m 之間，平均地下水位下降0.53 m。2019年末，單站最小埋深為紅興隆管理局852 農(nóng)場七分場六隊0.22 m，最大埋深為前哨農(nóng)場22 隊24.59 m，見圖1（c）。

以各監(jiān)測站2019年末地下水埋深與2001年末地下水埋深比較，升降在0.50 m 之間的區(qū)域為基本平衡區(qū)；上升大于0.50 m 的區(qū)域為上升區(qū)；下降大于0.50 m 的區(qū)域為下降區(qū)。

3.2.1 基本平衡區(qū)

基本平衡區(qū)主要分布于西部松花江左岸地區(qū)及南部部分地區(qū)，面積1.33 萬km2。共有地下水監(jiān)測井36 眼，埋深上升的監(jiān)測井25 眼，埋深下降的監(jiān)測井10 眼，升降幅度不大，變幅在±0.50 m 之間。以樺川縣悅來鎮(zhèn)繁榮路監(jiān)測井為例，2001—2019年總體上升0.25 m。其中2001—2004年下降1.26 m，2004—2014年上升1.55 m，年均上升0.14 m；2014 至2017年下降1.03 m，2017—2019年上升0.99 m。地下水位升降隨著年降水量多少變化，總體處于平衡狀態(tài)，見圖1（d）。

3.2.2 上升區(qū)

上升區(qū)主要分布于中部地區(qū)、西部完達山前地帶及北部黑龍江沿江地帶，面積1.72 萬km2。上升大于2.00 m 的區(qū)域面積為0.22 萬km2；上升幅度在1.00～2.00 m之間的區(qū)域面積為1.18萬km2；上升幅度在0.50～1.00 m 之間的區(qū)域面積為0.32 萬km2。共有地下水監(jiān)測井85眼，上升幅度最大的監(jiān)測井是農(nóng)墾洪興隆管理局友誼農(nóng)場一分場場直，上升5.18 m，2001—2010年上升 3.81 m，年均上升 0.38 m；2010—2012年下降 2.38 m；2012—2019年上升3.75 m。地下水位隨著年降水量多少呈波動上升，見圖1（e）。

3.2.3 下降區(qū)

下降區(qū)主要分布于東部農(nóng)墾建三江管理局水田集中井灌區(qū)，面積1.34 萬km2。下降大于6.00 m的區(qū)域面積為0.28 萬km2；下降幅度在5.00～6.00 m 之間的區(qū)域面積為0.18 萬km2；下降幅度在4.00～5.00 m 之間的區(qū)域面積為 0.19 萬 km2；下降幅度在3.00～4.00 m 之間的區(qū)域面積為0.14 萬km2；下降幅度在2.00～3.00 m 之間的區(qū)域面積為0.16 萬 km2；下降幅度在 1.00～2.00 m 之間的區(qū)域面積為 0.19 萬 km2；下降幅度在 0.50～1.00 m 之間的區(qū)域面積為0.20 萬km2。共有地下水監(jiān)測井33眼，下降幅度最大的監(jiān)測井前哨農(nóng)場十三隊，下降8.77 m，2001—2011年下降4.89 m；2011—2013年上升1.87 m；2013—2019年下降5.75 m。地下水位基本呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，見圖1（f）。

圖1 三江平原典型站地下水動態(tài)過程線

4 地下水動態(tài)特征分析

4.1 下降區(qū)動態(tài)特征分析

2000年區(qū)內(nèi)幾乎全部為旱田和林草地，水田面積極少。隨著水田經(jīng)濟效益逐年提升，2000—2010年間水田面積大幅度增加，區(qū)內(nèi)大部分旱田和林草地被改種水田。2010—2018年，區(qū)內(nèi)僅有的旱田和林草地幾乎全部被改種水田。區(qū)內(nèi)水田90%以上為井灌區(qū)，種植期大量集中開采地下水。

區(qū)內(nèi)地表粘性土厚4.00～18.00 m，透水性極弱，降水和田間灌溉水入滲量小，地下水主要補給源為周邊河流側(cè)向補給和地下水徑流側(cè)向補給，主要排泄途徑為人工開采，地下水動態(tài)為徑流開采型。

通過年內(nèi)地下水動態(tài)變化過程（圖1（b））可以看出，4—9 月雨洪期，地下水得到補給，地下水位本應上升，因同時段正是水田種植期，大量開采地下水，地下水開采量大于補給量，造成地下水位不升反降。種植期結(jié)束，停止開采，區(qū)內(nèi)地下水得到周邊河流、區(qū)外地下水的側(cè)向徑流補給，水位慢慢回升，至第二年4 月上升至最高，之后又因大面積開采開始下降。雖然每年種植期結(jié)束地下水位回升，但是年內(nèi)得到的補給量少于排泄量，地下水位無法回升至種植期開始時的高度，造成地下水位持續(xù)下降。水田種植面積逐年增加，開采量逐年增加，加劇了地下水位持續(xù)下降。

4.2 上升區(qū)動態(tài)特征分析

區(qū)內(nèi)以旱田為主，水田面積少。地表粘性土厚度在2.00 m左右，最薄處小于1.00 m。地下水主要補給源為降水和周邊河流側(cè)向補給，主要排泄途徑以地下徑流排出區(qū)外，地下水動態(tài)為降水徑流型。

2012年以來，年降水量均超過多年平均降水量，尤其是2019年降水量超過多年平均降水量68%，連續(xù)豐水年，地下水得到補給量大于排泄量，地下水位持續(xù)上升。

4.3 基本平衡區(qū)動態(tài)特征分析

區(qū)內(nèi)水田、旱田均有分布，水田面積較大，水田集中連片區(qū)遠遠小于下降區(qū)內(nèi)水田集中連片區(qū)。地表粘性土厚2.00 m左右，最薄處小于1.00 m。含水層顆粒較粗，滲透系數(shù)最大可達100 m/d。地下水主要補給源為降水和周邊河流側(cè)向補給，主要排泄途徑以地下徑流排出區(qū)外，地下水動態(tài)為降水徑流型。

區(qū)內(nèi)水田集中連片區(qū)相對較小，水田種植期開采量及時得到降水、河水和地下徑流的補充。加之近年來連續(xù)豐水年，地下水得到較充足補給。區(qū)內(nèi)地下水位有升有降，升降幅度不大，均小0.50 m。

5 結(jié)語

圖2 1980—2018年土地利用類型分布[3]

解放前三江平原大部分區(qū)域為濕地，一代代北大荒人墾荒排澇、發(fā)展井灌水田，目前已經(jīng)發(fā)展成為我國重要的商品糧基地。由于大量開采地下水造成局部地區(qū)地下水位持續(xù)下降，引發(fā)國家和社會各界的高度關(guān)注，三江平原是否會發(fā)生華北地區(qū)一樣的地下水超采問題成為關(guān)注焦點。通過對三江平原水文地質(zhì)條件和近19年的地下水動態(tài)分析，得出如下結(jié)論：

1）三江平原表層覆蓋2.00～18.00 m 亞粘土層，地下水埋深低于表層亞粘土層，表層之下全部為第四系更新統(tǒng)、全新統(tǒng)含水巖組，各層間無粘性土隔水層，不會發(fā)生開采地下水引發(fā)粘性土層壓縮，導致地面沉降。

2）目前，三江平原大部分地區(qū)地下水埋深小于5.00 m，最大埋深24.59 m，地下水埋深較淺，加之地面粘性土層持水性好，旱田及地表植物生長良好，偏枯水年，旱田作物大豐收，豐水年發(fā)生漬澇，減產(chǎn)或絕產(chǎn)。目前，地下水埋深狀態(tài)適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，沒有引起生態(tài)環(huán)境惡化。

3）大面積水田發(fā)揮了濕地調(diào)解氣候的作用。

4）如果灌區(qū)全面停止地下水開采，必將引起地下水位大幅度上升，造成田間漬澇，影響農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

5）對地下水位持續(xù)下降區(qū)域，應采取逐漸以地表水代替地下水灌溉、休耕輪耕等方式減少地下水開采量，同時加大地下水動態(tài)監(jiān)測力度，尋求適宜地下水位不再下降的井灌水田種植面積。

6）建立地下水動態(tài)監(jiān)測、地表水灌區(qū)及地下水灌區(qū)發(fā)展調(diào)整的管控機制，既要防止地下水位持續(xù)下降，又要防止地下水位持續(xù)抬升引發(fā)土壤鹽漬化，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。