旱地改水田對地下水資源影響的研究

在人類與自然環(huán)境的和諧共生中，農(nóng)業(yè)作為連接人類與土地的橋梁，始終扮演著舉足輕重的角色。近年來，隨著旱地改水田這一農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型實(shí)踐的推廣與普及程度日益提高，此類工程對地下水資源產(chǎn)生的影響逐漸成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)議題[1-3]?；诖?，將沈陽市某旱地改水田項(xiàng)目作為研究區(qū)，深入分析旱地改水田對地下水資源的潛在影響，并探討相應(yīng)的科學(xué)管理與可持續(xù)發(fā)展策略。

1研究背景

隨著遼中區(qū)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，建設(shè)用地需求量逐步加大。同時，耕地后備資源不斷減少，實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡、占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水補(bǔ)水的難度日趨加大。研究的開展旨在落實(shí)遼中區(qū)土地利用總體規(guī)劃及土地整治相關(guān)規(guī)劃，增加有效耕地數(shù)量，保護(hù)耕地，確保耕地總量動態(tài)平衡，緩解耕地占補(bǔ)平衡壓力，提升耕地質(zhì)量等別，提升糧食產(chǎn)能，進(jìn)而為遼中區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會全面可持續(xù)發(fā)展提供土地保障。

研究區(qū)域位于沈陽市遼中區(qū)，研究區(qū)土地總面積約為 417.00hm² ，水域及水利設(shè)施用地約 6.10hm² 其他土地 0.12hm². 。不動工的地類包括采礦用地、坑塘水面、田坎、其他草地、村莊?？鄢粍庸ね恋孛娣e1.50hm² ，用于建設(shè)的土地約 415.50hm² ，動工的地類包括水田、水澆地、旱地、農(nóng)村道路及溝渠。研究區(qū)整理后， 303.60hm² 旱地擬改造為水田。

研究中旱改水地塊采用明渠灌溉方式，將水泵抽出的水引入主干渠進(jìn)行輸送，之后水再經(jīng)主干渠分流至支渠，灌溉渠道選用裝配式鋼筋混凝土矩形槽。研究用水為農(nóng)田灌溉用水。灌溉面積 401.6655hm² ，用水327.16萬 m³/ 年。

2研究區(qū)水資源狀況

研究區(qū)域內(nèi)水資源主要包括地表水資源和地下水資源兩部分，研究區(qū)多年平均地下水資源總量為34804萬 m³ ，人均水資源占有量 733m³ ，研究區(qū)現(xiàn)有耕地約8.7萬 hm² ，平均每公頃水資源占有量約 2316m³ ○研究區(qū)多年平均降水量為 621.2mm 研究區(qū)的年用水總量約為38770萬 m³ ，其中，農(nóng)田灌溉用水量約32920萬 m³ ，占總用水量的 84.9% ；居民生活用水量約1206萬 m³ ，占總用水量的 3.1% ；工業(yè)用水量1000萬 m³ 占總用水量的 2.6% ；城鎮(zhèn)公共用水量410萬 m³ ，占總用水量的 1.1% ；生態(tài)環(huán)境用水量20萬 m³ ，占總用水量的 0.5% ；林牧漁畜用水量3214萬 m³ ，占總用水量的8.3% （表1）。研究區(qū)水資源較為豐富，但水資源開發(fā)利用程度偏低，且水資源開發(fā)利用分配不均勻。研究以地下水作為取水水源。

研究區(qū)水資源較為豐富，水資源開發(fā)利用程度偏低，且水資源開發(fā)利用分配不均勻。本項(xiàng)目以地下水作為取水水源。

工作區(qū)內(nèi)，地下水類型主要是松散巖類孔隙水，下部第三系砂礫巖賦存有碎屑巖類孔隙水，太古界地層賦存基巖裂隙水，而后兩者地下水類型不是研究的主要目的層，故在此不作評價，此次主要對上部松散巖類孔隙水的基本特征進(jìn)行詳細(xì)的描述及劃分。地下水賦存于第四系全新統(tǒng)的中細(xì)砂、粉細(xì)砂和沙礫卵石中，含水層中無隔水層存在，構(gòu)成統(tǒng)一的含水巖組。含水層總厚度超過 100m ，地下水水量極為豐富，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，單井涌水量大于 3000m³/d ，影響半徑約 200m.

孔隙微承壓水賦存于第四系上更新統(tǒng)的中粗砂、沙礫石層孔隙之中，第四系上更新統(tǒng)地層與上部全新統(tǒng)地層多有亞黏土相隔，根據(jù)亞黏土的厚度不同分為微承壓水和承壓水兩種。而在上更新統(tǒng)含水層中也有亞黏土層存在，可見其分成上、下承壓水。區(qū)域資料表明，單井涌水量為 1000～3000m³/d ，影響半徑為200～500m ，富水性不均勻。

地下水埋藏分布特征情況如下。研究區(qū)附近區(qū)域的地貌單元為沖積階地，地勢平緩，場地上覆第四系地層。第四系地層的埋藏厚度較厚，地下水的賦存情況主要為第四系松散層孔隙潛水。含水層以第四系沖洪積中砂層為主，該層的透水性及孔隙率較大，埋藏深度較淺，厚度較大，具備持續(xù)供水價值，故此項(xiàng)目用水采用該層地下水。根據(jù)供水井抽水試驗(yàn)及水文地質(zhì)參數(shù)分析鉆井對地層的揭露情況，第四系地層具備穩(wěn)定的供水功能，場地內(nèi)地下水主要賦存在第四系中細(xì)砂和中粗砂層中，地下水的類型按照非承壓水考慮，枯水期穩(wěn)定水位深埋在地表以下 7m 左右。經(jīng)計(jì)算，單井的可開采量達(dá) 2950m³/d 場內(nèi)地下水主要含水層為中細(xì)砂、細(xì)粉砂和沙礫卵石，含水層連續(xù)穩(wěn)定，滲透性好，地下水徑流條件較好，地下水主要在該含水層中賦存和運(yùn)移，地下水水量較為豐富。

研究區(qū)地下水補(bǔ)給主要為降水滲入補(bǔ)給，地下水潛水位埋藏較淺，地下水由東北向西南運(yùn)移徑流，由于地勢平坦，平均水力坡度不到 0.5%o ，所以地下水徑流緩慢。該區(qū)地下水的排泄方式主要有兩種：一是以地下徑流的形式進(jìn)行排泄；二是人為開采地下水。人為開采地下水也是該區(qū)最重要的排泄方式。據(jù)對該區(qū)地下水水位動態(tài)監(jiān)測，年內(nèi)地下水水位隨季節(jié)變化明顯，水位變幅在 2m 左右。

2.1 研究區(qū)地下水資源量計(jì)算

研究區(qū)域不同頻率年降雨量： 50% 頻率年時，降雨量 609.40mm 75% 頻率年時，降雨量 515.60mm 95% 頻率年時，降雨量 397.60mm ；多年平均降雨量621.20mm 采用降雨入滲系數(shù)法計(jì)算地下水資源量，地下水資源量計(jì)算公式如下：

Q_i⊕↖i=100a×X_i×F×β

式（1）中， a 為入滲系數(shù)； X_i 為降水量； F 為匯水面積； β 為有效降水率。

根據(jù)已有水文地質(zhì)成果，研究區(qū)降雨人滲系數(shù)選擇0.25。計(jì)算出該區(qū)不同頻率年地下水資源量（表2）。

2.2 研究區(qū)地下水可開采量計(jì)算

研究區(qū)地下水可開采量計(jì)算采用地下水可開采系數(shù)法，計(jì)算公式如下：

Q_iF=Q_i?∣×β

式（2）中： ?_Qi? ”為地下水可開采量，單位為萬 m³/ 年； β 為可開采系數(shù)，確定為0.95。經(jīng)計(jì)算，研究區(qū) 50% /75%95% 頻率年和多年平均地下水可開采量分別為（202 1940.34 萬、1641.68萬、1265.97萬和1977.91萬 m³ 。

3存在的問題及建議

3.1 取水的影響

第一，工程取用水對區(qū)域水資源狀況的影響。本項(xiàng)研究工程核定取用水為327.16萬 m³/ 年，占論證區(qū)50% 頻率年地下水資源可開采量（1940.34萬 m³/ 年）的16.86% ；占 75% 頻率年地下水資源可開采量（1641.68萬 m³/ 年）的 19.93% ，占 95% 頻率年地下水資源可開采量（1265.97萬 m³/ 年）的 25.84% 。因此，本研究工程取用水對區(qū)域水資源量影響不大。

第二，工程取用水對水功能區(qū)的影響。本研究區(qū)直接取水供給水田灌溉，不進(jìn)行排水，不對水功能區(qū)產(chǎn)生影響。本工程取水327.16萬 m³/ 年，占研究區(qū)多年水資源可開采量的 16.54% ，因此對水功能區(qū)產(chǎn)生影響輕微。

第三，工程取用水對生態(tài)系統(tǒng)的影響。本工程中旱地改水田建設(shè)取用地下水不會對汛期短歷時洪水量和過程產(chǎn)生影響，對區(qū)域的水生態(tài)不產(chǎn)生影響。

第四，工程取用水對其他用水戶的影響。本研究區(qū)取水水源井最大影響半徑為 560m ，在水源井影響范圍內(nèi)，全部為耕地，對其耕地影響較小；研究區(qū)周圍無其他建筑物，無沉降問題，故本研究對其他用水戶產(chǎn)生影響輕微。

3.2 節(jié)水的影響

遼中區(qū)地下水資源可開采量為45944萬 m³ ，地下水資源利用率為 45% ，因此該區(qū)域地下水仍具有一定的開發(fā)利用潛力[4]。

3.2.1 目前節(jié)水存在的主要問題

目前節(jié)水主要存在以下兩個方面問題：一方面，地表水水資源開發(fā)利用程度偏低，且水資源開發(fā)利用分配不均勻；另一方面，目前的水資源回用量低，水資源回用量有待進(jìn)一步加大。

3.2.2 用水過程及水量平衡分析

本研究區(qū)內(nèi)實(shí)施的旱地改水田項(xiàng)目中，灌溉系統(tǒng)采用明渠灌溉模式進(jìn)行優(yōu)化配置。具體設(shè)計(jì)為：通過水泵將水源提升至主干渠，經(jīng)由科學(xué)規(guī)劃的輸水網(wǎng)絡(luò)將水流分配至各支渠，確保灌溉水資源的有效輸送。灌溉渠道的建設(shè)采用裝配式鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不僅便于現(xiàn)場快速組裝，提高了施工效率，而且具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性，能夠有效減少水資源在輸送過程中的滲漏損失，保障灌溉系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。本研究的評價用水為灌溉用水，灌溉面積為 401.6655hm² ，毛灌溉定額為 8 145m³/hm² ，總需水量327.16萬 m³ （表3）。

本研究年取水327.16萬 m³ ，符合遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《行業(yè)用水定額》DB21/T1237—2015）的定額用水要求。

第一，設(shè)計(jì)灌溉定額。根據(jù)遼寧省《行業(yè)用水定額》（DB21/T1237—2015中的規(guī)定，結(jié)合遼中區(qū)實(shí)際情況，研究區(qū)位于遼寧省農(nóng)業(yè)灌溉分區(qū)中的遼河中下游平原區(qū)，水田灌溉保證率為 85% ，灌溉定額為 6600m³/hm² 。

第二，確定灌溉水利用系數(shù)。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50288—2018）中的要求，渠灌田間水利用系數(shù)應(yīng)大于0.90，灌溉水利用系數(shù)詳見表4。

第三，計(jì)算毛灌溉定額。由灌溉設(shè)計(jì)保證率為85% 的凈灌溉定額，用灌溉水利用系數(shù)推算而得。其計(jì)算公式如下：

毛灌溉定額

式（3）中： η_# 為灌溉水利用系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，水田毛灌溉定額為 8145m³hm² ，則計(jì)算年用水量為327.16萬 m³ ，用水符合遼寧省《行業(yè)用水定額》（DB21/T1237—2015）中的相關(guān)要求，因此用水合理。

3.3 退水的影響

本研究為水田灌溉研究，研究區(qū)不進(jìn)行退水，取水均用于灌溉，如遇豐水年可適當(dāng)調(diào)節(jié)灌溉定額，減少灌溉用水量。對水功能區(qū)產(chǎn)生影響較小。

3.4建議

（1）工程設(shè)計(jì)、施工及投產(chǎn)運(yùn)行中都必須遵循水資源保護(hù)措施，地下水資源保護(hù)等工作應(yīng)與工程同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步運(yùn)行；建立完善的水資源監(jiān)測方案和監(jiān)測制度，將水資源保護(hù)落到實(shí)處。

（2）加強(qiáng)對地下水源的保護(hù)，劃定地下水源的保護(hù)范圍，并做好保護(hù)措施[5]。

（3）落實(shí)地下水監(jiān)測方案，加強(qiáng)地下水水位、水量、水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測，及時掌握開采量變化對地下水位的影響，依據(jù)水位動態(tài)數(shù)據(jù)規(guī)劃和調(diào)整取水量；定期取樣進(jìn)行檢測，以確保水質(zhì)穩(wěn)定性和無害性。

（4）長期對水位、流量進(jìn)行監(jiān)測，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析水量是否有衰減跡象，一旦發(fā)現(xiàn)水量衰減則應(yīng)立即調(diào)整開采量，保證區(qū)域地下水的補(bǔ)排平衡，不過量開采。

（5）水單位應(yīng)加強(qiáng)節(jié)水宣傳工作，杜絕水資源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生；安裝符合國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的取水計(jì)量設(shè)施，定期進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，保證計(jì)量設(shè)施正常使用和量值的準(zhǔn)確、可靠；開展水務(wù)管理工作，建立健全用水節(jié)水管理制度，采取有效的技術(shù)措施和管理措施，減少取水、降低水耗；將節(jié)水納入日常生產(chǎn)活動，加強(qiáng)宣傳，增強(qiáng)人們的節(jié)水意識。

4結(jié)論

研究區(qū)灌溉用水年用水量核定為327.16萬 m³ 。根據(jù)取水、退水影響分析論證結(jié)果，建設(shè)項(xiàng)目取水對取水影響范圍內(nèi)居民取水條件、取水權(quán)益影響輕微；建設(shè)項(xiàng)目退水對地下水功能區(qū)、其他用水戶影響輕微。但隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，研究區(qū)域可能會出現(xiàn)新的用水需求，應(yīng)本著統(tǒng)籌兼顧的原則，處理好取水相互影響問題。

參考文獻(xiàn)

[1]楊麒.北方嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)田旱改水工程施工技術(shù)探析[J].建筑施工，2024，46（4）：502-506.

[2]周攀，邵景安.旱改水土地整治研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2022（11）：206-215.

[3]倪丹，王禮焦，孫皓，等.連云港市發(fā)展旱改水存在的問題及對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（7）：281-283

[4]黃姚.基于GIS的墾造水田潛力測算分析：以江門市恩平市為例[J].低碳世界，2020，10（3）：193-195.

[5]余敦，袁勝國.江西省“旱地改造為水田”的技術(shù)探討[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（11）：268-271.