三江平原地下水生態水位初步研究

孫香泰，艾曉燕，張力春

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

地下水有獨特的自然屬性，是人類生活、生產用水的重要水源，同時也是生態環境主要的控制因素，對生態環境起著重要支撐作用。地下水與生態環境關系密切，其開發利用必然會對生態環境產生影響，地下水水位異常變化會引發一系列生態環境問題。地下水水位過高會引發土壤鹽漬化和沼澤化等，過低又會引起土壤干化、河川基流量減少、濕地萎縮退化等問題。確定合理的生態地下水位，既能有效合理的開發利用地下水資源，又能保護地下水生態系統，還能通過適當降低地下水位，增加降水和地表水體的入滲補給量，提高防洪、排澇標準，減少潛水蒸發量，防治土壤鹽漬化，增強“地下水庫”的調蓄能力。因此，開展三江平原地下水生態水位的研究，實現地下水資源可持續利用，保證經濟社會及生態環境協調發展，具有重要的現實意義。

1 地下水生態水位內涵

地下水生態水位是指能夠充分發揮地下水對生態環境的控制作用，即滿足生態環境要求、不造成生態環境惡化的地下水位。它是由一系列滿足生態環境要求的地下水水位構成，是一個隨時空變化的函數。

2 地下水生態水位對區域生態環境的支撐作用

2.1 對區域水循環系統的支撐

地下水是區域水循環中關鍵的制約要素，對生態環境系統起支撐作用。潛水的大幅度下降將破壞區域自然條件下水文循環演化規律，改變地下水流場，致使地下水資源時空分布發生顯著的變化，引發生態環境系統退化等一系列問題。

適宜的地下水位埋深，有利于大氣降水的入滲，補給地下水，減小地表漫流和徑流強度，具有一定的減洪作用。同時，大氣降水以地下水的形式被存儲在地下，枯水時補給河流水量。在洪水時河水補給地下水，減緩洪水流量，起到調節河流水文的作用。地下水通過蒸發的方式將水分返回大氣中，進行水循環，對大氣降水進行再分配，此外還以基流的形式轉化為地表水。

2.2 對植物生態系統的支撐

地下水主要是通過包氣帶間接影響植物生態系統的。地下水主要以向上運移的形式補充土壤水分，當地下水埋深很淺時，植物根系可直接吸收;當地下水埋深較淺時，地下水通過毛管作用向地表運動來影響包氣帶土壤含水量，進而間接影響植物的生長。當地下水埋深很深時，地下水對地表植被需水貢獻極少。此外地下水還通過影響土壤鹽分來影響植物生長，如果地下水埋深淺，因毛管水頂面接近地表，蒸發強烈，水去鹽存，土壤表層鹽分不斷積累，易使土壤發生鹽漬化，從而影響植物生長。適宜的地下水埋深既可使植物生長得到所需的水分，又可以防止土壤鹽漬化。

2.3 對河流生態系統的支撐

地下水和河水之間存在著密切的水力聯系，洪水期河水補給地下水，部分洪水貯存于含水層中，使洪水有所消減，枯水期地下水補給地表河流，起著調節河川徑流的作用。大量開發地下水，使地下水位不斷下降，失去了對河流枯季的補給能力，最終導致河道斷流，使河流生態系統遭到破壞。

2.4 對濕地生態系統的支撐

濕地是一種非常重要的自然生態系統，往往與地下水有直接水力聯系，當濕地水位低于周圍的潛水位時，地下水對濕地補給，如果濕地的水位高于周圍潛水位時，濕地水補給地下水。當大量開采地下水時，造成地下水位下降，使依賴于地下水的濕地萎縮退化，對濕地的生態系統造成極大的破壞，進而影響到周圍整個生態環境。因此，在濕地周圍控制地下水的開采，使地下水位保持適宜的高度，來支撐濕地生態系統向良性發展。

3 地下水生態水位指標體系

自然界中依賴地下水的生態系統有很多，根據生態系統的依賴程度，分析不同情況下的地下水生態水位。

3.1 防止土壤鹽漬化水位

當地下水埋深較淺時，易使土壤發生鹽漬化，從而影響植物生長。如果地下水位埋深在毛管水上升高度以下，可截斷或減少地下水鹽份對土壤水鹽的補給。因此，把毛管水上升高度再加上根系層高度作為防止土壤鹽漬化水位。毛管上升高度與包氣帶巖性有關，黏性土的毛管高度一般為2.5～3.5 m，砂性土為1.5～2.5 m;作物根系發育層高度一般為0.2～0.5 m，因此防止土壤鹽漬化生態水位根據不同的包氣帶巖性控制在2.5～4.0 m。在該水位埋深情況下，植物生長可得到所需的水分，同時又將潛水的蒸發強度減至最小，土壤積鹽極其微弱。

3.2 地下水獲得最大補給的地下水位

三江平原地下水主要補給來源為大氣降水入滲，其次為地表水入滲。降水入滲量與降水特性、包氣帶巖性、土壤含水量及地下水埋深有關。在其它因素一定的情況下，地下水位的變化成為影響降水入滲量的主要因素。地下水位埋深過淺時，降雨入滲很快會使包氣帶飽和，地下水位升至地表，形成“蓄滿產流”，不利于地下水補給;隨著埋深的增加降水入滲補給量隨之增大，當埋深增大到某一值時，地下水獲得最大補給量，此時的地下水埋深為最佳埋深，地下水位埋深大于最佳埋深，則包氣帶將容納大部分下滲水量，也不利于地下水的補給。經初步研究，地下水位埋深3～5m左右時，地下水可獲得最大補給。

3.3 有效地維護濕地資源的地下水位

當大量開采地下水時，造成地下水位下降，使依賴于地下水的濕地萎縮退化，對濕地的生態系統造成極大的破壞，使濕地自身發生、發展難以維持，進而影響到周圍整個的生態環境。因此，為了使濕地生態環境向良性方向發展，主要以地下水溢出為補給來源的濕地，要保持地下水位高于濕地，以地下水作為支撐的沼澤及沼澤化濕地地下水埋深要＜1 m。

3.4 保護河川基流量的地下水位

河川基流系統，是完全依賴地下水的生態系統，特別在枯水季節更是如此。在河谷漫灘沿河一帶，枯水期地下水補給河水，豐水期河水補給地下水，三江平原地下水位總趨勢比河水位高，說明在大多數情況下地下水補給河水。經過初步分析，當枯水季節主要大中河流沿河地帶地下水位埋深一般達到5～7 m時，地下水位接近于河水位，使河川基流量減少，將影響河水的生態系統。為此，不要過度開采地下水，發揮枯水季節地下水對河流生態系統的支撐作用。

4 地下水生態水位的確定

4.1 地下水生態水位的確定原則

確定區域地下水生態水位是解決地下水對生態環境支撐的關鍵。通過分析地下水生態水位對區域生態環境的影響及地下水生態水位指標體系，地下水生態水位的確定主要依據有5個原則:①滿足植物對地下水的正常吸收;②有效抑制返鹽;③最大限度地增加地下水補給量，減少蒸發量，充分發揮含水層的調蓄能力;④有效地維護濕地資源，保證生物多樣性要求，⑤保護河川基流量，對河流生態系統提供支撐。

4.2 地下水生態水位的確定

根據上述原則并考慮地下水的供給功能確定三江平原合理地下水生態水位。

河谷平原區:由松花江、黑龍江、烏蘇里江及主要支流的河漫灘構成。其上發育沼澤濕地、古河道及牛軛湖等微地貌。含水層上覆粘性土較薄，一般為0～3 m的亞黏土或亞砂土，部分地區砂礫石直接出露，含水層巖性主要由砂及砂礫石組成，厚度較大，分布較穩定，地下水類型為潛水。該區豐水期地下水最高運行水位埋深限制在2～3 m，枯水期最低水位埋深可達到3～5 m。

低平原區:主要由三江低平原及興凱湖低平原構成，分布河谷平原兩側，由Ⅰ、Ⅱ級階地組成低平原，微地貌發育，古河道、沼澤濕地、湖泡廣布。含水層巖性主要由砂及砂礫石組成，含水層厚度大，分布穩定，地下水類型為潛水，局部地區為弱承壓水。

松花江以北綏濱－蘿北地區、勤得利—富錦—友誼連線以西及興凱湖低平原地區，表層巖性為亞黏土及亞砂土，厚2～4 m，為潛水分布區。該區豐水期地下水最高運行水位埋深限制在3～4 m，枯水期最低水位埋深可達到5～6 m，山前地帶可達到6～8 m。

勤得利—富錦—友誼連線以東地區，因普遍上覆5～20 m的亞黏土，地下水具弱承壓性。該區主要發揮地下水庫的調蓄功能及地下水的供給功能，地下水位埋深可達到6～11 m，撫遠縣附近的二級階地區可達到17 m。

濕地保護區:三江平原由于大量墾荒，發展農業，導致濕地面積逐年縮小，另外，大量開采地下水又使濕地生態失去支撐，從而導致濕地退化。因此，要保護濕地，維護生物多樣性，促使生態環境向良性發展。

根據調查，水城子濕地分布區西部存在地下水溢出帶，常年不涸地補給濕地。此外勤得利河、蓮花河、鴨綠河等上游大多是由潛水出露匯集而成的，從而孕育了大片沼澤濕地，此類濕地周圍，嚴禁地下水開采，保持地下水對濕地的補給。分布于黑龍江、松花江、烏蘇里江等大型河流漫灘區的沼澤濕地，其地面物質組成較粗，粘性土層很薄或沒有，粉質砂土、砂、砂礫石，往往直接出露，地下水與濕地有直接水力聯系，在此類濕地周圍，限制地下水開采，使地下水埋深控制在1 m之內，使地下水對濕地生態系統發揮支撐作用。

5 地下水位空間分布現狀

三江平原現狀枯水期地下水埋深分布特征:河谷平原區:地下水埋深一般為2～4 m;低平原潛水區:地下水埋深多為3～5 m，局部6～8 m，低平原弱承壓水區，地下水埋深多為4～10 m，部分地區10～19 m。

總體看來，現狀地下水位在合理地下水生態水位區間，只有部分地區超過地下水生態水位。特別是三江低平原松花江以南地區，地下水開采程度很高，局部地區因高強度開采地下水，已形成了地下水開采漏斗，地下水位有逐步下降的趨勢。

6 恢復地下水生態水位的對策

為使三江平原經濟社會可持續發展，改善生態環境，必需科學合理的開發利用地下水。

1)地下水資源開發利用進行總量控制，對三江低平原松花江以南地區，應合理調整開采井的布局，控制地下水開采量，使地下水開采漏斗逐步得到恢復。2)應進行水資源結構調整，充分利用地表水資源，實現地表水與地下水的合理配置，使地下水自身生態得到修復。

3)提高水資源利用率，建立節水型社會。不斷提高全社會節水意識，加強節約用水的力度，工業用水要改進工藝，提高重復利用率，降低萬元產值用水量，農業用水要降低灌溉定額，推廣節水灌溉技術。

4)運用經濟杠桿調控地下水資源開發利用。為抑制地下水資源的過度開發，適當提高地下水水資源費征收標準，運用經濟杠桿，控制地下水開采。

5)依法治水，嚴格實行取水許可制度及打井審批制度。切實落實水行政主管部門對地下水資源的統一管理，實行計劃用水，有序開采，禁止盲目開采及超量開采地下水，使地下水資源得到有效利用及保護。

［1］孫才志，劉玉蘭，楊俊.遼河流域平原區地下水生態水位及水量調控研究.水利水電科技進展，2007，27(04):15－19.

［2］張長春，邵景力，等.華北平原地下水生態環境水位研究.吉林大學學報:地球科學版，2003，33(03):323－326.